Demiryolu geçiş bölgelerinde farklı üstyapı rijitlikleri ve ray düzensizliği nedeniyle oluşan raylı taşıt titreşimlerinin kontrolü
Arif Ulu1, Muzaffer Metin21İstanbul Aydın Üniversitesi, Makine Mühendisliği Bölümü, İstanbul, Türkiye2Yıldız Teknik Üniversitesi, Makine Mühendisliği Bölümü, İstanbul, Türkiye
Demiryolu araçları hareket ederken, tünellerin veya köprülerin başlangıç ve bitiş noktalarındaki geçişlerde ani bir üstyapı sertliği değişikliği, hem ray yapısında hem de araçta istenmeyen titreşimlere neden olur. Bu çalışmada, demiryolu geçiş bölgesi olarak ele alınan farklı sertlik değerlerine sahip rijit bir üst yapı hattından geçen hafif raylı taşıta dair, tek boyutlu tren-yol dinamik model çifti kullanılarak simülasyonlar yapılmıştır. Hafif metro aracı ve yol İstanbul ulaşımında kullanılan gerçek koşullar dikkate alınarak modellenmiştir. Rayın modeli, sert bir zemine viskoelastik bir temel olarak bağlanan ayrık desteklenmiş ray pedleri üzerine oturan bir Euler-Bernoulli kirişten oluşur. Düşey titreşimler, dinamik bir tekerlek-ray teması içeren yol ve 16 serbestlik dereceli yarım taşıt modellerinin birleştirildiği bir model ile analiz edilmiştir. İkincil süspansiyonlara paralel olarak çalışmak üzere, üstyapının dinamik koşullarının değişimi ve ray düzensizlikleri sonucu hafif metro aracında ortaya çıkan düşey titreşimlerin bastırılması için iki farklı kontrolör tasarlanmıştır. Ortalama ve maksimum işletme hızlarında, ray düzensizlikleri olan ve olmayan, yüksüz ve tam yüklü araç koşulları dahil olmak üzere birçok simülasyon senaryosunda, bulanık mantık denetleyicisinin yaygın olarak kullanılan PID denetleyicisine göre üstünlüğü zaman ve frekans alanında gösterilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Demiryolu geçiş bölgesi, demiryolu araç dinamiği, yol dinamiği, titreşim kontrolü, bulanık mantıklı kontrol.Control of railway vehicle vibrations due to the effect of different superstructure stiffness in transition zones with rail irregularities
Arif Ulu1, Muzaffer Metin21Department of Mechanical Engineering, Istanbul Aydin University, Istanbul, Turkey2Department 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.Makale Dili: İngilizce