Pamukkale Univ Muh Bilim Derg. 2020; 26(4): 709-719 | DOI: 10.5505/pajes.2020.95770

Control of railway vehicle vibrations due to the effect of different superstructure stiffness in transition zones with rail irregularities

Arif Ulu¹, Muzaffer Metin^2
1Department of Mechanical Engineering, Istanbul Aydin University, Istanbul, Turkey
²Department of Mechanical Engineering, Yildiz Technical University, Istanbul, Turkey

While railway vehicles are moving, a sudden change of superstructure stiffness in crossings at the starting and ending points of tunnels or bridges leads to undesired vibrations both on the track structure and in the vehicle. In this paper, simulations are performed by using a one-dimensional train-track coupled dynamic model under the condition of a light rail vehicle passed through a slab superstructure line with different stiffness values as a transition zone of the railway. The actual conditions used in Istanbul transportation are taken into account in the modelling of the track and the light metro vehicle. The model of the track consists of an Euler-Bernoulli beam resting on discrete supported rail pads, which are connected as a viscoelastic foundation to a rigid ground. The vertical vibrations are analyzed by a model in which track and 16 DOF semi-vehicle models are combined, including a dynamic wheel-rail contact. Two different controllers are designed in parallel with secondary suspensions in order to suppress vertical vibrations of the light rail vehicle resulting from the change in the dynamic conditions of the superstructure and the rail irregularity in the transition zone to increase the comfort of the passengers. For many simulation scenarios, including unloaded and fully loaded vehicle conditions at the average and maximum operational speeds, with and without track irregularities, the superiority of the fuzzy logic controller over the commonly used PID controller is shown in the time and frequency domain.

Keywords: Railway transition zones, track stiffness, railway vehicle dynamics, track dynamics, vibration control, fuzzy logic control.

---

Demiryolu geçiþ bölgelerinde farklý üstyapý rijitlikleri ve ray düzensizliði nedeniyle oluþan raylý taþýt titreþimlerinin kontrolü

Arif Ulu¹, Muzaffer Metin^2
1Ýstanbul Aydýn Üniversitesi, Makine Mühendisliði Bölümü, Ýstanbul, Türkiye
²Yýldýz Teknik Üniversitesi, Makine Mühendisliði Bölümü, Ýstanbul, Türkiye

Demiryolu araçlarý hareket ederken, tünellerin veya köprülerin baþlangýç ve bitiþ noktalarýndaki geçiþlerde ani bir üstyapý sertliði deðiþikliði, hem ray yapýsýnda hem de araçta istenmeyen titreþimlere neden olur. Bu çalýþmada, demiryolu geçiþ bölgesi olarak ele alýnan farklý sertlik deðerlerine sahip rijit bir üst yapý hattýndan geçen hafif raylý taþýta dair, tek boyutlu tren-yol dinamik model çifti kullanýlarak simülasyonlar yapýlmýþtýr. Hafif metro aracý ve yol Ýstanbul ulaþýmýnda kullanýlan gerçek koþullar dikkate alýnarak modellenmiþtir. Rayýn modeli, sert bir zemine viskoelastik bir temel olarak baðlanan ayrýk desteklenmiþ ray pedleri üzerine oturan bir Euler-Bernoulli kiriþten oluþur. Düþey titreþimler, dinamik bir tekerlek-ray temasý içeren yol ve 16 serbestlik dereceli yarým taþýt modellerinin birleþtirildiði bir model ile analiz edilmiþtir. Ýkincil süspansiyonlara paralel olarak çalýþmak üzere, üstyapýnýn dinamik koþullarýnýn deðiþimi ve ray düzensizlikleri sonucu hafif metro aracýnda ortaya çýkan düþey titreþimlerin bastýrýlmasý için iki farklý kontrolör tasarlanmýþtýr. Ortalama ve maksimum iþletme hýzlarýnda, ray düzensizlikleri olan ve olmayan, yüksüz ve tam yüklü araç koþullarý dahil olmak üzere birçok simülasyon senaryosunda, bulanýk mantýk denetleyicisinin yaygýn olarak kullanýlan PID denetleyicisine göre üstünlüðü zaman ve frekans alanýnda gösterilmiþtir.

Anahtar Kelimeler: Demiryolu geçiþ bölgesi, demiryolu araç dinamiði, yol dinamiði, titreþim kontrolü, bulanýk mantýklý kontrol.

---