E43000 lokomotifinin dinamik modelinin oluşturulması ve titreşim kontrolü
Establishing the dynamical model of E43000 locomotive and vibration control
Yazar: ALİ ERDEM ATALAY
Danışman: YRD. DOÇ. SEMİH SEZER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Raylı taşımacılık, güvenli, konforlu ve hızlı bir seyahat sunmasından ötürü günümüzde en çok rağbet edilen bir ulaşım seçeneği olmuştur. Yeni teknolojilerin uygulanması ile erişilebilen seyir hızları artmıştır. Yüksek seyir hızları, ray düzgünsüzlüklerinden kaynaklanan ve etkilerini en çok kabinde hissettiren titreşim problemini ortaya çıkarmıştır. Bu yüzden yolcu ve malın konforlu ve güvenli bir şekilde taşınabilmesi önemli bir mühendislik problemi haline gelmiştir.Tübitak-MAM'da yürütülen TRENSİM projesi kapsamında yurdumuzda birçok şehirler arası hatta hizmet veren ve bir elektrikli ana hat lokomotifi olan Toshiba?E43000 lokomotifinin simülatörü tasarlanıp imal edilecektir. Projenin amacı, makinistleri her türlü kötü senaryo ile önceden yüzleştirerek çeşitli eğitimler verilmesidir. Böylece hiçbir kaza riski olmayan bilgisayar ortamında makinist, bilgisini arttıracak ve sürüş becerilerini geliştirebilecektir.Bu tez çalışması kapsamında, TRENSİM projesinde sözü geçen Toshiba?E43000 lokomotifinin titreşim analizinin yapılması amacı ile dinamik analiz modeli oluşturulmuştur. 54 serbestlik dereceli lokomotif modelinin oluşturulmasında her serbestlik derecesi için diferansiyel denklemler ayrı ayrı çıkartılmıştır. Ayrıca, seyir hızına etki eden faktörler detaylı olarak anlatılmış ve bu amaçla boylamsal dinamik modeli de oluşturulmuştur. Ray?tekerlek temas problemine; sünme faktörlerine detaylı olarak değinilmiş ve rayların elastikiyetleri konusunda çeşitli sonlu eleman analizleri yapılmıştır. Dinamik analiz modeli ve titreşim analizleri Matlab?Simulink yazılımında gerçekleştirilmiştir. Çeşitli ray düzgünsüzlük fonksiyonları bozucu etki olarak sisteme girilmiştir. Yanal ve düşey ray düzgünsüzlüklerinden kaynaklanan titreşim hareketleri simüle edilmiştir. Simülasyonlar sonucunda kabinin yanal ve düşey titreşimlerini kontrol eden aktif titreşim kontrolcüsü tasarlanmıştır. Aktif titreşim kontrolü için Bulanık Mantık Kontrol algoritması kullanılmıştır. Kontrolcü tasarımında, Matlab?Simulink yazılımının bir modülü olan Fuzzy?Logic Toolbox kullanılmıştır. Titreşim analizleri zaman ve frekans bazında yapılmış ve aktif titreşim kontrolcüsünün performansı kontrolcüsüz durum ile karşılaştırılmıştır.

Abstract:
Rail transportation has been the most demanded transport option offering safety, speed and comfort. In parallel with implementation of new technologies, the cruising speed has also increased. High cruising speed has revealed the effects of vibrations, caused by rail disturbances, on vehicle cabins and passengers. Hence, safe and comfortable transportation of passengers and goods, has become an important engineering problem needs to be solved.Within the national train?simulator project TRENSİM, carried out at TÜBİTAK?MAM, Toshiba?E43000, electrical locomotive serving as a commonly used locomotive in Turkey?s domestic lines, is selected to be the design reference. The aim of the project is to face machinists with worst?case cyber scenarios. With the help of these cyber scenarios the machinist can improve his knowledge and driving skills without any risk of a fatal accident.In the context of this thesis, dynamical model of Toshiba?E43000 locomotive was established to perform vibration analyses and observing displacements, accelerations. Locomotive model consists of 54 degree of freedom which are briefly defined by differential equations. In addition, the factors affecting cruising speed described in detail and the longitudinal dynamic model was created for this purpose. Rail?wheel contact problem, creepage factors, elasticity of rails were also described in detail supported with various finite element analyses. Establishing dynamic analysis model and vibration analyses were carried out in Matlab?Simulink software domain. Various rail disruptive functions were assigned as input of the system.Vibrations caused by lateral and vertical rail disruptive functions were simulated and controlled. Fuzzy Logic Control algorithm was used for developing the active control of vibration. Fuzzy?Logic Toolbox, a module of Matlab?Simulink software, was used in the design of active controllers. Vibration analyses were held in time and frequency domains and the performance of the designed controller was compared with uncontrolled status.