Demiryolu hatlarında yatar gövdeli tren uygulamasının hız ve yolculuk süresi üzerindeki etkisinin değerlendirilmesi: Zonguldak-Karabük örneği
Evaluation of the effects of tilting body train in railway lines on speed and travel time: the case of Zonguldak-Karabük
Yazar: DOĞANCAN DİLEK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA TANIŞ
Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Ulaşım = Transportation ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Ülkemizde, 2009 yılında Yüksek Hızlı Tren (YHT) hatlarının işletmeye alınmasıyla birlikte demiryolu ile taşınan toplam yolcu sayısı, 2019 yılı verileri incelendiğinde %207 artmıştır. Ancak diğer pek çok unsurla birlikte, YHT hat uzunluklarının ülke geneline yaygın olmaması ve geleneksel hatlar üzerinde yapılan yolcu taşımacılığında işletme hızlarının düşük oluşu; demiryolunun, yolcu taşımacılığındaki payının sınırlı (%1) kalmasına neden olmaktadır.
Geleneksel hatların ülkemizdeki inşa süreci 19. yüzyıl ortalarına kadar gitmektedir. Geçen zaman içerisinde demiryolu ağına yeni geçkilerin eklenmesi, üstyapının yenilenmesi, bazı hatlarda sinyalizasyon ve elektrifikasyon işlemlerinin tamamlanması, vb. yenilikler yapılmakla birlikte, çoğu hattın geometrisinin yapıldığı yılki özelliklerini koruduğu da bir gerçektir.
Demiryolu hatlarının inşası ve özellikle YHT hattı yatırımları, hem maliyetli olmaları hem de uzun inşa süreleri düşünüldüğünde inşası güç yatırımlardır. Ülkemiz demiryolu şebekesinde bulunan geleneksel hatların yerine YHT hatlarının inşa edilmesi; bütün hatlarda yeterince ulaşım talebinin olmayışı, mali olanakların verimsiz kullanılması, vb. anlamlara gelmesinin yanında; çok fazla bütçe ve zaman isteyen işlerdir. Malî olanakların doğru kullanımı için mevcut hatların iyileştirilmesi ve demiryolu arabalarındaki teknik ilerlemenin ülkemizde işletilen hatlara uygulanması daha doğru bir politika olacaktır.
Dünyada bazı ülkelerde, geleneksel hatların geometrilerinde değişiklik yapılmadan veya çok az değişiklik yapılarak demiryolu işletmesinin yolculuk hızını artırmak amacıyla yatar gövdeli tren teknolojisi kullanılmaktadır. Yatar gövdeli trenler, yatay dönemeçlerden geçerken dönemeç yarıçapına ve dönemeçten geçiş hızına uygun bir açıyla dönemeç merkezine doğru eğilirler. Eğilme, bojinin vagon gövdesine göre yaptığı açısal dönme hareketiyle veya tekerlekten raya gelen kuvvetlerdeki değişimle sağlanır. Bu eğilme yardımıyla yatar gövdeli trenlerde demiryolu arabası ve içerisindekilere etkiyen dengelenmemiş merkezkaç kuvvetinin oluşturduğu konfor ivmesi azalır. Bu özellik ile eksik dever üst sınırı arttığından, yatay dönemeçlerden geçiş daha az dever verilerek ve daha yüksek hız ile mümkün olmakta, böylelikle yolculuk süresi azaltılabilmektedir.
Bu çalışmada, Cumhuriyetin ilk yıllarında inşa edilmiş Irmak-Karabük-Zonguldak geleneksel demiryolu hattının Karabük-Zonguldak kısmı üzerinde, yolcu taşımacılığında kullanılan yatar gövdeli tren uygulamasının sağlayacağı yolculuk süresindeki kısalma ve hız artışı incelenmiştir. İncelenen hat kesimi üzerindeki her bir yatay dönemeç için herhangi bir geometrik değişiklik yapılmadan ve yatar gövde teknolojisinin sunduğu olanaklardan yararlanılarak eksik dever üst sınırı belirlenmiş, buna bağlı olarak geometrinin izin verdiği en büyük hızlar hesaplanmıştır. Hesaplanan hızlar ile mevcut en büyük hızlar karşılaştırılmış ve bulunan sonuçlar değerlendirilmiştir. Beklenildiği gibi yatar gövdeli trenlerin kullanılmasıyla aynı geometri üzerinde normal trenlere göre hızların arttığı görülmüştür. Zonguldak-Karabük demiryolu hattında yatar gövdeli trenler kullanıldığında, ortalama 41 km/sa (%53,4 oranında) hız artışı olduğu gözlemlenmiştir.
Ardından, hat geometrisinin izin verdiği en büyük hızlar, trenin yapacağı hızları tam olarak yansıtmadığından; direnç kuvvetleri etkisi altında, istasyonlar arası tren hareket hesaplamaları yapılmıştır. Bu hesaplamalarla trenlerin hat üzerindeki yapabilecekleri hızlar gerçeğe yakın bir şekilde bulunmaya çalışılmış ve elde edilen sonuçlar, mevcut durumla karşılaştırılarak sunulmuştur. Bu hesaplar sonucunda; yatar gövdeli trenin ağırlıkları eşit ve yolcu kapasiteleri farklı olan normal trene göre hat üzerinde 11 km/sa (%15,6 oranında) daha hızlı olduğu görülmüştür. Yolculuk süresinin de 13 dakika 47 saniye (827 saniye, %13,5 oranında) kısaldığı sonucuna ulaşılmıştır. Yatar gövdeli trenin ağırlıkları farklı ve yolcu kapasiteleri eşit olan normal trene göre hat üzerinde 11,8 km/sa (%16,8 oranında) daha hızlı olduğu ve yolculuk süresinin de 14 dakika 51 saniye (891 saniye, %14,4 oranında) kısaldığı görülmüştür.
Demiryolu taşımacılığının diğer ulaştırma türleri içerisindeki payının artırılabilmesi için yolculuk sürelerinin kısaltılması gerektiği açıktır. Yatar gövdeli tren işletmeciliği ile mevcut demiryolu hatlarında hızların artırılabileceği, böylelikle demiryolu taşımacılığının rekabet gücünün iyileştirileceği düşünülmektedir.

Abstract:
In Turkey, with the construction of High Speed Train (HST) lines in 2009, the total number of passengers transported by rail has increased by 207% when the data of 2019 are examined. However, both the low total length of HST lines and various operational deficiencies (e.g., operating speeds, etc) of the conventional lines, cause the share of railway in passenger transportation to be limited (1%).
The construction process of traditional railway lines in our country has started at the middle of the 19th century. Over time, even though changes such as adding new lines to the railway network, renovation of the superstructure, completion of signaling and electrification processes in some lines, etc. have been made, it is a fact that the geometry of most lines did not change since they were constructed. 
The construction of railway lines and especially investments of HST line are difficult, considering both their cost and long construction periods. Constructing HST lines instead of traditional lines in our country's railway network has a lot of obstacles including; lack of sufficient transport demand, inefficient use of financial means, etc. Moreover; construction of such lines requires a lot of budget and time. To use financial opportunities correctly, it would be a more logic policy to improve the existing lines and apply the technical progress in railway cars to the lines operated in our country.
In some countries, tilting body train technology is used in order to increase the travel speed of the railway enterprise with little or no change in the geometry of traditional lines. When tilting body trains pass through horizontal curves, they bend towards the center of the curve at an angle appropriate radius of the curve and the speed of transition from curve. Bending is provided by the angular rotational movement of the bogie relative to the wagon body or by the change of forces from the wheel to the rail. The comfort acceleration created by the unbalanced centrifugal force acting on the rail car and its contents decreases with the help of bending in the tilting body trains. By this bending as, since the upper limit of the cant deficiency increases, the transition from horizontal curves is possible with less cant and higher speed, thus the travel time can be reduced.
In this study, the decrease of the travel time and the increase of speed that will be provided by the tilting body train application used in passenger transportation on the Karabük-Zonguldak part of the Irmak-Karabük-Zonguldak traditional railway track, which was built in the first years of the Turkish Republic, was examined. For each horizontal curve on the studied line section, the cant deficiency upper limit was determined without making any geometric changes and by using the opportunities offered by the tilting body technology, and accordingly, the maximum speeds allowed by the geometry were calculated. Calculated present operating speeds were compared and evaluated. As expected, it is determined that with the use of tilting body trains, the speeds increased compared to normal trains on the same geometry. When tilting body trains were used on the Zonguldak-Karabük railway track, an average speed increase of 41 km/h (53.4%) was observed. 
As a further calculation, movement of the train was analyzed by considering the resistance forces. The main reason behind performing this calculation is because the maximum speeds allowed by the track geometry do not exactly reflect the speeds that the train would do on the track. With these calculations, the speeds that the trains can make on the track were found as close to the real ones and the results obtained were presented by comparing them with the present situation. As a result of these calculations, it has been observed that tilting body train are 11 km/h (15.6%) faster on the track than normal train with equal weights and different passenger capacities. It was concluded that the travel time was shortened by 13 minutes 47 seconds (827 seconds, by 13.5%). The tilting train is 11.8 km/h (16.8%) faster on the track than the normal train with different weights and equal passenger capacities, and the travel time is shortened by 14 minutes 51 seconds (891 seconds, 14.4%). has been seen.
It is clear that in order to increase the share of rail transport, travel times should be shortened. It is thought that the speed of the existing railway lines can be increased with the  tilting body train operations, thus improving the competitiveness of the railway transportation.