3. Çeken ve Çekilen Araçlar

Transkript

1 Raylı Sistemlerin Temelleri 3. Çeken ve Çekilen Araçlar Hasan Hüseyin Erkaya Kaynak: C.F. Bonnett, Practical Railway Engineering, 2nd Ed., London: Imperial College Press, 2005 Eskişehir Osmangazi Üniversitesi 2016

2 3.1 Tarihçe 3.2 Çeken ve Çekilen Araç Çeşitleri 3.3 Buharlı Çekiş Gücünün Gelişimi 3.4 Elektrikli Çekiş Sisteminin Ortaya Çıkışı 3.5 Elektrikli Çekiş Sisteminin Geliştirilmesi 3.6 Dizel Çekiş 3.7 Dingil ve Tekerlek Yerleştirilmesi 3.8 Lokomotif Bakım Uygulamalarındaki Değişim

3 3.9 Yolcu Arabalarından Modern Araç Gövdelerine 3.10 Yolcu Vagonu Gövde Yapıları 3.11 Ana Hat Tren İşletmede Bazı Hususlar 3.12 Metro ve Hafif Raylı Sistem İşletmede Bazı Hususlar 3.13 Yük Taşıma Araçları 3.14 Özel Amaçlı Raylı Mühendislik Araçları 3.15 Üretim Yöntemleri

4 3.1 Tarihçe 16. yy: maden ve taş ocaklarında, ahşap ray, ahşap tekerlek Kağnı tekeri At arabası tekeri Döküm metal tekerlekler

5 3.1 Tarihçe

6 3.1 Tarihçe

7 Demir raylar üzerinde kenar çıkıntılı tekerleklerin öncülerinden bir örnek

8 3.1 Tarihçe yy: at arabası yolcu kabini 18. yy sonları: Avrupa da metal raylar, atlı tramvaylar 1800 lerin başında: Buhar makinası Çekilen araçlar: at arabası yolcu kabininden uyarlama Yapısal iyileştirmeler ve rahat yolculuk Sert ray, sert tekerlek; bazı metrolarda lastik tekerlekler Çift raylı sistem, bodenli tekerlek, dönüşlerde dever

9 At-Arabalı Toplu Taşıma

10 At-Arabalı Toplu Taşıma

11 Yolcu Kabini

12 Gdansk tan bir Atlı Tramvay

13 Londra dan bir Atlı Tramvay

14 Hindistan da bir Tramvay 1863

15 Lastik Tekerli Boji (By Greenski _a7ec75e8e4_b, CC BY-SA 2.0,

16 Lastik Tekerli Boji (MP 89 Paris Métro) (By Rama - Own work, CC BY-SA 2.0 fr,

17 Lastik Tekerli Raylı Araç (MP 89 Paris Métro) (By I, Joam, CC BY-SA 3.0,

18 3.2 Çeken ve Çekilen Araç Çeşitleri Lokomotifler Yük vagonları Yolcu vagonları Çoklu birimler (her birinin hareket yeteneği kendinde) Metro araçları (genellikle çoklu birimler) Hafif raylı/tramvaylar (genellikle birbirine eklenen birimler) Ray üzerine kurulmuş makineler (vinçler, demiryolu iş makineleri) Denetim ve bakım araçları

19 3.3 Buharlı Çekiş Gücünün Gelişimi İlk raylı sistemlerde insan veya hayvan gücüyle tahrik Daha sonraları sabit vinçlerle halatlı çekiş Tekerlek, dingil ve rulman sistemlerinde sürekli iyileştirmeler 1800 lerin başında buharlı lokomotif (çekici) kullanımı

20 3.3 Buharlı Çekiş Gücünün Gelişimi 1804: Richard Trevithick in buharlı lokomotifiyle South Wales te ilk tren Maden ocağındaki raylı yolda iyi, ama dökme demir yol kırılgan 1813: William Hedley in buharlı çekicisi Puffing Billy 40+ yıl Newcastle-on-Tyne tramvayında

21 Richard Trevithick "Puffing Devil" (1801)

22 Richard Trevithick "Pen-y-Darren"(1802)

23 Richard Trevithick "Catch Me Who Can" (1808)

24 Robert Stephenson "Blücher" (1814)

25 Robert Stephenson "Locomotion No.1" (1825)

26 Robert Stephenson "Lancashire Witch"(1828)

27 Robert Stephenson "Rocket"(1829)

28 The preserved Rocket at the Science Museum in London

29 Robert Stephenson "Planet"(1832)

30 Planet (1830) Replica

31 Adler (1835) Replica Patentee type

32 William Hedley ( ) "Puffing Billy"(tasarım: 1813)

33 William Hedley ( ) "Puffing Billy"(1862 yılında)

34 "Puffing Billy," the oldest surviving steam locomotive in the UK. Science Museum, South Kensington, London, UK. (Photo: Arkady Rose, 2011)

35 3.3 Buharlı Çekiş Gücünün Gelişimi 1825: Bir yolcu treninde buharlı lokomotifin ilk kullanımı Stockton - Darlington yolunda George Stephenson un Locomotion adlı çekicisi Stockton daki ilk tren istasyonunda bir levha: Burada 1825 te Stockton ve Darlington Demiryolu Şirketi ilk yolcusunu alarak insanlık tarihinde bir çağı başlatmıştır.

36 3.3 Buharlı Çekiş Gücünün Gelişimi 1829: Liverpool ve Manchester arasında 60 km hatta tarifeli buharlı tren Tüm trenler lokomotifle çekiliyor, Tren tarifelerine uyuluyor, Şirket çalışanlarınca işletiliyor ve Şirket çalışanlarının bulunduğu yerlerde duruyordu. Yaklaşık 28 km/h hız 1843: Bristol-Londra arasında ortalama 94 km/h hız 1900 a kadar: raylı sistemler gelişmeye ve dünyanın her tarafına yayılmaya devam etti.

37 3.3 Buharlı Çekiş Gücünün Gelişimi 1900 a kadar: raylı sistemler gelişmeye ve dünyanın her tarafına yayılmaya devam etti. Çeken ve çekilen araçlar hem boyut hem de karmaşıklık açısından büyümeye devam etti. İlk yüz yıl kadar buhar gücü demiryollarında baskın çekme gücü olarak kaldı. Gerçekte 1880 e kadar demiryollarında buhar gücü tek başarılı çekme gücü olarak değerlendirildi.

38 3.3 Buharlı Çekiş Gücünün Gelişimi Çalışma yöntemi: Kapalı bir kazan içinde suyun kaynatılması Oluşan buhar basıncıyla bir silindir içinde pistonun hareketi Pistona bağlı kolun tekerleği çevirmesi Tekerleklerin birbirine kollarla bağlanarak çekiş gücünün diğer tekerleklere yayılması. Önceleri açılı sonraları yatay silindirler (genelde 2 adet) Kullanılmış buharın bacaya verilip emiş yaptırılması Kuru buharın aşırı ısıtılması

39

40 Buharlı lokomotifin kazanından bir kesit

41

42 Walschaert Valve

43 Walschaert Valve

44 Baker Valve

45 A cutaway view of the cylinder and steam valve of the replica Rocket

46 3.3 Buharlı Çekiş Gücünün Gelişimi 1863: İlk yeraltı raylı sistemi Paddington Farringdon, Londra arasında Kes ve kapat yöntemiyle Buharlı çekiciler Yer yer havalandırma delikleri 30 yıl kadar yeraltında dumanlı havaya tahhammül

47 Euston Meydanı İstasyonunda havalandırma aralıkları

48 3.4 Elektrikli Çekiş Sisteminin Ortaya Çıkışı 1834: Elektrikli lokomotifler veya elektrikli çekiş sistemlerinin olabilirliği (Davidson adlı bir İskoç) 1879: Berlin fuarında buharlı lokomotiflere alternatif 1881: Berlin in Licherfelde banliyösünde tramvay (zemin hat) 1883: Avusturya da Mödling Hinterbrühl tramvayı (havai hat) 1888:Virginia da Richmond şehrinde elektrikli tramvay 1890: Londra da King William Caddesi Stockwell arasında bir tüp yolda elektrikli çekiş 1900: Elektrikli Londra Metrosu (Elektrikli tek çekici araçlar) 1910: Çekme gücü tren boyunca dağıtılmış araçlar EMU (hızlı kalkış, hızlı duruş)

49 Yeraltında kullanılan ilk DC elektrikli lokomotiflerden biri

50 Elektrikli çoklu birim yeraltı treni

51 Lichterfelde tram (Siemens) in Berlin, 1882

52 3.5 Elektrikli Çekiş Sisteminin Geliştirilmesi 20.yy başı: DC orta gerilim sistemler Pahalı sabit ekipman, ucuz ve basit lokomotifler 1902: İlk AC elektrikli anahat, İtalya da Valtellina bölgesinde 3 faz, 3600 V, Hz, 70 km/h 1920: İsviçre de AC yüksek gerilim havai hat 1930: Tüm Avrupa da AC havai hat yaygınlaştı 1945: İngiltere de AC katener hatları

53 Dünyanın ilk AC lokomotifi. Ganz firmasında Kálmán Kandó tarafından tasarlanmıştır yılında İtalya da 106 km uzunluğundaki Valtellina hattında kullanılmıştır. (Wikipedia Commons)

54 3.6 Dizel Çekiş 1893: Dizel motorun icadı (Berlin, Dr. Diesel) 1930 lar: Dizel çekiş raylı sistemlerde kullanılması 1950 lerde de dizel ve elektrikli çekiş sistemleri buharlı lokomotifleri gelişmiş dünyanın çok büyük bir kısmında devre dışı bıraktı. Hareket aksamı ile motorun birleştirilmesinde sorunlar var Küçük güçte debriyaj-balata sistemi (otomobiller) Orta güçte hidrolik bağlantı Büyük güçte elektrikli bağlantı dizel-elektrik çekici

55 Hidrolik/mekanik dizel lokomotifin şeması (Wikipedia Commons)

56 Dizel-Elektrik lokomotifin şeması. Dizel motor V-12, V-16 veya V-20 olabilir. Dizel motor bir AC veya DC üreten bir üreteci tahrik eder. Çekiş motorları AC veya DC olabilir. Motor üfleyiciler çekiş motorlarını soğutmak için hava üfler. Hava kompresörü fren sistemi için gerekli basınçlı havayı sağlar. (Wikipedia Commons)

57 3.7 Dingil ve Tekerlek Yerleştirilmesi İlk lokomotiflerde: 2 veya 3 dingil Sürüş tekerlekleri pistonlara bağlı Birbirine bağlı sürüş tekerlekleri Artan güç talebi Artan boyutlar Artan su ve yakıt deposu boyutları Patinaj önlemek için daha fazla ağırlık Dingil yükünü dağıtmak gerek Çoklu birimlere geçiş

58 3.7 Dingil ve Tekerlek Yerleştirilmesi

59 TCDD sistemi: Tahrikli dingil sayısı, toplam dingil sayısı: , ,

60

61

62 3.8 Lokomotif Bakım Uygulamalarındaki Değişim Buharlı makinalar çok bakım ister Ömürlerinin yarıdan çoğu tamirhanede Yedek bulundurmak gerek Dizel ve elektrikli araçlar daha az bakım ister Dizel ve elektrikli araçlar daha uzun ömürlü Büyük tekerlek yerine boji kullanımı Çoklu birimler kullanımı

63 Eski bir çarpma kapılı DC elektrikli çoklu birim treni (Fotoğraf: Paul Walker).

64 Kanal Tüneli nde hem AC hem de DC ile çalışabilen Eurostar trenleri

65 Dizel-elektrikli bir lokomotif (fotoğraf: Paul Walker)

66 Dizel çekişli bir çoklu birim (fotoğraf Paul Walker)

67 3.9 Yolcu Arabalarından Modern Araç Gövdelerine Atla çekilen yolcu kabinlerinin dört tekerlekli araçlara bindirilmesiyle elde edilen yolcu vagonları

68 3.9 Yolcu Arabalarından Modern Araç Gövdelerine İlk zamanlardan çeşitli yolcu vagonları

69 3.9 Yolcu Arabalarından Modern Araç Gövdelerine Kısa mesafede geçişsiz kabinler Uzun mesafede koridorlu ve geçişli bölmeli vagonlar (İngilizlerin tasarımı) Pulman tipi tek bölme (Amerikan tasarımı) Bölmesiz, hafif, sağlam, "monoblok" gövde Uçak gövdesi gibi tasarım (hızlı tren)

70 Açık koridor tipli bir yolcu vagonunun iç kısmı (fotoğraf: Paul Walker)

71 3.10 Yolcu Vagonu Gövde Yapıları Erken dönem yolcu vagonları: ahşap kabinli ölümcül kazâlar 1840: Standartlaştırma ve sertifikalandırma Dövme demir vagon çerçevesi Çelik çerçeve Çelik veya alüminyum gövde İki boji arasında tek-kabuk gövde

72 3.10 Yolcu Vagonu Gövde Yapıları İki yüz yıla yakın bir tasarım süreci: Daha küçük kütle Daha dayanıklı bir biçim Daha sağlam bir yapı. Kazanımlar: Daha az enerji harcama Darbelerde/çarpışmalarda daha az hasar Daha yüksek yolcu konforu Daha yüksek yolcu/araç kütleler oranı.

73 3.11 Ana Hat Tren İşletmede Bazı Hususlar Hattaki trafik tek tip mi (örneğin sadece yüksek hızlı ekspres yolcu treni) yoksa karışık hız ve tipte mi? Yavaş ve çok duraklı yük ve yolcu trenlerinin raylı sistemin uzun mesafe yolcu taşıma kapasitesine etkisi ne olacak? Sinyalizasyon sistemi nasıl bir kapasiteye izin verecek? (Bu husus büyük ölçüde sinyalizasyon kesimlerinin uzunluklarına ve sinyalleşmenin tek veya iki yönlü olmasına bağlıdır.)

74 3.11 Ana Hat Tren İşletmede Bazı Hususlar Küçük istasyon veya duraklarda ekspres trenlerin geçebileceği çok sayıda geçiş çevrimi veya yavaş hat peronu var mı? Trenlerin planlanan kalkış/varış saatlerine uyabilmeleri için ne tür hızlanma, frenleme veya çekiş özelliklerine sahip olmaları gerekiyor? Hat üzerindeki en yüksek eğim ne kadardır? (Bu özellik bir önceki hususu büyük ölçüde etkiler.) Kaç tane hız kısıtlayıcı etken olasıdır? Kayıp zamanı telafi için ne yapılacak?

75 3.12 Metro ve Hafif Raylı Sistem İşletmede Bazı Hususlar Günün hangi saatlerinde hangi taşıma kapasitesi gereklidir? Ulaşılabilen hızlanma ve yavaşlama oranları nelerdir? Her bir istasyonda ne kadar bir süre durmak gerekir? Erişilmesi gereken en yüksek hızlar ne olacak?

76 3.12 Metro ve Hafif Raylı Sistem İşletmede Bazı Hususlar Normal işletme şartlarında enerji tasarrufu nasıl sağlanacak (örneğin uygun yerde treni boşa almak)? Yoğun saatteki gecikmeleri telafi için neler yapılabilecek? Hafif raylı sistemler için, yolun otomobillerle ortak kullanılan kısımları için ne gibi ek etkenler dikkate alınacak?

77 Docklands hafif raylı sistem araçlarından biri.

78 Docklands hafif raylı aracının içi.

79 3.13 Yük Taşıma Araçları İlk raylı sistemlerde çok çeşitli yükler taşınırdı: işletilmesi yavaş çok fazla insan gücü kaynaklar atıl Son yıllarda çeşitli fabrikalara veya limanlara tek tip yük taşıyan trenler Daha ekonomik işletme Taşınan yüke özel vagonlar: dökme çimento, seramik toprağı, kırılmış taş, mıcır, kömür, yağ, petrol, çelik, kül ve otomobil gibi yükler Vagonun toplam ağırlığı 100 ton, dingil ağırlığı 25 ton olabilmektedir.

80 3.14 Özel Amaçlı Raylı Mühendislik Araçları Balast sıkıştırma makineleri Balast temizleyiciler Balast dökme/serme vagonları Taş üfleyiciler Hareketli raylı vinçler Ray kaynak araçları Temizleme trenleri Denetleme araçları/troleyler Kar ve yaprak temizleme araçları

81 3.14 Özel Amaçlı Raylı Mühendislik Araçları Beton trenleri Su gideri ve ark temizleyicileri Akülü araçlar/balast lokomotifleri Tünel temizleyicileri Ray döşeme araçları Personel taşıyıcılar Yol kayıt araçları Ray taşlayıcılar Özel düz vagonlar/ray taşıma vagonları.

82 Balast sıkıştırma makinesi

83 3.15 Üretim Yöntemleri Perçinleme yerine kaynak kullanılmaya başlandı. Alüminyum ve paslanmaz çelik kullanımı arttı. Plastikler kullanılmaya başlandı. İmalatta yer seyyar aletlerin kullanımı arttı (jigs and fixtures) Bilgisayarlı üretim ve kontrol sistemleri kullanılmakta Kalite güvencesi kavramı getirildi.

84 İlginiz için teşekkür ederim. Hasan Hüseyin Erkaya Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Ekim