SPRING 2018 Civil Engineering Department -Transportation Systems and Railway Engineeering- Associate Professor. N. Özgür Bezgin o z g u r. b e z g i n @ i s t a n b u l. e d u. t r 3 rd Class
Ekartman uzunlukları (Gauge widths)
Ekartman uzunlukları -Gauge lengths- Ekartman uzunluk değerleri, rayların iç yanakları arasındaki mesafe değeridir. Standart ekartman mesafesi, George Stephenson tarafından belirlenen 4 feet ve 8,5 inch (1.435 mm) olarak günümüze kadar gelmiştir.
Ekartman uzunlukları -Gauge lengths- Ekartman uzunlukları, dar ekartman, standart ekartman ve geniş ekartman olmak üzere 3 küme içerisinde sınıflandırılabilir. Günümüzde çoğunlukla 1.435 mm lik standart ekartman kullanılmaktadır.
Dar ekartman -Narrow gauge- Dağlık ve engebeli güzergahlarda dar ekartmanlı hatlar, normal ekartmanlı hatlara göre inşaat kolaylıkları ve daha küçük yarıçaplarda inşa edilebilirlikleri nedeniyle tercih edilmişlerdir.
Geniş ekartman -Broad gauge- Demiryolu ekartman değerleri, zamanında politik bir çekişme aracı olarak kullanılmıştır. Hızla sanayileşen ülkeler, birbirilerine karşı mücadelelerinde, farklı ekartmanlı hatlar inşa ederek lokomotif vb. Demiryolu unsurlarının ithalatına/ihracatına veya demiryolları ile belirli bölgelere nüfuzu engellemeye/zorlaştırmaya çalışmışlardır.
Geniş ekartman -Broad gauge- Geniş demiryolu ekartmanlarında, daha geniş ve dolayısıyla daha çok yük ve yolcu taşıyabilen trenlerin hareketi mümkün olabilmiştir. Ancak geniş ekartman, pratik olarak normal ekartmanlı hatlara göre gerek yapım gerekse işletme maliyetleri açısından fazla bir yarar sağlamamıştır.özellikle ülke sınırlarında, farklı ekartmanlar arasındaki geçiş çok ciddi zaman kayıpları yaşatmaktadır. Günümüzde, özellikle madencilikte geniş ekartmanlı hatlar Avustralya, ABD ve Rusya da bazı bölgelerde kullanılmaktadır.
Ekartman uzunlukları -Gauge lengths-
Ekartman uzunlukları -Gauge lengths-
Ekartman türleri -Gauge types-
Standart ekartman ve tekerlek-ray arayüzeyi- -Standard gauge and wheel-rail interface- Raylar, traversler üzerine, içeri doğru eğimli yüzeyler üzerine yerleşiktirler. Bu sayede tekerlek yuvarlanma yüzeyi ile ray yüzeyi birbirine paraleldir. Bu eğim normal hızda hatlarda 1:20, yüksek hızlı tren hatlarda 1:40 dır. (+2, -1 mm) (mm)
60E (UIC 60) Ray kesitinin temel nitelikleri -Fundamental characteristics of the 60E (UIC60) rail cross section-
49E (S49) Ray kesitinin temel nitelikleri -Fundamental characteristics of the 49E (S49) rail cross section-
Normal ekartman için ray merkezleri arası mesafe -Center to center spacing of rails- If E60 rail: 1435 mm (gauge) + 72 mm = 1507 mm (+2 mm, - 1 mm) If E49 rail: 1435 mm (gauge) + 67 mm = 1502 mm (+2 mm, - 1 mm) The above values are for if one ignores the 1:20 or 1:40 base slopes. In literature, track width for a normal gauge is typically accepted as 1500 mm which is an acceptable approximation. However, one may always choose to input a more refined value such as the ones above, depending on the type of rails used.
Budenlerin yerleşimi -Positioning of the flanges-
Tekerlek ve ray arayüzeyi- -Wheel and rail interface- Tekerlekler, kılavuzlama işlevini gören budenler (flange) ve ray üzerinde hareket eden yuvarlanma yüzeyine (rolling surface) sahiptirler. Yuvarlanma yüzeyleri, kurbalarda geçişlerde oluşan dönüş yarıçapı farklılıklarına karşı içeri doğru 1:20 koniklik ile üretilmişlerdir.
Tekerleklerin ve dingilin temel en kesit özellikleri -Primary cross sectional properties of the wheels and the axle- Buden ve koniklik.
Conicity requirements for train wheels
Dönemeçlerde tekerlek hareketi -Wheel motion in curvatures- The radii is taken from the centerlines of the rails
Dönemeçlerde tekerlek hareketi -Wheel motion in curvatures- d d d i = R d R i
Dönemeçlerde tekerlek hareketi -Wheel motion in curvatures- R d = R 0 + d 2, R i = R 0 d 2 d d = d 0 + d i = d 0 e λ n e λ n d d d i = R d R i R 0 = d o. d. n 2(e λ) R 0 e
Dönemeçlerde tekerlek hareketi -Wheel motion in curvatures- Örnek: e = 1.435 mm, d= 1500 mm, tekerlek çapı d o = 1000 mm ve l= 1.425 mm ise n = 1/20, 1/30 ve 1/40 için R o değerlerini bulun.
Dönemeçlerde tekerlek hareketi -Wheel motion in curvatures- Örnek: e = 1.435 mm, tekerlek çapı d o = 1 m ve R o = 1700 m ise n = 1/20, 1/30 ve 1/40 için (e l) değerlerini bulun.
Bir hat üzerinde hareket için gereken asgari en-kesit
Gabari -Gauge Bir demiryolu aracının üzerinde ilerlediği hat, köprü, tünel, portal, istasyon gibi yapıların içerisinden geçebilir. Bu yapıların, içlerinden geçmelerine izin veren kesit ölçüleri ve kesit alanları vardır. Buna yapı gabarisi (structural gauge) denir. Demiryolu aracının yük gabarisi Bu geçişin mümkün olabilmesi için demiryolu aracının ilerlediği doğrultu boyunca etrafında tanımlı serbest (loading gauge), dolu bir aracın geçiş hareketi esnasında ihtiyaç duyacağı kesit alanını ifade eder. bir enkesit alanının mevcut olması gerekir.
Yük gabarisi ve yapı gabarisi -Loading gauge and structural gauge- Yük gabarisi (loading gauge), demiryolu araçlarının ve vagonların gerek yüklü gerekse yüksüz olarak (Vagon platform yüksekliği+eşya yüksekliği olarak) herhangi bir emniyet tedbiri alınmadan geçebileceği yükseklik ve genişlik ölçüleridir. Yapı gabarisi (structural gauge) ise, yapının içerisinden özel denetim altında geçebilecek azami yük gabarisini belirtir.
Yurdumuzda yük gabarisi -Loading gauge in our country- Türkiye de, tek hat için 465 cm yükseklikte, 315 cm genişlikte yük gabarisi 480 cm yükseklikte 400 cm genişlikte yapı gabarisi belirlenmiştir. Yük ve yapı gabari değerleri sınır kapılarında artabilmektedir.
Yük gabari tetkik aracı -Loading gauge test vehicle-
Günümüzde demiryollarının sınıflandırılmaları -Classifications of railroads today- Günümüzde demiryolları, çok çeşitli araçların ve yüklerin farklı sıklıklarda taşındığı karmaşık ulaşım ağları oluşturmaktadır. Maruz kaldıkları yükler ve yıpranmalar ile demiryollarının bakımlarının yapılabilmeleri, bir sınıflandırma yöntemini gerektirmektedir. Farklı kapsamlarda çeşitli sözel sınıflandırmalar yapılmıştır: 1. Geçki: Kentiçi, banliyö, kentler arası ve ülkelerarası. 2. Hizmet türü: Anahat, bağlantı (iltisak) hattı ve istasyon hattı. 3. Ekartman türü: Normal hat, dar hat, geniş hat. 4. Tren hızı: Alışılmış (conventional), hızlı, yüksek hızlı. 5. Yük türü: Yolcu treni, yük treni, karma tren. 6. Güç türü: Buhar, dizel, elektrik, manyetik. 7. Hareket türü: Çekilerek ilerleyen, bütün olan güçlendirilen. 8. Hat sayısı: Tek hat, çift hat, çok hat.
UIC tarafından yapılan sınıflandırmalar -Classifications by UIC- Günümüzde sınıflandırmalar, UIC tarafından rakamsallaştırılmıştır. Bir hattın taşıyıcı niteliğine ve bakım gereksinimine yönelik en önemli değişkenler: Dingil yükü, günlük trafik ve tren hızıdır. Theoretical Traffic Loads and Classication of Turkish Railway Network According to the Track Maintenance - Kemal Selçuk Öğüt
UIC tarafından yapılan sınıflandırmalar -Classifications by UIC- Bir hat üzerinde hareket edebilecek yük ve yolcu vagon ve lokomotiflerinin dingil yükleri, hızları ve günlük toplam ağırlıklarına bağlı olarak tespit edilen eşdeğer trafik yükü T f ile bir hat UIC ye göre sınıflandırılır. Theoretical Traffic Loads and Classication of Turkish Railway Network According to the Track Maintenance - Kemal Selçuk Öğüt
Birleşik Devletler de yük taşımacılığı -Freight transport in the US- Birleşik Devletler de yük taşımacılığının %39,9 u demiryolu, %33,4 ü karayolu, %14,3 ü petrol boru hattı, %12 si su yolu ve %0,3 ü havayolu ile yapılmaktadır.
Avrupa Birliği nde yük taşımacılığı -Freight transport the in the EU- Avrupa Birliği nde yük taşımacılığının %17,1 i demiryolu, %76,4 ü karayolu, %6,5 i su yolu ile yapılmaktadır.
Ülkemizde yolcu ve yük taşımacılığı -Passenger and freight transportation in our country-
Train speeds (Tren hızları)
Hızlı tren devrimi öncesi -Before the high speed rail revolution- 1955 senesinde Alstom tarafından yapılan denemelerde 330 km/saat hıza ulaşılmıştır. Bu hızlar, rekor denemeleri olup, işletmeye alınabilecek güven, konfor ve ekonomiyi sağlayabilecek hızlar değildi. Elektrikli trenler ile ulaşılabilen hizmet hızları 1950 lerde 160 km/saat civarındaydı.
Hızlı seyahat ihtiyacı -The need to travel fast- 160 km/saat hız üzerinde ulaşılması hedeflenen hız değerleri ancak özel olarak hazırlanmış belirli hatlarda gerçekleştirilebiliyordu ve bu hatların üstyapısı da çoğu zaman yeterli olmuyordu. Yüksek hızlarda meydana gelen titreşimlerin ve kuvvetlerin şiddeti, normal hızlar için hazırlanmış hat üst yapılarına fazla geliyor ve hattı bozabiliyordu. Resimde, 1955 senesinde Fransa da gerçekleştirilen 326 km/saat yüksek hız denemesi sonrasında oluşan hat bozuklukları görülmektedir.
Hızlı seyahat ihtiyacı -The need to travel fast- 23 Ekim 1903 de Almanya da elektrikli bir tren ile gerçekleştirilen bir denemede 206,7 km/saat hıza ulaşıldı. 15 Mayıs 1933 de, Hamburg ve Berlin arasında dizel tren seti ile 160 km/saat hızda seferler düzenlendi. 20 Haziran 1939 senesinde, Bologna ve Roma arasında 203 km/saat hıza ulaşan ve 160 km/saat hızda hizmet veren ETR 200 elektrikli tren seti kullanıldı. Özetle, ulaşılan en yüksek hizmet hızı değeri 160 km/saat olup, yolcu trenleri ortalama 90 140 km/saat arasında hızla hareket edebiliyorlardı.
Ulaşılan hızların mutlak kıyaslaması -Absolute comparison of speeds reached - 2015 Yamanashi Test Track, Maglev: 603 km/h service speed.
Farklı enerji türleri ile ulaşılan hızların kıyaslaması -Comparison of speeds reached by different forms of energies-
Ulaşılan hızların mutlak kıyaslaması -Absolute comparison of speeds reached -
Yamanashi Test Track
TGV Test Track
End of third class T h a n k y o u Associate Professor N. Özgür Bezgin o z g u r. b e z g i n @ i s t a n b u l. e d u. t r