A cikk szerzője:

DI Heinz Ossberger vezető alelnök
Turnout Technology voestalpine VAE GmbH

Dr. Joó Ervin ügyvezető igazgató
VAMAV

Előhegyi Zoltán gyártmánytervezési osztályvezető
VAMAV Vasúti Berendezések Kft.

A nagy sebességű kitérők geometriai és szerkezeti kialakítása

A nagy sebességű kitérők a vasúti infrastruktúra-alrendszer rendkívül összetett elemei. A magas biztonsági követelmények miatt a hagyományos kitérőkhöz képest jóval több alkatrészből állnak. Ez magában hordozza azt a lehetőséget, hogy a pálya-jármű kölcsönhatás szisztematikus vizsgálatával számos ponton van lehetőség konstrukciós fejlesztésre. Az innovatív intézkedések és a szerkezeti korszerűsítések célja főleg a járműről a vasúti pályára átadódó erőhatások, valamint a mindkét alrendszeren megjelenő deformációk csökkentése.

A kitérőknél az aljak egyenletes, rugalmas alátámasztása, nagy ellenállású anyagok használata csökkenti az ágyazat aprózódását, illetve a nagyobb (sín)profilstabilitás hozzájárul a kitérők jó minőségű, hosszú távú működéséhez. A jól átgondolt váltóállítás és zárszerkezet, a lehetséges meghibásodások előrejelzését megvalósító monitoringrendszerrel kombinálva kifejezetten fontos a biztonságos működéshez és a lehető legnagyobb élettartam megvalósításához. A MÁV Magyar Államvasutak Zrt. és a voestalpine Railway Systems közös leányvállalata, a VAMAV Vasúti Berendezések Kft. is szerepet vállal abban, hogy ezek a rendszerek hazánkban is beszerezhetők.

Bevezetés

A vasúti pálya alkotóelemeinek fejlesztésére irányuló folyamatos erőfeszítések nemcsak szinten tartották a vasúti infrastruktúra teljesítőképességét, műszaki-gazdasági színvonalát, hanem magasabb szintre emelték. Figyelemre méltó, hogy a szakemberek ezeket az újításokat az elmúlt évtizedekben a folyamatosan növekvő követelmények ellenére képesek voltak elérni. A nagy sebességű hálózatokon a napjainkban szokásos sebesség 350 km/h. A vasút rohamos fejlődésének határai, valamint az ennek eredményeként létrejövő forgalmiterhelés-növekedés korlátai egyelőre nem láthatók. A folyamatosan növekvő vasúti forgalom egyrészről egészségesebb környezethez vezet, másrészről a megnövekedett vonatsűrűség és terhelés, valamint az emelt sebesség hozzájárul az infrastruktúra alkatrészeinek gyorsuló elhasználódásához, így a karbantartási igények növekedéséhez. Ezért a vasút területén a további innováció nélkülözhetetlen. Ennek modern értelmezése jóval többet jelent, mint elszigetelt erőfeszítéseket a pálya és a járművek alkotóelemeinek fejlesztésében. A szerkezeti elemek különálló fejlesztése azonban továbbra is hasznos lehet az adott termék karbantartása, élettartama, valamint a pálya-jármű rendszer optimalizálása szempontjából. Az ebben rejlő lehetőség csak a teljes rendszer, különösen a pálya-jármű, illetve a sín-kerék kapcsolat megfigyelésével, elemzésével deríthető fel. Az ilyen rendszer optimális működése során az egyes alkotóelemek igénybevételének csökkentése a cél. A modern vasúti felépítménynél figyelembe kell venni az alkatrészek aktív szerepét az infrastruktúrára és a járművekre ható erők befolyásolásában, ezért ez a megközelítés mindkettőre egyaránt vonatkozik.
A modern nagy sebességű hálózatokban az infrastruktúra-alrendszer egyik legfontosabb eleme a kitérő. Mindig figyelembe kell venni, hogy általános feladatát tekintve és geometriai kialakítása következtében minden kitérő a homogén folyóvágány megszakítását jelenti.
A kitérőkkel szemben ennélfogva a következő elvárásokat fogalmazhatjuk meg:

  • legyen alkalmas a nagy vonatsűrűségre és az emelt sebességre;
  • minimális fenntartási igényű legyen (korlátozott karbantartási és javítási lehetőségek);
  • maximális biztonság;
  • szigorúbb követelmények a vasúti felépítménnyel szemben.

Ezek az elvárások a következő fejlesztéseket igénylik:

  • robusztus kitérő, gyártási technológia;
  • könnyű és egyszerű karbantartási eljárások;
  • hosszú karbantartási intervallumok;
  • magas biztonsági szint;
  • tervszerű megelőző karbantartási stratégia.

A cikk áttekintést ad a kitérőről úgy, mint az infrastruktúra-alrendszer alkotóeleméről és úgy, mint önálló összetett szerkezetről. Kiemeltük azokat a konkrét megoldásokat, amelyek csökkenthetik az infrastruktúrára és a gördülő állományra ható igénybevételeket, ezáltal magasabb szintű rendszeroptimalizálást eredményeznek. Egy olyan kitérő, amelyet geometriai szempontból optimalizált váltóval és szerkezetileg tökéletesített keresztezéssel gyártanak, jelentősen csökkenti az oldalirányú és függőleges erőhatásokat, ennek következtében a keresztezési területen a pályára és a járműre ható káros erőhatások nagyrészt csökkenthetők vagy elkerülhetők. A kitérőben alkalmazott rugalmas alátámasztás megvédi a zúzottkő ágyazatot az aprózódástól, de csökkenthető általa a sín-kerék érintkezésnél a dinamikus feszültségcsúcs. Azért, hogy ezen intézkedések hosszú távú sikere garantálható legyen, két követelménynek kell megfelelni. Az első, hogy az ideális geometriát – ameddig lehet – az egész kitérőn meg kell őrizni, így a járművek számára a lehető legjobb érintkezési feltételeket tudjuk biztosítani. Ezt csak olyan sínacél használatával lehet elérni, amely ellenálló a kopásokkal és a gördülő érintkezési kifáradás által okozott hibákkal szemben. A második követelmény a homogenitás. Ez nem az egyes szerkezeti részek homogenitását, hanem az infrastruktúra és a jármű kölcsönhatásának homogenitását jelenti. Ahhoz, hogy a homogenitás optimális legyen, a rugalmassági viszonyokat hozzá kell igazítani a jármű pillanatnyi helyzetéhez a váltóban és a keresztezésben a rendszer peremfeltételi alapján. A teherátadási terület geometriájának alkalmazkodnia kell az olyan hatásokhoz, amelyek a járműfutás sajátosságaiból következnek.

A kitérő geometriájának és a váltó kialakításának optimalizálása

A kitérő geometriája és a váltó kialakítása meghatározó tényező a gördülő állományról átadódó erők megfelelő kezelése szempontjából. Nagy sebességű kitérőknek tekinthetők azok, amelyek egyenes irányban 350 km/h, kitérőirányban pedig 220 km/h sebességgel járhatók. A sebesség a kiegyenlítetlen oldalgyorsulással együtt hozzájárul a vasúti járművek és a vasúti infrastruktúra fokozottabb terheléséhez, ennélfogva nagyon fontos az egyszerű átmenő köríves kitérők kiváltása átmeneti íves kitérőkre, hogy elkerüljük a vonat áthaladása közben fellépő kiegyenlítetlen oldalgyorsulás-változásokat [1]. Ha ezt nem vesszük figyelembe, a keletkező nagy erőhatások komoly károkat okozhatnak a kitérő alkatrészeiben, amelyek az utazási komfort jelentős csökkenését okozzák, illetve fokozottabb karbantartási igényt és rövidebb élettartamot eredményeznek.
Az 1. és 2. ábra alapján összehasonlítható a parabola geometriájú és a klotoid átmeneti íves, 160 km/h sebességre alkalmas kitérő kiegyenlítetlen oldalgyorsulása a kitérőirányban. Vágánykapcsolatokban, különösen a kitérő elején, a klotoid geometria megmutatja szignifikáns előnyeit a parabolikus geometriával szemben.

1. ábra. Kiegyenlítetlen oldalgyorsulás parabolikus kitérőben [2]2. ábra. Kiegyenlítetlen oldalgyorsulás klotoid átmeneti íves kitérőben [2]
További lehetőségeket rejt a váltó geometriai kialakítása. A folyóvágányban a sínek egyenletes alátámasztást biztosítanak a kerekek számára, míg a kitérőkben az érintkezési feltételek mind a váltórészben, mind a keresztezési részben megváltoznak. A folyóvágányban a járművek vezetését és a stabil járműfutást a sín-kerék érintkezési geometria, vagyis a profilok megfelelő kialakítása biztosítja. A nagyobb sebesség megköveteli a stabil járműfutást, amit egy szabadon futó kerékpár szinuszfüggvényének hosszabb hullámával lehet leírni. A hagyományos tangenciális kitérőben ez a nyugodt járműfutás megszakad. Mivel a kerék átgördül a tősínről a csúcssínre, az önkormányzó hatás megszűnik és bekövetkezik a tengelyek elfordulása. Így megnő a nekifutási szög, ezáltal a kerék tárcsaköszörűként működve megnövekedett kopást, plasztikus deformációt és kitöredezéseket eredményez a csúcssínen. Ezen kedvezőtlen hatások kiküszöbölésére fejlesztettük ki a KGO (kinematic gauge optimisation) néven ismert speciális váltótípust, aminek köszönhetően jelentősen csökkennek a fellépő erők, nő az alkatrészek élettartama, valamint javul a futási komfort [3], [4].

A cikk folytatódik, lapozás:123456Következő »

Irodalomjegyzék

  • [1] Maurer T, Dietze U. Neuer Weichen­standard für Hoch­gesch­windig­keit – Erhöhte vertikale Elastizität. Ei­sen­bahntechnische Rundschau ETR 1996;12.
  • [2] Knoll B, Tapp C, Strauch A, Jörg A. Erfahrungen mit hochfesten Schienenstählen, Konferenzbeitrag auf 20. Internationale Tagung des Arbeitskreises Eisenbahntechnik (Fahrweg) der Österreichischen Verkehrswissenschaftlichen Gesellschaft – ÖVG. Salzburg, 2015.
  • [3] Schilder R. USP: A contribution to save money in the track. The proof of USP at ÖBB. Presentation ARTS Advanced Rail Track Solutions, 2014.
  • [4] Jussel D, et al. Der Einsatz verschleißfester Schienenstähle im Bogen und deren Einfluss auf das Laufverhalten. ZEVrail 140, 2016.
  • [5] Loy H, Augustin A. Pushing the limits of ballasted railway track by high-strength USP made of PUR. Rail Engineering International, Edition 4. 2015
  • [6] Ossberger U, Stocker E, Eck S.
  • Performance of different materials in a frog of a turnout. Presentation International heavy Haul Conference 2015 in Perth.
  • [7] Jörg A, Brantner HP, Scheriau S. Der Beitrag moderner Werkstoffe zur Optimierung des Fahrzeuglaufs – Problembekämpfung auf Basis des Verständnisses von Fahrzeuglauf, Einwirkungen und Schienenschädigung. ZEVrail 144, 2017.
  • [8] Ziethen R, Benenowsky S, Kais A, Nuding E. Arrangement for Controlled Guidance of a Wheel Axle or of a Bogie of a Rail Vehicle Passing over Points. United States Patent, Patent Number: 1990;4(925):135., Date of Patent: May 15, 1990.
  • [9] Megyeri J. Bewegungs geometrische Überlegungen bei der Entwicklung von Eisenbahnweichen. AET Archiv für Eisenbahntechnik 1985;40:59–63.
  • [10] Ossberger H. Korszerű nagysebességű váltórendszer – A geometriai és szerkezeti követelményektől a jelző integrációjáig. Budapest: MAÚT25 Nemzetközi tudományos szimpózium; 2019.
  • [11] Ossberger H. Successful Introduction of Kinematic Gauge Optimisation (KGO) in Heavy Haul Turnouts. Proceedings 8th International Heavy Haul conference 14–16 June 2005; p. 338–344.
A teljes cikket megtalálja a folyóirat 2020 / 1. számában.
Ha szeretne rendszeresen hozzájutni a legfrisebb számokhoz, fizessen elő a folyóiratra.
A hozzászólások megtekintéséhez vagy új hozzászólás írásához be kell jelentkeznie!
Sínek Világa A Magyar Államvasútak Zrt. pálya és hídszakmai folyóirata
http://www.sinekvilaga.hu | ©