Mathematical Proof of the Effect of the Application of Tilting Train Sets Between Bilecik and Bozüyük on Passenger Comfort and Travel Time

Öz

Reducing travel time in railway passenger transportation is an important goal. Tilting train refers to trains that can pass curves on the line at speeds higher than the limits set for conventional trains by using passive or active tilting mechanisms. In active tilting technology, the tilting of the vehicle body involves sensors, various electronic equipment and is usually based on the control of a hydraulic or electric actuator. Calculations were made using the data of the section of the existing railway line within the borders of Bilecik province for the application of the tilting body train technology, which is applied in many countries around the world, in Türkiye. In the study carried out within the scope of this article; according to the curve and cant values on the selected line; in fact, in case of using a conventional train set and a tilting body train set, lateral force and comfort coefficient values were found at equal operating speeds, and the improvement that would occur in case of using a tilting body train was presented as a result, it was concluded that the operating speed can be increased by 5% to 10% in certain sections of the line. These results are specific to the selected line, and it has been concluded that a higher rate of decrease in lateral forces can be observed on a different line and a higher percentage increase in maximum allowable speed values can be achieved. It is estimated that if tilting train technology is implemented in Türkiye, it can make railway travel more competitive thanks to higher service quality and a better image, more frequent train departures due to shorter working hours; thus contributing to TCDD's targets and creating benefits for the national economy. Finally, with the influence of this study; It is hoped that the passenger transportation service on the existing railway line, especially in Bilecik, will be started to be carried out by tilting trains.

Anahtar Kelimeler

• Railway
• Curve
• Tilting Train
• Speed
• Comfort

Yatar Gövdeli Tren Setlerinin Bilecik - Bozüyük Arasında Uygulamasının Yolcu Konforu ve Seyahat Süresi Üzerine Etkisinin Matematiksel Olarak İspatı

Öz

Demiryolu yolcu taşımacılığında seyahat süresinin kısaltılması önemli bir hedeftir. Yatar gövdeli tren, pasif veya aktif eğilme mekanizmalarını kullanarak hattaki kurpları konvansiyonel trenler için belirlenen sınırlardan daha yüksek hızlarda geçebilen trenleri ifade eder. Aktif eğilmeli teknolojide araç gövdesinin eğilmesi, sensörleri vd. çeşitli elektronik ekipmanı da içerir ve genellikle hidrolik veya elektrikli bir aktüatörün kontrolüne dayanır. Bu çalışmada dünya üzerinde pek çok ülkede uygulaması bulunan yatar gövdeli tren teknolojisinin Türkiye’de de uygulamasına yönelik mevcut demiryolu hattının Bilecik il sınırları içerisindeki kesimine ait veriler kullanılarak hesaplamalar gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında, seçilen hattaki kurp ve dever değerlerine göre; hatta konvansiyonel tren seti ve yatar gövdeli tren seti kullanılması durumunda müsavi işletme hızlarında yanal kuvvet ve konfor katsayısı değerleri bulunmuş ve yatar gövdeli tren kullanılması durumunda gerçekleşecek iyileşme hesaplanmıştır. Hattın belirli kesimlerinde işletme hızının %5 ila %10 oranında artırılabileceği sonucuna varılmıştır. Bu sonuçlar, seçilen hat özelinde olup, farklı bir hatta yanal kuvvetlerde daha yüksek oranlarda düşüş gözlenebileceği ve maksimum müsaade edilebilir hız değerlerinde daha yüksek yüzdelerde artış gerçekleştirilebileceği kanaati hasıl olmuştur. Yatar gövdeli tren teknolojisinin Türkiye’de uygulanması durumunda çalışma süresinin kısalması nedeniyle daha sık tren kalkışları, daha yüksek hizmet kalitesi ve daha iyi bir imaj sayesinde demiryolu yolculuğunun daha rekabetçi hale gelebileceği, böylece TCDD hedeflerine katkıda bulunulabileceği ve ulusal ekonomiye fayda yaratılabileceği tahmin edilmektedir. Son olarak, bu çalışmanın tesiriyle; Bilecik başta olmak üzere mevcut demiryolu hattındaki yolcu taşımacılığı hizmetinin yatar gövdeli trenlerle gerçekleştirilmeye başlatılmasına yol açacağı umut edilmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Demiryolu
• Kurp
• Yatar Gövdeli Tren
• Hız
• Konfor

Kaynakça

1. [1] M., Mezzina, A., Piccolini, “Hydraulic systems for tilting trains,” Eaton, Cleveland, ABD, 2016.
2. [2] A.,O., Darlton, M., Marinov, “Suitability of tilting technology to the tyne and wear metro system,” Urban Rail Transit, vol. 1, no. 1, pp. 47–68, 2015, https://doi.org/10.1007/s40864-015-0007-8.
3. [3] F., Yıldızhan, “Yatar gövdeli demiryolu araç teknolojisi ve Türkiye,” Demiryolu Mühendisliği, sayı. 12, ss. 73-82, 2020, https://doi.org/10.47072/demiryolu.734731.
4. [4] J., Förstberg, E., Andersson, T., Ledin, “Influence of different conditions for tilt compensation on symptoms of motion sickness in tilting trains,” Brain Research Bulletin, vol. 47, no. 5, pp. 525–535, 1998, https://doi.org/10.1016/S0361-9230(98)00097-5.
5. [5] V.A., Profillidis, Railway management and engineering, Ashgate Publishing Company, Burlington, ABD, ISBN:9781472407788, 2014.
6. [6] Persson, R., Goodall, R.M., Sasaki, K., “Carbody tilting – technologies and benefits,” Vehicle System Dynamics, vol. 47, no. 8, pp. 949–981, 2009, https://doi.org/10.1080/00423110903082234.
7. [7] S.H., Han, H.L., Rho, S.G., Lee, “Estimation on the enhancement of permissible speeds around curves for the tilting train on the gyeongbu line of the korean rail network,” WIT Transactions on The Built Environment, vol. 127, pp. 379-388, 2012, https://doi.org/10.2495/CR120321.
8. [8] J., Choi, “Prediction of displacement induced by tilting trains running on ballasted tracks through measurement of track impact factors,” Engineering Failure Analysis, vol. 31, pp. 360-374, 2013, https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2013.02.004.

9. [9] R. Luo, J. Zeng, W. Zhang, “Pantograph dynamics and control of tilting train,” Proceedings of the 17th World Congress The International Federation of Automatic Control, Seoul, Korea, 2008, pp. 8293-8298.
10. [10] B., Kufver, R., Persson, “Tracks for Tilting Trains - A Study within the Fast and Comfortable Trains Project,” 2013, [Online]. Available: http://www.railway-research.org/IMG/pdf/ps.2.9.pdf., [Accessed: 12-March-2024].
11. [11] A, Çoşkun, “Demiryollarında geçiş eğrileri ve dever uygulamaları,” Demiryolu Mühendisliği, sayı. 5, ss. 57-59, 2017.
12. [12] J. Förstberg, E. Andersson ve T. Ledın, “Influence of different conditions of tilt compensation on motion and motion-related discomfort in high speed trains” Vehicle System Dynamics, no. 29, pp. 729-734, 2007.
13. [13] Pendolino Tilting Train, [Online]. Available: https://www.ralway-technology.com/projects/pendolno-tran/?cf-vew. [Accessed: 11-March-2024].
14. [14] Tilting Train, [Online]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Tilting_train, [Accessed: 11-March-2024].
15. [15] İ., Kalınbacak, Lokomotif tanıtma ders notu, Eskişehir Eğitim Merkezi Müdürlüğü, 2009.
16. [16] F.T., Pearson, R.M., Goodall, I., Pratt, Control system studies of an active anti-roll bar tilt system for railway vehicles, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, vol. 212 no. F, 1998, https://doi.org/10.1243/0954409981530670.
17. [17] C.N., Pyrgidis, Railway transportation systems design, construction and operation, CRC Press, Boca Raton, 461, ISBN: 978-1-4822-6216-2, 2016.
18. [18] M., Enomoto, S., Kamoshita, M., Kamiyama, K., Sasaki, T., Hamada, A., Kazato, “Development of tilt control system using electro-hydraulic actuators,” Quarterly Report of RTRI, vol. 46, no. 4, 2005.
19. [19] J.S., Kim, Fatigue assessment of tilting bogie frame for korean tilting train: analysis and static tests, Engine-ering Failure Analysis, vol. 8, no. 13, pp. 1326-1337, https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2005.10.007, 2006.
20. [20] N., Haktan, Yatay kurplar ders notu, 2017.
21. [21] K.A., Gümüş, “Demiryollarında ray geometrisinin belirlenmesi ve iyileştirilmesi,” Yüksek Lisans Tezi, T.C. Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Harita Mühendisliği, 2016.
22. [22] C. Urlu, Demiryolu araçlarının ileri dinamiği, Ankara, TCDD Yayınları, 1999.
23. [23] Kozak, M., “Demiryolunda dever uygulaması ve güvenliğe etkisi”, Süleyman Demirel Üniversitesi Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, sayı. 12, 4(1), ss. 41-48, 2016, e-ISSN: 1308-6693.
24. [24] Demiryolu Yük Arabası için Tekerlek Seti Bogie Vagonu, [Online]. Available: https://turkish.railwayspare-parts.com/quality-11667873-railroad-coach-bogie-y32-bogie-160-km-h-railway-bogie-wheel-set-bogie-wagon-for-railroad-freight-car, [Accessed: 19-March-2024].