Bir hızlı tren modelinde süspansiyon parametrelerinin optimizasyonu ve araç dinamiğine etkisi
Optimization of suspension parametres in a high speed train model and its effect on vehicle dynamics
Yazar: MUAMMER TAHTALI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MERAL BAYRAKTAR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Teorisi ve Kontrol Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Uluslararası ticaretin artışı ile demiryolu ulaşımı da güvenilirliği ve daha fazla kişi/eşya taşımaya uygunluğu sebebiyle yaygınlaşmaktadır. Raylı taşıtlara olan talep, konfor ve hız anlamında beklentileri yükseltmiş, çözüm için araç dinamiği çalışmaları hızlandırılmıştır. Özellikle yüksek hızlı trenlerde konfor, sürüş güvenliği ve tekerlek-ray aşınması konularındaki problemlere bu çalışmaların çözüm getirmesi beklenmektedir.
Bilgisayar programları ile araçların modellenip simule edilmesi, dinamik problemlerin çözümünde zaman kazandırmakta ve düşük maliyetler ile sonuca ulaştırmaktadır. Bu çalışmada, SIMPACK programı ile oluşturulan bir hızlı tren modelinde raylı taşıt dinamiğinin önemli kriterlerinden aşınma, güvenlik (raydan çıkma) ve konfor bileşenlerinin, süspansiyon parametrelerinin optimizasyonu ile iyileştirilmesi amaçlanmıştır. İlk olarak literatür çalışması ile araç hakkında genel bilgi verilmiş, raylı taşıtlardaki dinamik hareketler ve titreşim azaltma yöntemlerinden bahsedilmiştir. 
İkinci bölümde modelleme yöntemi, kullanılan parametreler ve modelin dinamik davranışı açıklanmıştır. İki boji ve gövdeden oluşan hızlı tren modeli referans bir çalışmadan faydalanarak oluşturulmuştur. Boji yapısındaki elemanlar ile gerekli yol datası ve dinamik kriterlere değinilmiştir. Modal analiz ile doğal frekans, sönümleme oranları ve mod şekilleri kontrol edilmiştir. Kararlılık analizleri ile aracın kararlı kaldığı hız sınırı bulunmuştur. Kurp analizinde Y/Q değerine bakılarak 150 m yarıçaplı kurptan en yüksek geçiş hızı bulunmuştur.
Sonuçlar kısmında ise aşınma, konfor ve raydan çıkma değerleri optimizasyon öncesi belirlenen yol senaryosu için analizler ile bulunmuş, konfor bileşeninin iyileştirilmesi gerektiği vurgulanmıştır. Optimizasyon işleminde SIMPACK DOE modülü kullanılmıştır. Konfor iyileştirilmesi için ikincil süspansiyon parametreleri optimize edilmiştir. Optimizasyon sonucu bulunan süspansiyon değerleri 10 km'lik gerçek yol koşullarında denenmiştir. Sonuçlar araç dinamik performansının geliştirilmesi için bir rehber olmakla birlikte aktif sistemlere de bir yol gösterici olabilecektir.

Abstract:
Railway transportation is becoming more widespread due to the fact that it is safe and more suitable for transporting more people/goods with the increase in international trade. Demand for rail vehicles has increased expectations in terms of comfort and speed, and accelerated efforts in the scope of vehicle dynamics for the solutions. Especially in high speed trains comfort, driving safety and wheel-rail wear problems are expected to solve these problems.
Modeling and simulation of real vehicles with computer programs have saved time in solving dynamic problems and results in low costs. In this study, it is aimed to improve wear, safety (derailment) and comfort values, the important criteria of rail vehicle dynamics, in SIMPACK program by optimization of the suspension parameters. Firstly, general information about the vehicle has been given by the literature study, dynamic movements in rail vehicles and vibration reduction methods were mentioned.
In the second part, modeling method, parameters and dynamic behavior of the model are explained. The high speed train model consisting of two bogie and a body has created by using a reference study. The components of bogie structure, the road profile and dynamic criterias are mentioned. Natural frequencies, damping rates and mode shapes have been checked by modal analyses. To determine maximum stable speed, the stability analysis have been performed. The highest speed has been found for the 150 m radius curve by looking at the Y/Q value in the curve analysis.
In results section, wear, comfort and derailment values were found by analyses for a scenario determined before optimization and it has been emphasized that comfort should be improved. SIMPACK DOE module has been used in optimization process. For improving comfort, secondary suspension parameters have been optimized. The optimized values have been tried under real road conditions of 10 km and compared results with initial comfort values. These results reveal a guide for developing the dynamic performance of the vehicle and may also be a guide for active systems.