Kars-Ahılkelek hattı için maksimum tren hamule miktarının istatistiksel yöntemler ile belirlenmesi

Öz

Son yıllarda, yük taşımacılığı için karayolundan demiryoluna doğru yönelim görülmekte ve bu sebeple yüksek kapasiteli demiryolu hatları tamamlanmaktadır. İçinde bulunduğumuz çağın en büyük krizlerinden olan iklim krizi de bu yönelimin en önemli nedenlerindendir. Bu konuda araştırmacılar çeşitli çalışmalar yapmakta olup yük trenlerinin taşıyabileceği yük miktarının arttırılması da etkili bir yöntem olarak görülmektedir. Şüphesiz ki yük miktarını arttırmak lokomotif-vagon teknik özellikleri ile birlikte yol şartları, yükleme karakteristiği, frenleme oranları gibi birçok etmene bağlıdır. Bu çalışmada ülkemiz yük taşımacılığında önemli bir noktada olan Kars-Ahılkelek hattı için yük trenlerinin taşıyabileceği maksimum yük (hamule) miktarının tespit edilmesi amaçlanmıştır. Bunun için vagonlar arası boylamsal kuvvetlerin elde edilmesi ve olası tüm araç konfigürasyonları için istatistiksel yöntemler ile sonuca gidilmesi gerekmektedir. Mevcut işletilmiş trenlerin kuplörlerinde oluşan boylamsal kuvvetler UIC grubu tarafından geliştirilmiş bir yazılım ile tespit edilmiştir. Daha sonra bu trenler araç konfigürasyonu açısından istatistiksel olarak analiz edilmiş ve bunlara en yakın sanal trenler oluşturulmuştur. Çalışma sonucunda yük trenlerinde tren uzunluğunun yükleme miktarına göre daha etkili bir parametre olduğu tespit edilmiş ve tren uzunluğunu kısıtlayarak daha yüksek hamule miktarlarına ulaşılabileceği görülmüştür. Farklı limit değerler için 800 m ve 850 m uzunluğuna kadar olan yük trenlerinde 3100 tona kadar hamule yüklemesinin emniyetli olabileceği ve bunun demiryolu taşımacılığında verimliliği arttırabileceği vurgulanmıştır. Çalışma proje kapsamında elde edilen sonuçların bir çıktısı olup kullanılan değerler gizlilik esasları gereği normalize edilerek verilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Yük treni
• Boylamsal kuvvet
• Hamule
• İstatistiksel yöntem

Determination of maximum train load amount for Kars-Ahılkelek line with the statistical methods

Abstract

In recent years, there has been a tendency from road to railway for freight transportation, and for this reason, high-capacity railway lines are being completed. The climate crisis, one of the biggest problems of our age, is one of the most important reason for this trend. Researchers have been doing various studies on this issue, and increasing the amount of load that freight trains can carry is also seen as an effective method. Undoubtedly, increasing the amount of load depends on many factors such as road conditions, loading characteristics, braking rates, as well as locomotive-wagon technical specifications. In this study, it is aimed to determine the maximum amount of load that freight trains can carry for the Kars-Ahılkelek line, which is an important point in our country's freight transportation. For this purpose, it is necessary to obtain the longitudinal forces between wagons and reach a conclusion using statistical methods for all possible vehicle configurations. The longitudinal forces occurring in the couplers of currently operated trains were determined with a software developed by the UIC group. These trains were then analyzed statistically in terms of vehicle configuration and the closest virtual trains were created. As a result of the study, it was determined that the train length was a more effective parameter than the loading amount in freight trains and it was seen that higher freight quantities could be achieved by limiting the train length. For different limit values, it is emphasized that for freight trains up to 800 m and 850 m in length, it can be reliable to load up to 3100 tons of load weight and this can increase the efficiency in rail transportation. This study is an output of the results obtained within the scope of the project and the values used are normalized due to confidentiality principles.

Keywords

• Freight train
• Longitudinal force
• Load
• Statistical method

References

1. [1] Fraunhofer-Institute for Systems and Innovation Research ISI. “Methodology for GHG Efficiency of Transport Modes”. Final Report. Karlsruhe, Germany. November 2020.
2. [2] United States Environmental Protection Agency. “U.S. Transportation Sector Greenhouse Gas Emissions 1990–2022”. May 2024.
3. [3] Zitricky V., Nedeliakova E., Valla M. “The position of road and rail transport in terms of carbon neutrality”. Transportation Research Procedia, 74, 210–216, 2023.
4. [4] Rizet C., Cruz C., Mbacke M. “Reducing freight transport CO2 emissions by increasing the load factor”. Social and Behavioral Sciences, 48, 184–195, 2012.
5. [5] Cheli F., Di Gialleonardo E., Melzi S. “Freight trains dynamics: effect of payload and braking power distribution on coupling forces”. Vehicle System Dynamics, 55(4), 464–479, 2017.
6. [6] Belforte P., Cheli F., Diana G., Melzi S. “Numerical and experimental approach for the evaluation of severe longitudinal dynamics of heavy freight trains”. Vehicle System Dynamics, 46(1), 937–955, 2008.
7. [7] Cheli F., Melzi S., Di Gialleonardo E. “Numerical analysis of curving performances of low flatcar wagons”. International Journal of Heavy Vehicle Systems, 18(2), 195–213, 2011.
8. [8] Di Gialleonardo E., Cazzulani G., Melzi S., Braghin F. “The effect of train composition on the running safety of low flatcar wagons in braking and curving manoeuvres”. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 231(6), 666–677, 2017.

9. [9] Cole C., McClanachan M., Spiryagin M., Quan Sun Y. “Wagon instability in long trains”. Vehicle System Dynamics, 50(1), 303–317, 2012.
10. [10] Zhang Z., Li G., Chu G., Zu H., Kennedy D. “Compressed stability analysis of the coupler and buffer system of heavy-haul locomotives”. Vehicle System Dynamics, 53(6), 833–855, 2015.
11. [11] Rakshit U., Malakar B., Roy B. K. “Effect of different types of wagon connectors on longitudinal forces of a heavy freight train”. International Journal of Engineering & Technology, 7(2), 2–21, 2018.
12. [12] Bosso N., Magelli M., Rossi B. L., Zampieri N. “The influence of resistant force equations and coupling system on long train dynamics simulations”. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 236(1), 35–47, 2022.
13. [13] Serajian R., Mohammadi S., Nasr A. “Influence of train length on in-train longitudinal forces during brake application”. Vehicle System Dynamics, 57(2), 192–206, 2019.
14. [14] Di Gialleonardo E., Melzi S., Trevisi D. “Freight trains for intermodal transportation: optimisation of payload distribution for reducing longitudinal coupling forces”. Vehicle System Dynamics, 0(61), 2532–2550, 2023. (Appendix Table 1. Symbols: f, ρ, u, q, T, x, S, D, T, g, mv, μ, V, v, Fk, FRes, xrel, FLong, Fload, t, φ, D, τ)
15. [15] Arcidiacono G., Berni R., Cantone L., Placidoli P. “Kriging models for payload distribution optimisation of freight trains”. International Journal of Production Research, 55(17), 4878–4890, 2017.
16. [16] Dotoli M., Epicoco N., Falagario M., Palma D., Turchiano B. “A train load planning optimization model for intermodal freight transport terminals: a case study”. IEEE International Conference on Systems, Man and Cybernetics, 2013.
17. [17] International Union of Railways. “UIC 421: Rules for the consist and braking of international freight trains.” January 2012.
18. [18] Cantone L. “TrainDy: The New Union Internationale Des Chemins de Fer Software for Freight Train Interoperability”. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 225(1), 57–70, 2011.
19. [19] International Union of Railways. “UIC 544-1: Brakes - Braking Power.” June 2013.
20. [20] Bayraktar M., Tahtalı M. “Raylı taşıtlarda dinamik hareketler ve titreşim azaltma yöntemlerinin incelenmesi”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 26(1), 9–20, 2020.
21. [21] Cantone L., Durand T., Karbstein R., Ottati A. “Methodology to admit new freight trains to international traffic according to the UIC”. International Journal of Mechanical Engineering and Technology, 11(6), 41–51, 2020.
22. [22] International Union of Railways. “UIC 530-2: Wagons - Running Safety.” December 2011.