Y32 bojisinin farklı vagon ağırlıklarına adaptasyonu
Adaptation of the Y32 bogie to the different weight of coaches
Yazar: ERBİL BİLGİN
Danışman: PROF. DR. RAHMİ GÜÇLÜ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Araç adaptasyonu = Vehicle adaptation

Özet:
Ulaşım araçları içerisinde konfor, verimlilik ve güvenlik açısından karşılaştırma yapıldığında hiç şüphesiz raylı taşıtlar öne çıkmaktadır. Artan nüfus ile birlikte ulaşım ihtiyaçları göz önüne alındığında şehir içi toplu taşıma hizmetleri, banliyö taşıma hizmetleri ve şehirlerarası yolcu taşıma sistemleri de geliştirilmelidir. Yolcu taşımacılığında giderek artan konfor beklentisini karşılamak için yataklı, restoranlı, kompartımanlı yolcu vagonu gibi çeşitli yolcu vagonları tasarlanmaktadır. Seyahat konforu sağlayan bu çeşitli yolcu vagonları beraberinde farklı ağırlıklardaki yolcu vagonlarının oluşmasına neden olmuştur.  
Yolcu talepleri doğrultusunda yapılan tasarım değişiklikleri doğrultusunda yolcu vagonları içerisine gelişmiş klima sistemleri, vakum tuvalet sistemleri, banyo tesisatları gibi birçok öğe dâhil edilmiştir dolayısıyla vagon ağırlıklarında artış meydana gelmiştir.
Yolcu vagonları temelde ana gövde olan vagon şasisi ve taşıma sistemi olan bojilerden oluşmaktadır. Bojiler, yolcu vagonunun hareketli olan aksamları, fren sistemi, süspansiyon sistemi gibi hayati parçalarının bulunduğu kısımdır.
Bojilerin tasarımlarını yapmak ve tasarlanan bojilerin tip onay belgelerini almak oldukça uzun zaman alan ve oldukça maliyetli bir işlemdir. Farklı ağırlıklardaki vagon modellerine farklı bojiler tasarlamak yanlış bir uygulamadır. Boji tasarlamak yerine mevcut bojiyi istenilen yolcu vagonu ağırlığına adapte etmek hem zaman hem maliyet açısından daha kârlıdır. 
Bu çalışmada Y32 boji sisteminin farklı vagon ağırlıklarına güvenli bir şekilde adapte edilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç kapsamında ilk olarak Türkiye Vagon Sanayi A.Ş.' ye ait Y32 bojisinin Bulgaristan Demiryolları için tasarlanan BDZ Yataklı Lüks Yolcu Vagonuna adaptasyonu yapılmıştır. Tasarlanan vagon sandık ağırlığına uyarlanan Y32 bojisinin daha sonra TS EN 14363 standardına uygun olarak dinamik analizleri gerçekleştirilmiştir. 
Bu çalışmada özgün taraflardan biri de tasarım aşamasındaki vagonun bütün bileşenlerinin ve çelik ağırlıklarının, 3 boyutlu çizim üzerinden Catia V5 programı ile hesaplanmasıdır.
Ayrıca Y32 boji sistemlerinin güvenli çalışma ağırlığından 3400 kg daha ağır olan BDZ yataklı yolcu vagon sandığı için Y32 bojisinin tüm bileşenleri kontrol edilmiş ve 1. süspansiyon sistemi, 2. süspansiyon sistemi, fren sistemi, anti-roll bar sistemi yeniden hesaplanarak değiştirilmiştir.
TÜVASAS için bir vagon tasarım sınırı olan 50000 kg'lık maksimum boji taşıma kapasitesi de yapılan çalışma sonucu 54000 kg'a çıkartılmıştır. 
Boji sistem elemanlarından vagon dinamiğini etkiyen temel sistemler, birinci ve ikinci süspansiyon sistemleridir. Bu çalışmada hesaplanan vagon ağırlığına bağlı olarak, helisel yay grupları ve amortisör grupları yeni yük dağılımına uygun olacak şekilde yeniden tasarlanmıştır.
Vagonların kurplarda stabilizasyonunu sağlayan anti-roll bar sistemi vagon ağırlığına bağlı olarak çalışan bir diğer boji elemanıdır. Değişen vagon ağırlığına uygun olarak, anti-roll bar sistemi burulma yayı yeniden hesaplanmıştır.
İşletme esnasında demiryolu araçları, sahip oldukları büyük kütleler ve yüksek hızlardan dolayı, büyük miktarda kinetik enerjiye sahiptirler. Araçlar için frenleme işlemi kinetik enerjinin sürtünme yolu ile ısı enerjisine dönüştürülmesi olarak tanımlanır. Sahip olunan kinetik enerjinin ısı enerjisine dönüşümüyle sağlanan frenleme işlemi için vagon ağırlığı çok önemli bir parametredir. Bu çalışmada hesaplanan vagon ağırlığına uygun olarak fren sistemi seçilmiş ve seçilen fren sisteminin seyir güvenliği hesapları yapılmıştır.
Boji parametreleri yeniden hesaplandıktan sonra vagonun dinamik analizi için Simpack programında dinamik model oluşturulmuştur. Dinamik analiz modelinde araç-yol sistemi; gövde, tekerlek-ray kontağı ve yol olmak üzere üç alt sisteme ayrılır. Tüm bilgisayar simülasyonlarında modelleme için öncelikle sisteme ait fiziksel model kurularak topoğrafyası çıkarılır.
Benzetimlerde kullanılan modeller için tekerlek profili UIC 510-2 S1002, ray profili için ise TS EN 13674-1 UIC60 tip ray profili kullanılmıştır. Tekerlek ve ray profilleri doğrusal olmayan fonksiyonlar ile modellenmiştir. Yapılan benzetimlerde temas kuvvetlerini hesaplamada KALKER (FASTSIM) basitleştirilmiş temas modeli kullanılmıştır.
Hazırlanan modelde araç gövdesi, boji şasileri ve tekerlek takımları kütle-atalet karakteristikleri tanımlanarak rijit gövde olarak modellenmişlerdir. Birinci süspansiyon ve ikinci süspansiyon sistemleri lineer ve nonlineer yay ve amortisör olarak modellenmiştir.
Daha sonrasında Simpack programıyla TS EN 14363 "Demiryolu uygulamaları-Demiryolu taşıtlarının seyir karakteristiklerinin kabul deneyleri-Seyir davranışlarının denenmesi" standardına uygun olarak modal analiz, raydan çıkma analizi, kurp analizi, twist yol analizi yapılmıştır. Analizlerde standartta tanımlanan tüm senaryolar için Y/Q Nadal kriteri ve ripaje kuvvetleri kontrol edilmiştir.
Yapılan analizler sonucu, değişen ağırlığa göre adapte edilen bojinin ne kadar güvenli olduğu ortaya konmuştur.
Bu çalışmanın bir sonraki adımı olarak araç yol testlerinde elde edilecek gerçek değerler ile bilgisayar ortamında yapılan bu analizlerin, doğrulanması hedeflenmektedir.

Abstract:
Rail vehicles undoubtedly stand out when the means of transport compared in terms of comfort, efficiency and safety. Passenger coaches are produced in different types such as sleeping coaches, dining coaches, pullman coaches, etc... to ensure the customer satisfaction.
Each of different types of passenger cars are weighted differently because of the changing components. Therefore, the system of bogie that carries the coaches can not show the same secure dynamic behaviour while operating with different weights of coaches. Therefore, aim of this study is to adaptation the bogie system depends on the weight of coaches, in a safe way.
Within the scope of the aim, firstly, the adaptation of the Y32 bogie has done, used in newly designed for the BDZ sleeping coaches in Bulgarian railways and on safety against derailment analyses in accordance with TS EN 14363 standard were conducted . 
Firstly, weight of the coach was determined in design phase by 3D dimensional drawing program, Catia V5.All the components of bogie are checked based on determined coach weight.
Primary and secondary suspension systems are the main systems that influence the dynamics of the wagon in elements of the bogie system. In this study depending on the calculated coach weight, helical spring groups and shock absorber groups were redesigned according to new load distribution.
Anti-roll bar system which providing stabilization of the coaches in curves and operating with varying weight of coach is the another bogie component. Torsion spring of anti-roll bar system was recalculated according to the varying weight of coach.
During operation, large amount of kinetic energy generate on rail vehicles because of having large mass and high speeds. Braking action for vehicles are defined as conversion of the kinetic energy to the heat energy through friction The coach weight is very important parameter for the brake system. Brake system were selected according to calculated coach weight in this study and also safety calculations of the selected brake system were indicated.
Dynamic model has been created by Simpack program for the dynamic analysis after recalculation of the bogie parameters. Vehicle-road system is divided into three sub-systems in dynamic analysis model: Body, wheel rail and road contact. The first step in all computer simulations is to set up a physical model of the system for the modelling and the topography is formed.
UIC 510-2 S1002 the wheel profile and TS EN 13674-1 UIC60 type rail profile are used for models used in simulations . Wheel and rail profiles are modelled by nonlinear functions. In simulations, KALKER's (FASTSIM) simplified contact model was used to calculate the contact forces.
In created dynamic model, the car body and bogie frames, as well as the wheelsets are modelled as rigid bodies and are defined by their mass–inertia characteristics. Primary suspension systems and secondary suspension systems are modelled as linear and nonlinear springs and dampers.
Later, modal analysis, the derailment analysis, curve analysis, twist track analysis are  performed in SIMPACK software in accordance with TS EN 14363 standard , "Railway applications - Testing for the acceptance of running characteristics of railway vehicles - Testing of running behaviour and stationary tests". In dynamic analyses, Y/Q Nadal criteria and ripaje forces are checked for all the scenarios defined in the standards.
As a result of the analysis, safety of weight-adapted bogie has been demonstrated.
As a next step of this study, actual values that will be obtained in on tract tests and dynamic analyses made on computer are expected to be confirmed