Raylı sistemler için grafit plakaların sürtünme ve aşınma davranışlarının geliştirilen deney düzeneği ile araştırılması

Günümüz şehirlerinde yaşanan trafik ve ulaşım sorununun çözümünde hafif raylı sistemler yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. HRS'lerin tercih edilmesinde konforlu toplu taşımaya uygun olmasının yanı sıra çevreye duyarlı olması ve enerji verimliliğinin yüksek olması gibi teknik özellikleri etkili olmaktadır. Elektrik enerjisinin HRS'lerin güç aktarma sistemine iletilmesinde pantograf-katener sistemi aktif rol oynamaktadır. Bu doktora tezinde, pantograf mekanizması elemanlarından akım toplayıcı grafit plaka ile katener temas teli arasında meydana gelen kayar sürtünmeli örseleme hareketini gerçeğe yakın bir şekilde simüle eden, programlanabilir ve ölçüm yapabilen bir deney düzeneğinin tasarımı ve imalatı yapılmıştır. İmalatı yapılan deney düzeneğinde, grafit plaka ve temas telinin etkileşimi sırasında temas kuvveti, sürtünme kuvveti değişim trendleri Taguchi Metodu ve ANOVA istatistiksel analiz ile değerlendirilmiştir. Ayrıca imalatı yapılan deney düzeneğinde Samsun ili OMÜ Yurtlar-Tekkeköy HRS güzergâh hattı durak bilgileri kontrol analiz yazılımı ile benzeştirilmiş, böylelikle grafit plakaların mekanik sürtünme ve aşınma davranışları gerçeğe yakın bir şekilde araştırılmıştır. Kuru ve sulu ortam şartlarında yapılan deneyler sonucunda temas kuvveti, hız ve mesafeye bağlı olarak sürtünme ve aşınma verileri elde edilmiş, elde edilen aşınmış grafit plakaların yüzey görüntüleri analiz edilmiş ve yorumlanmıştır. Deneyler sonucunda raylı sistemler alanında tren hareketini gerçekçi bir şekilde benzeştirebilen, senkron çalışabilen bir tribolojik deney düzeneği literatüre kazandırılmıştır. Deneysel çalışmalar sonucunda, sürtünme ve aşınma deneyleri sırasında kullanılan temas kuvveti, mesafe ve hız parametrelerinin, aşınma ortamı değişmediği sürece sürtünme katsayısını etkilemediği belirlenmiştir. Samsun ili OMÜ Yurtlar-Tekkeköy HRS güzergâh hattı boyunca kuru şartta, 50-55 N temas kuvveti değeri altında yapılan aşınma deneylerinde sürtünme katsayısı 0,75, çalışma sıcaklığı 55 ºC, aşınma sonucunda grafit plakanın kütle kaybı ise 0,72 g olarak ölçülmüştür. Aynı güzergâh bilgileri ile sulu şartta yapılan deney sonucunda ise sürtünme katsayısı 0,65, çalışma sıcaklığı 32 ºC, aşınma sonucunda grafit plakanın kütle kaybı ise 0,98 g olarak ölçülmüştür. Aşınmış grafit plakaların yüzeylerinde yapılan SEM ve AFM analizleri sonucunda, kuru şartta yüzeyin orijinal haline göre daha pürüzsüzleştiği (R_a 28,34 nm), abrasiv ve adhesiv aşınma mekanizmalarının etkili olduğu, bakır temas telinden malzeme transferi gerçekleştiği ve yüzeylerde plastik deformasyon hasarları oluştuğu belirlenmiştir. Sulu ortam sonuçlarında ise yüzeyin orijinal haline göre yakın pürüzlülük değerine (R_a 55,35 nm) sahip olduğu görülmüş ve malzeme transferine rastlanılmamıştır. Kuru ortam şartına göre daha fazla yüzey hasarı görüntülenmiştir.