TVS 2000 yolcu vagonlarında ray düzgünsüzlüğünün titreşim konforuna etkisi
The effect of rail deformation on vibration comfort of TVS 2000 passenger coaches
Yazar: MURAT ÖZSOY
Danışman: PROF. DR. ÜMİT KOCABIÇAK ; YRD. DOÇ. DR. ÖMER KADİR MORGÜL
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Tasarım ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2005
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Anahtar Kelimeler: Raylı Taşıtlar, Dinamik Analiz, Sonlu Elemanlar Yöntemi, Ray Düzgünsüzlüğü, Titreşim Konforu. TVS 2000 yolcu vagonları Türkiye Vagon Sanayi A.Ş (Tüvasaş) tarafından geliştirilen son nesil yolcu vagonlarıdır. Bir yolcu vagonu, vagon gövdesi ve bojiler (yürüyen aksam) olmak üzere iki kısımdan oluşur. Vagon gövdesi yaklaşık 30 ton, bojiler ise her biri 6 ton olmak üzere 12 ton gelmektedir. Raylı ulaşım sisternlerinin diğer kara ulaşım sistemleri ile rekabet edebilmesi için hızlı ve konforlu seyahat ortamının sağlanması en önemli koşullardan birisidir. Hız ve konforun bir arada yükseltilmesi için alt yapının ve taşıtların aynı anda göz önüne alınması gereklidir. Çalışma sırasında ilk olarak raylı taşıtların dinamik davranışı ve titreşim konforu ile ilgili çalışmalar hakkında detaylı bir araştırma yapıldı. Araştırma sonucunda çalışmalar sırasında genelde rijit kütleli sayısal modeller kullanıldığı, elastik sayısal model ile araştırma yapanların ise genelde tüm araç ile değil de gövde ve bojiler olmak üzere ayrı ayrı hesaplamalar yaptıkları görüldü. Bu yüzden çalışma sırasında TVS 2000 yolcu vagonunun gövde ve bojiler olmak üzere bir bütün olarak elastik modellenmesine ve bu şekilde sayısal hesaplamalar yapılmasına karar verildi. TVS 2000 yolcu vagonunun dinamik karakteristiğini birçok faktör etkiler. Bu faktörler; yol hataları, ray elastikliği, tekerleklerin imalat hataları, ray ek yerlerinin etkileri, ray düzgünsüzlükleri, vagonlar arası etkileşmeler olarak sıralanabilir. Bu faktörler birbirlerinden çok farklı etki yaptığından ortak bir sayısal ifadenin oluşturulması mümkün olmamaktadır. Bu sebeple çalışma sırasında ray düzgünsüzlüğünün konfora olan eksinin araştırılması hedeflendi. Bu çalışmada TVS 2000 Yolcu vagonu gövdesi ve Y32 bojisi (yürüyen aksam) kullanıldı. Çalışma sırasında ilk olarak TVS 2000 Yolcu vagonu gövdesi yüzey modelleme tekniği kullanılarak, Y32 bojisi ise katı modelleme teknikleri kullanılarak modellendi. Oluşturulan geometrik modeller, sonlu elemanlar yöntemi ile dinamik çözümlemeler yapmak üzere sayısal modele dönüştürüldü. Vagon gövdesi, boji gibi sistem alt parçalarının ayrı ayrı doğal frekans hesaplamaları yapıldı, titreşim şekilleri ve frekanslar elde edildi. Bu şekilde sistem alt parçalarının birbirleriyle olan ilişkileri incelendi. Daha sonra tüm aracın (gövde ve bojiler birlikte) doğal frekans hesaplamaları yapılarak titreşim şekilleri ve frekansları hesaplandı. Böylece tüm aracın titreşim şelriHerinin bujilerden bağımsız gövdeye ise bağımlı olduğu tespit edildi. Geliştirilen sonlu elemanlar modeli kullanılarak sönümleme elMsinin olmadığı ve olduğu durumlar için doğal frekans hesaplamaları yapıldı. Araç gövdesi üzerinde standartlarca belirlenen noktalardan seyir halinde ve belli hızlarda ivme ölçümleri yapıldı. Bunların ivme-frekans sahasındaki grafikleri elde edildi. Deneysel ölçümler sonucunda elde edilen konfor değeri, sayısal olarak elde edilen konfor değerleriyle karşılaştırılarak ray düzgünsüzlüğünün titreşim konforuna etkisi tespit edildi. XV

Abstract:
Key words : Railway Vehicles, Dynamic Analysis, Finite Element Method, Railway Deformation, Vibration Comfort. TVS 2000 is the last generation passenger coach developed by TÜVASAŞ. This model is composed of two parts: the body and the bogie (running gear). The body of the coach is around 30 tons. Each bogie weighs 6 tons which brings up the total weight of bogies to 12 tons. In order to compete with land transportation, railways have to provide fast and comfortable travel. To improve on speed and comfort requires that design as well as infrastructure issues to be considered together. The study initially researched the works done on the subject of the dynamic behaviour of the coach and the effect of vibration on passenger comfort. It was observed that, in previous studies 'rigit mass numeric models' have been used. The studies using 'elastic numeric models' were limited in the sense that they applied on bogie and body seperately. In this respect it was decided that for TVS 2000, elastic numerical models, considering the coach and bogies as a whole should be employed and calculations should be done accordingly. There are many factors affecting the dynamic characteristics of TVS 2000 passenger coach. These can be listed as: Raiload faults, rail elasticity, wheelset manufacturing deficiencies, rail joints, rail deformation and effects among coaches. Since the effects of these factors are quite different in nature, determining a common numerical expression was not possible. In this regard, this study focused on the effect of rail deformation on passenger comfort. The body of TVS 2000 passenger coach and Y32 bogie was used in the study. At first, the body of passenger coach was modeled by surface modeling technique, whereas solid modeling techniques were employed for Y32 bogie. The geometric models formed were then transformed to numeric models using finite element method for dynamic solutions. The natural frequency calculations, vibration shapes and frequencies were derivated both for body and bogie seperately. This enabled the analysis of effects among the subassemblies of the coach. Then vibration shapes and frequencies of the coach as a whole (body and bogies) were calculated using the natural frequencies. It was found that all vibration forms were influenced by the body rather than the bogies. The developed finite element model was used in calculating the natural frequencies, with and without of the damp effect taken into consideration. Actual acceleration measurements were made on the coach at certain points and velocities. Acceleration - frequency graphics are obtained. Finally, experimental and numerical values of comfort are compared to determine the effect of rail deformation on vibration comfort. xvi