Hafif raylı sistemlerde tasarım standartları, yük taşımacılığı taşımacılık veya demiryolu hizmetlerinden çok farklıdır çünkü hafif raylı taşımacılığın dikey ve yatay hat geometrisi, hafif raylı sistem araçlarının tasarımını ve performansını da etkileyecektir. Hafif raylı sistem tasarımcıları sadece hattın geometrisini değil, aynı zamanda aracın özelliklerini ve aracın rayın geometrisine nasıl tepki verdiğini de dikkate almalıdır.
HAT, RAY AÇIKLIĞI, FLANŞ YOLLARI
Hat tasarımı yapılırken dikkat edilmesi gereken en kritik aktiviteler; Hat boyutları, ray açıklığı ve kenar flanş genişlikleri olarak görüşmektedir. Bu aktivitelerin parametreleri düzgün olarak seçilmezse hem ray hem araç tekerleri fazla aşınır.
VAGON TAŞITI ETKENLERİ
Hafif Raylı Sistemler & Ağır Raylı Metro ve Demiryollarının tekerlek çapları, tek tekerlek aks uzunlukları, vagon aks aralıklarının ve vagon merkezlerinin konumu farklılık göstermektedir. Ray tasarım sürecinde bunlara dikkat edilmezse, aşınmaya karşı duyarlılık ve kurbalarda eğilme (şekil bozukluğu) meydana gelebilecek sorunlardandır.
Tekerlek ile rayın kalibrasyonu özellikle operasyonel performans özellikleri açısından önemlidir. Tekerlek flanşı ile ray mantarı arasındaki yanal boşluğu, tekerlek ölçüsünü büyütmek veya ray ölçülerini küçültmek suretiyle azaltarak, tekerleğin ray takibi arttırılır. Böylelikle aşınma, eğilme ve flanş ataklarının azalması sağlanırken, kurbalı raylarda veya özel ray çalışmalarında gelişmiş performans sağlanmış olur. Bu durumları göz önünde bulundurması gereken demiryolu tasarımcısı, araç tasarımcısının kendinden bağımsız olarak tekerlek seçimi yapmadığından emin olmalıdır. Ayrıca demiryolu taşımacılığında her birinde farklı vagon kombinasyonları mevcut olan bir çok değişik araç serisi olduğundan, demiryolu tasarımcıları en kötü durum için gereklilikler uyarınca ray tasarımı yapmalıdırlar.
STANDART RAY VE TEKERLEK ÖLÇÜLERİ
Çağdaş demiryolu taşımacılık sistemlerinde standart hat açıklığı 1435 mm’dir.Bu ölçü 18. yüzyılda İngiliz maden ocaklarında atla çekilen vagonların kullandığı ray hatlarından günümüze gelmektedir, tarih süresince birçok hat açıklığı kullanılmış olsa da hangisinin daha pratik veya popüler olduğu henüz net olarak ispatlanamamıştır ancak hat açıklığının lokomotif-vagon etkileşimini optimize etmek üzere ayarlanarak değişiklik gösterebileceği bilinmektedir. Ray aralığını ayarlamayı gerektirecek durumlar; hat üzerinde kurba olması, kurba koruyucu raylarının olup olmaması, ray eğimi, taşıt tasarım faktörleri, tekerlek çapı, tekerleğin koniklik ve genişliği, tekerlek flanş şekli, akslar arası uzaklık ve tekerlekler arası açıklık olarak belirtilebilir.
Katılımlı Hafif Raylı&Demiryolu Sistemleri için Açıklık Sorunları ve Karma Filo İşleyişi
Karma filo içeren sistemlerde vagon ve tekerlek parametreleri çok çeşitlilik gösterir.Bu sorunun 20. yy.’ın başlarında elektrikli sokak hattı tasarımcılarının ray tasarımlarını, şehir otomobillerine, onların küçük çaplı tekerleklerine aynı zamanda da uzun, daha büyük çapta tekerlekli şehirlerarası vagonlara da adapte olacak şekilde yapmaları gerektiğinden, bu dönemlerde de mevcut olduğu görülmektedir.Hafif raylı sitem yolunu yük trenleriyle paylaşırsa, yük taşımacılığı yalnızca balastlı kısımlarda yapılabilir.Bu yük trenleri için de alışılmışın dışında bir durum olacaktır ancak yine de sistemin herhangi bir bölümündeki bu ortak kullanım, tüm sistem için ray ve tekerlek ölçülerini etkileyecektir, ayrıca başlangıç hattı katılım alanları içermiyor olsa da, sistem ilerideki olabilecek ilaveler göz önünde bulundurularak tasarlanmalıdır. Uyumlu bir ortak kullanımda önemli durumlar; Arka arkaya gelen tekerlek mesafesi, koruma kontrol açıklığı ve koruma yüz açıklığıdır.
Katılımlı hatlarda ray tasarım parametlerini etkileyen faktörler,
- Kiriş oluklarının ve koruma raylarının pratik kullanımının mümkün olması,
- Verimli frenleyici ray ve koruma rayı uygulamaları için gereken flanj yolu genişlikleri.
Raylarını yük trenleri ile paylaşmayan transit sistemlerinin halen yük vagonlarının ray malzemeleri veya hafif raylı araçlarının yüklendiği bakım tesislerinde bir ray bağlantısı vardır.Eğer sistemin bakım programında demiryolu araçlarının, sistem bölümleri üzerindeki hareketi düşünülürse, ray tasarımında demiryolu yük taşımacılığı ekipmanlarının da hat tasarımına uyması gerekir.Ancak bu ağır demiryolu standartlarını tamamen benimseme değildir, koruma kontrol açıklıklarının katılım bağlantılarında AAR arka arkaya teker açıklığında yeterli boşluğu sağlaması ile, yük vagonları düşük hızlarla hafif raylı sistemlerin açık raylı kısımlarından taşınabilir.
AAR’nin tekerlekleri uyarlama toleransı olduğu gibi, tekerleri tam oturmayan demiryolu ekipmanlarını engellemek de gerekebilir.Bunlar, uygulanan demiryolu yük taşıma filolarına göre oldukça serbesttirler.Dar flanş yolu kiriş raylarını kullanan gölümü ray alanları, genel olarak yarı çapı 100metreden küçük olan kurbalarda ağır demiryolu araçlarının hareketine uyum sağlayamaz. Diğer kısıtlamalar ise,
- Hafif raylı sistemlere göre tasarlanmış köprülerin yapısal taşıma kapasitesi,
- Kataner direkleri ve istasyon platformları gibi pist engel açıklıkları da ortak kullanımı zorlaştıracak olmasıdır.
Başka bir katılım çeşidi de var olan ağır raylı sistemin hafif raylı sistem teknolojisi kullanılarak genişletilmesidir.Mevcut sistemlerde zaten ray açıklıkları, tekerlek açıklıkları ve tekerlek çevresistandartları mevcut olduğundan, hafif raylı sistem raylarında ve araçlarında da bu standartlar göz önünde bulundurulmalıdır.Mevcut demiryolu araçlarının tekerlek çapı ve aralığı parametleri hafif raylıaraçlarla ciddi farklılıklar gösteriyorsa, daha uyumlu bir çalışma için uyarlamalar gerekecektir.Demiryolu araçları da karma taşıma aracı filoları da aynı pozisyonda ise demiryolu hattı tasarımcısı bu ray ve tekerlek ölçüsü çeşitliliğindeki dallanmalarına da dikkat etmelidir.Sistemin ölçü standartlarının AAR ve AREMA standartlarından farklı olduğunun belirtilmesi zorunludur. Bu şekilde yapı ve bakım ekipmanları hatta zarar vermez.
Gömülü Hatlarda Açıklık Sorunları
Gömülü raylarda uygun hat boyutları daha çok ray kesitine ve araç tekerlek boyutlarına bağlıdır.AAR-1B deki Standart demiryolu tekerlek çevreleri ve demiryolu tekerlek basma açıklıkları, ray açıklığının 1435 mm yapıldığı takdirde, dar flanş yolları ile kirişli rayların bulunduğu Avrupa raylarına uyumlu değildir. Tekerleklerin arkasının dekovil ile bağlaması veya kiriş başının korunması bir flanşın, flanş yolu dışına çıkmasına sebep olur. Eğer dar flanş yolları seçilmişse (R:59N, R:60N gibi) geniş tekerlek ölçüsü veya eşdeğer dar ray boyutları ile adapte etmek gerekir.
Yolunun bir bölümünü yük taşımacılığı yapılan demir yolu ile paylaşan hafif raylı sistem aracında ağır raylı standart tekerlek açıklığı ölçüleri kullanılması gerekirse, gömülü tekerlek açıklığı alternatif olarak kirişli ray boyutlarının yalnızca bu alanlarda azaltılması ile sağlanabilir. Bu işlem aynı zamanda tekerlek-ray arası boşluğu da azaltacaktır.
Eğer demiryolu taşıma ekipmanı ile gömülü ray alanı boyunca bir birleşim bekleniyorsa, dar flanş yolu kirişli raylarının kullanımı mümkün olmayacaktır. Yük taşımacılığı yapılan demiryolları geniş flanş yolu kiriş rayları kullanımı bazı Avrupa haddehaneleri tarafından sağlanmaktadır. Ancak günümüzde mevcut tasarımları çok geniş olduğundan dekovil, kurbalar ve özel ray çalışmaları tasarımlarında koruma önlemi sağlamamaktadır. Ayrıca yük taşımacılığı yapılan demiryolu kiriş raylarının flanş yolları aynı zamanda yaya alanları için de gerek duyulandan daha geniş olmaktadır ve birleşim operasyonları için daha çok tolerans adına gömülü raylarda kirişli ray yerine «T» raylar kullanılabilir, ancak uygulama için ayrı bir flanş yolu yapılmalı ve kaldırım yüzeyinde sürdürülmelidir.
Standart Olmayan Ray Açıklıkları
Standart 1435 mm ray açıklığı standartı haricinde Kuzey Amerika ve deniz aşırı ülkelerde farklı ölçülerde kullanılabilmektedir.
Dar Açıklıklı Sistemler
Genellikte 1000 mm hat açıklığına sahip olan ve Avrupa’da nispeten yaygın olarak görülebilen sistemlerdir, özellikle de dar sokakların araç boyutlarını kısıtladığı daha eski şehirlerinde bu tür sistemlerin görülme olasılığı daha yüksek olmaktadır. Bir zamanlar Kuzey Amerika’da da birçok dar sokak tramvaylarının var olduğu ancak sadece Detroit sokak tramvayı ve San Francisco kablo tramvay sisteminin halen varlığını sürdürdüğü bilinmektedir.
Geniş Açıklıklı Sistemler
Geniş tramvay sistemlerinin nispeten dar sistemlere göre daha yaygın olduğu görülüyor. Kuzey Amerika’da dört geleneksel tramvay geniş açıklık kullanıyor, bunlar;
- Toronto’da 1496 mm;
- Philedelphia şehir sisteminde 1581 mm,
- New Orleans da 1588 mm
- Philedelphia banliyösünde 1588 mm.
Ray açıklıkları tramvay şirketlerinin kendi kıstaslarını saptamaları için genellikle belediye yönetmelikleriyle belirlenir. Birçok mevzuatta genellikle rayların lokal vagon hatlarının bir miktar dışında döşenmesi belirtilir. Bu şekilde özel kaldırımlar haricinde atla çekilen vagonlara ve arabalara yer sağlanır.Yeni başlayan taşıma işlemi Kuzey Amerika’da standart olmayan San Fransisco’nun BART ağır raylı sisteminde açıklık 1676 mm olarak alınmıştır.Bu boyut seçimi köprülerde rüzgara karşı arttırılmış araç stabilitesini sağlamak amacıyla yapılmıştır.Bu sistemlerde sıradışı açıklık boyutlarının kullanılma sebebi, ray tasarımı, yapımı ve bakımının birçok yönden karmaşıklaştırılmış olmasıdır. Ancak;
-
- Müteahhitlerin geniş hacim ekipmanları olmadığından Ray yüzeyi düzleme ve bileme servisi için taahhütün daha zor ve pahalı olması,
- Vagon tasarımlarının ortak katılıma göre modifiye edilmiş olması gerekeceğinden araç temininin zor olması,
- Geniş hacimlerde tren kontrol sistemlerinin gerekmesi ve bunun işletilmesinin karmaşık ve pahalı oluşu,
Sebeplerinden ötürü yeni projeler için standart dışı açıklıklar kullanması önerilmemektedir.
HAT EĞİMİ VE TEKERLEK KONİKLİĞİ-HAT AÇIKLIĞINA ETKİLERİ
Ray eğimi, ray-tekerlekarayüzünde önemli bir etkendir. Eğim, rayın hat merkez çizgisine karşı dönüşünü açıklamaktadır. Demiryolu hatlarında tekerlek setlerinin konik tekerlek basmalarını, kurbalarda kendini yönlendirmesinde tamamlayıcı olması istenmektedir.Eğim aynı zamanda düşey tekerlek yüklemesini de rayın açıklık köşesinden uzağa taşır. Günümüz demiryolu hatlarında raylar genellikle her iki teğette de kurbalı raylarda da 1:40 eğimle yapılmaktadır.Sıfır eğim genellikle özel ray çalışmalarında özelleşmiştir, eğimli özel ray çalışmaları ise günümüzde genellikle 140 km/saat ve üzeri yüksek hızlı hatlar için özelleşmiştir.
Konik Tekerlek Sırtı Gerekliliği
Demiryolu tekerlek sırtları genellikle kesilmiş bir koni gibidir, düz yüzeyde uzanan bir koni düzgünce ileri yuvarlanamaz ancak bir tarafını ray gibi bir kenarla desteklersek düz bir güzergah izlemesi sağlanabilir.Demiryolu tasarımları bu geometrik ilişki ile vagonların kurbalar boyunca ray mantarı ve tekerlek flanşı arası etkileşim gerektirmeden kendilerini yönlendirebilme avantajı edinmektedir.Tekerlek sırtı konikliği genellikle 1:20 olur,Bu sayede tekerlek flanşla kendi dış sırtındakinden daha büyük bir çevreye sahip olabilir. Ayrıca bir kurbaya girdiğinde dingilin dış tarafındaki flanşı dış ray boyunca kayar, iç flanş raydan uzağa kayarak daha kısa bir çevrede dönerken dış flanş daha büyük bir çevrede döner. Böylece, dış tekerlek ileri doğru iç tekerlekten daha uzun mesafe kateder ancak aynı rijit aksla bağlı olduklarından açısal hızları eşittir.
Demiryolu tekerlek setleri AAR standartında tekerlek açıklıkları ve 1:20koniklikle teorik olarak yarıçapları 580 metreden fazla olan kurbalarda yanlamayı önler.
Asimetrik Ray Taşlaması
Ray taşlamaları, onlarca yıldır ray yüzeyindeki kusurları almak için yapılmaktaydı, ancak yeni trend ray taşlamalarının ray temas yüzeylerinin yerlerini değiştirmek için tasarlanmaya başladı. Ray mantarı üzerinde asimetrik profili bileyerek, kurbanın yüksek ve alçak raylarında tamamen farklı temas parçası yerleşimi elde ederek konik tekerlek sırtı üzerindeki temas parçası iyileştirilebilmekte, böylece dönüş açısı değiştirilebilmektedir.
Kurbasız Hatlar için Açıklık
Geleneksel “T” raylarda yapılan hafif raylı taşıma yollarında her teğet rayda ve orta çaplı kurbalarda demiryolunu dikkate almaksızın standart 1435 mm ray açıklığı kullanılabilir. Daha sıkı oynama alanı kullanılarak yapılan işlemlerde vagon yakalama (truckhunting) problemlerinin daha az ortaya çıktığı görülmüştür, bu azaltma tekerlek açıklığını arttırarak veya hat açıklığını azaltarak da sağlanabilir.
Kurbalı Hatlar için Açıklık
Kurbalı hatlarda, hat açıklığını değiştirmek için uygun eşik yarıçapının ray üzerinde çalışan araçlara bağlı olarak birçok etkene bağlı olduğu bilinmektedir. Sıradan tekerlek açıklığında hat açıklığı orta çaplı bir kurbada 1435 mm olarak alınabilir. Kurba sertleştikçe tekerlek kilitlenmesini önlemek için yeterli oynama alanını sağlamak üzere hat açıklığı seçiminde daha dikkatli olmak gerekmektedir.
Geleneksel mantık, hat açıklığının kurbalı raylarda genişletilmiş olmasını önermektedir, ancak bu aksiyon daha çok ağır demiryolu hattı tecrübelerine dayanmaktadır, buna karşın küçük tekerlekli, kısa ve dar flanşlı taşıma araçları keskin ve orta çaplı kurbalarda genellikle ray açıklığı genişletilmesine ihtiyaç duymamaktadır. Ağır kurbalı ray bölümlerinde ise tasarım ekipmanı nadiren de olsa ray açıklığı genişletilmesine gerek duyabilmektedir. 711 mm tekerlek çaplı ve 1980 mm den küçük aks açıklığı olan vagonlarda açıklık 3~6 mm kadar genişletilebilir, ancak 1828 mm aks aralığı olan ve 650 mm tekerlek çaplı, 200 mm den düşük tekerlek flanşı olan bir hafif raylı araçta 35 metreden büyük yarıçaplı kurbalarda herhangi bir genişletme gerekmeyecektir.
Hat açıklığındaki küçük açıklık artışları demiryolu çevre kenarlıklarının dar flanş yollu kirişli raylar ile birlikte kullanıldığında, arka arkaya teker kilitlenmesi sorununu kötüleştireceği için genellikle mümkün olmaz. Kurbalarda ray açıklığını genişletmek yerine azaltmak Avrupa’da birçok sistemde ve Kuzey Amerika’da kısmen uygulanmakta ve bu sistemin, düşük çaplı kurbalardan geçen araçların hat takip performansını arttırdığı düşünülmektedir.
Flanş Yolları
Hat ve tekerlek açıklığı seçildikten sonra flanş yolları genişlikleri de tekerlek flanşının özel ray çalışmalarından ve keskin kurbalardaki frenleyici hat kesitlerinden serbest geçişe izin verecek şekilde tasarlanmalıdır. Bir vagon aracıyla hat açıklığı kontrolü, tekerlek profili ve minimum flanş yolu genişliğine karar verilmesinin gerekliliği, AEREA’nın Yol Konuları Komitesi tarafından 1909 da ortaya konmuştur. Buradaki uyarı; flanş yolu genişliklerinin çeşitli kurbalarda sokak tramvaylarındaki, kirişli ray kullanımı gerçeği göz önüne alınarak belirlenmesinin gerekli olduğudur. Hat genişliğine ek olarak, korumalı kurbalarda flanş yolu genişliklerine de dikkat edilmeli, bu sayede ayarlanabilir frenleyici ray yerleştirildiğinde kolay bir şekilde eşit dağıtım sağlanabilmelidir. Ancak kirişli oluk ve kiriş koruma rayları kolayca ayarlanamazlar ve özel bir çalışmayı gerektirir.
SONUÇ
Hat tasarımı sürecinde, hafif raylı sistem araçlarının da tasarım ve performansının sistemin düşey ve yatay hat geometrisinden etkilendiği ve hafif raylı taşımacılık standartlarının ağır raylı taşıma veya demiryolu servislerinden büyük oranda farklı olduğu görülmüştür. Bu kapsamda gerek ortak kullanım içeren katılımlı hatlar, gerekse ayrık hatlar tasarlanırken araç ve hattın kullanım koşulu özellikleri göz önünde bulundurulmalı, katılımlı hatlarda iki tür sistem için de ortak kullanım sağlanabilecek şekilde tasarım yapılmalıdır. Bu tasarımlar süresince dikkat edilmesi gereken başlıca konuların, hat açıklığı, flanş boşlukları ve tekerlek açıklıklarının olduğu bilindiğinden bu kıstasların gösterdiği çeşitlilik ele alınarak, hangi tür ulaşım sisteminde hangi ölçütlerin kullanılacağı belirtilmiştir. Ayrıca bu ölçütlerin kim veya kimler tarafından tespit edildiği incelenmiş ve yer yer uygulama örnekleri verilerek konunun tarihçesine de değinilmiştir.
