A cikk szerzője:

Dr Fischer Szabolcs egyetemi adjunktus
SZE Közlekedéséptési és Településmérnöki Tanszék

Németh Attila okleveles infrastruktúra-építőmérnök
Széchenyi István Egyetem

A polimer-kompozit hevederes ragasztott szigetelt sínkötések (1. rész) – Laboratóriumi vizsgálatok

A „Polimer-kompozit hevederek vizsgálata laboratóriumban és dinamikus igénybevételek hatására pályában, ragasztott szigetelt kötésekben” című, MÁV Zrt. finanszírozású kutatás-fejlesztési projekt célja, hogy megvizsgáljuk egy új típusú, üvegszál-erősítésű polimer-kompozit anyagból készült ragasztott szigetelt kötés alkalmazhatóságát. A sorozat első részében a hevederek laboratóriumi vizsgálatát és azok mérési eredményeit mutatjuk be.

1. Bevezetés

Az új típusú, ragasztott szigetelt kötés hevederei magas nyomáson, szabályozott hőmérsékleten előállított, üvegszál-erősítésű polimer kompozit anyagból készülnek, és képesek kiküszöbölni a hevederzárlat és a korai fáradásos lehajlás okozta meghibásodásokat. Az elektromos vezetés szempontjából biztosítják a sínszálak egymástól való elszigetelését. Előnye, hogy a pályában alkalmazott, drága szigetelt kötések kiválthatók. Célunk, hogy a laboratóriumi és a pályába beépített kísérleti kötéseken elvégzett mérések és vizsgálatok, számítógépes szimulációk és végeselemes modellezések eredményei alapján megfelelő polimer-kompozit hevederes ragasztott szigetelt sínillesztést fejlesszünk a MÁV részére [1]. A MÁV Zrt. 2011-ben, majd e projekt folytatásaként 2015-ben is megbízta a Széchenyi István Egyetemet (Universitas-Győr Nonprofit Kft.-t), hogy K+F munka keretében vizsgálja meg a polimer-kompozit hevederek alkalmazhatóságát ragasztott szigetelt kötésekben. A 2015. évi kutatási munkánk során jelentős mennyiségű magyar, angol és német nyelvű irodalmat (szabványok, műszaki előírások, technológiai utasítások, prospektusok, tudományos és nem tudományos folyóiratcikkek, kutatási jelentések, laborvizsgálati jegyzőkönyvek stb.) dolgoztunk fel, továbbá az alábbiakban felsorolt részfeladatokkal foglalkoztunk 2015–2016-ban [4]:

  • alkalmazható sínrendszerek vizsgálata,
  • alkalmazási körülmények előzetes meghatározása,
  • laborvizsgálati körülmények, paraméterek meghatározása,
  • laborvizsgálatra kísérleti kötések elkészítése: 18 db (9 db hajlító-fárasztó vizsgálat, 9 db húzó-szakító vizsgálat),
  • a laboratóriumi vizsgálatok előkészítésére vonatkozó szakmai tapasztalatok, ismeretek rendszerezése.
  • 2. Laboratóriumi vizsgálatok

A hazai körülmények között – új építések és rehabilitációk, valamint felújítások szempontjából – három sínrendszer jöhetett szóba a polimer kompozit hevederes ragasztott szigetelt illesztések alkalmazásánál [1], [4]:

  • MÁV 48: ezen belül 48,3 kg/m és 48,5 kg/m,
  • 54 E1: 54,43 kg/m (sínprofil neve másként: UIC 54),
  • 60 E1: 60,21 kg/m (sínprofil neve másként: UIC 60).

A megfelelő sínanyag és sínszelvény (sín­rendszer) választásával kapcsolatosan az alábbi szempontok fontosak:
• a sínrendszer esetén
   – a tervezési sebesség,
   – a forgalmi terhelés,
   – függőleges tengelyterhelés, valamint
   – az LCC (Life Cycle Costs), azaz az élettartamköltségek,
• a sínminőség esetén
   – az ívsugár mértéke.
A sínminőség és sínrendszer kiválasztásakor a két fő szempont az volt, hogy a vonali igénybevételeknek a sínszelvény mint hajlított-nyírt tartó megfeleljen, valamint a kopási ellenállása elégséges legyen. A megfelelő anyagú és nagyobb sínszelvények előnye, hogy kisebb igénybevétel és ennek megfelelően kisebb belső feszültség keletkezik bennük azonos terhelés mellett [1].
Jelen vizsgálat tárgyát képező polimer- kompozit hevederek a MÁV-Thermit Kft. által forgalmazott MTH-AP típusúak.
Az MTH-AP típusú polimer-kompozit hevedercsaládba a MÁV 48, UIC 54, UIC 60, R65 rendszerű 4 és 6 lyukú, illetve a 650 mm, 900 mm hosszú műanyag hevederek tartoznak.

2.1. Laborvizsgálati paraméterek előzetes meghatározása

Jelenleg nem létezik érvényes szabvány, műszaki előírás a polimer-kompozit hevederes ragasztott szigetelt illesztésekre vonatkozóan.
Az acélhevederes ragasztott szigetelt illesz­tések laboratóriumi vizsgálatához a CEN/CENELEC: WG18/DG11 szabványtervezet előírásai és paraméterei irány­­mutatásként szolgálhatnak (a paraméterek előzetesen az alábbiak szerint határozhatók meg – ellenben még a kutatás hátralévő fázisaiban pontosítandók):

  • húzóvizsgálat első közelítésként
    Δt = 90 °C hőmérséklet-változásnál:
    – MÁV 48,5: 1317,2 kN,
    – 54 E1: 1478,4 kN,
    – 60 E1: 1638,8 kN,
  • húzóvizsgálat a [2] szerint,
  • hajlítóvizsgálat a [2] szerint,
    – a hajlító-fárasztó vizsgálat vizsgálati frekvenciája 3…10 Hz,
    Fmin = 5 kN, a teherismétlések száma minimum 3×106, a vizsgálat közben a szerkezeti elemek hőmérséklete nem haladhatja meg az 50 °C-ot.

A húzóvizsgálatnál a terhelési sebesség, valamint a hajlítóvizsgálatnál a terhelési elrendezés (támaszköz, terhelőfej méretei stb.) a [2] szerint veendők figyelembe.

2.2. Ragasztóanyagok vizsgálata

A kutatás későbbi sikeressége érdekében első alkalommal 27 db ragasztott próbatestet (ami kb. 150-200 mm hosszú sín, és a két oldalára ragasztott 1-1 db, kb. 300-400 mm hosszúságú hevederdarabból állt) vizsgáltunk meg. A ragasztóanyag nyírási vizsgálata nyolcféle ragasztóanyaggal (az 5-ös és 7-es típusnál ugyanazt a ragasztóanyagot használtuk) elkészített 27 db próbatesten történt. Az elkészített próbadarabok közül 11-et nem vizsgáltunk, mert a hevedercsavarok leszerelésekor a ragasztóanyag elengedett, nem tapadt meg kellő mértékben a heveder felületén. Második alkalommal a 27 db próbatest készítésekor – az előző vizsgálathoz képest – a polimer-kompozit hevederek felületét előkészítették (a fényes, fóliaszerű felső felületet lemunkálták) a jobb ragasztóanyag-tapadás érdekében.
Grafikonokon rögzítettük a maximális szakítóerőhöz/nyomóerőhöz – a nyírási ellenállás szempontjából irreleváns, hogy húzással vagy nyomással végezzük a méréseket – tartozó elmozdulás nagyságát. Először, sajnálatos módon, a vizsgálatok során az elvártaktól nagyságrendekkel kisebb terhelési értékek adódtak. Ennek okai a következők lehettek:

  • Néhány próbadarab esetén előfordult, hogy a hevederpárok felragasztásakor a kifúrt lyukak középpontjai nem estek egy vonalba, így a szakításkor külpontos húzófeszültség keletkezett, ennek következtében csak az egyik oldali heveder alatti ragasztóanyag vette fel a feszültségeket.
  • A ragasztóanyag nem megfelelő felhordása a hevederre.
  • Észrevételeink szerint a hevedert borító fóliaszerű anyag (amely lehet a gyártás során a sablon kikenésére hasz­nálatos anyag vagy a heveder utó­lagos felületi kezelésére alkalmas lakkréteg) következtében a ragasztó anyaga nem tapadt meg megfelelően a heveder felületén.

A próbatestek nyírási vizsgálatát ZD–40 szakítógéppel végeztük, a mintadarabokat előre kialakított befogókerettel rögzítettük a szakítógépbe. Az elmozdulás mérése HBM W50 típusú +/50 mm-es induktív útadó segítségével történt. A vizsgálat célja a kísérleti kötések elkészítéséhez szükséges ragasztóanyag kiválasztása volt, amely során a maximális szakítóerőhöz tartozó elmozdulás mértékét határoztuk meg.
A ragasztóanyagok nyírási vizsgálatakor kapott átlagos elmozdulásokhoz tartozó átlagos nyírószilárdsági értékeket (húzó- és nyomóvizsgálatok alapján) az 1. ábra foglalja össze. A kísérleti kötések elkészítéséhez a 2.(B) és 4.(A) jelű próbatesteknél használt ragasztóanyagot választottuk. A B jelű ragasztóanyagot az Osztrák Szövetségi Vasutaknál (ÖBB) is alkalmazzák a ragasztott szigetelt kötések gyártásához, az A jelűt pedig a kiemelkedően magas nyírószilárdsági eredményei okán választottuk. Az 1. ábrán látható, hogy a 6. jelű próbatestnél alkalmazott ragasztóanyag vizsgálatakor is megfelelő eredményeket kaptunk, viszont a további laborvizsgálatokhoz, a kísérleti kötések kialakításakor – mint utóbb kiderült, csak ideiglenesen – nem volt beszerezhető a piacon, ezért a további alkalmazását, vizsgálatát elvetettük. Az adatok kiértékelésekor kiszámítottuk a szórás értékeket is, azonban nem vettük figyelembe a ragasztóanyagok kiválasztásakor, mert a számítások során jelentősen „torz” értékek adódtak – valószínűsíthetően a nem szabványos vizsgálat, és ez ebből adódó nem szabványos próbatestek miatt. (A ragasztóanyagok nyírószilárdsági vizsgálatát nem írja elő az európai szabványtervezet.)

A cikk folytatódik, lapozás:123Következő »

Irodalomjegyzék

  • [1] Polimer-kompozit hevederek vizsgálata laboratóriumban és dinamikus igénybevételek hatására pályában, ragasztott szigetelt kötésekben. MÁV Zrt. részére közfinan­szírozású támogatásból megvalósuló kutatás-fejlesztési (K+F) munka, kutatási részjelentés. Győr, 2015, 271 o.
  • [2] CEN/CENELEC: WG18/DG11: Mechanical requirements for joints in running rails, 2010, 32 o.
  • [3] Polimer-kompozit hevederek kísérleti célú pályába építésének engedélyezéséhez. Szakvélemény. Győr, 2016, 43 o.
  • [4] Németh A, Dr. Fischer Sz.: A polimer-kompozit hevederes ragasztott szigetelt sínkötések vizsgálata. Közlekedéstervezés és irányítás a 21. században. Közlekedéstudományi konferencia, Győr, 2016. március 24–25. (ISBN 978-615-5298-82-0). Konferenciakiadvány, 2016, 403–412. o.
  • [5] EK megfelelőségvizsgálati szakvélemény. APATEK gyártmányú, SZPPSZ–240 és SZPPSZ–340 típusú, profilozott, ré­te­ges üvegszál-erősítésű, építőipari szer­kezeti műanyag elemekből építendő gyaloghidak engedélyeztetéséhez. MÁV-Thermit Hegesztő Kft., Győr, 2013, 134 o.
A teljes cikket megtalálja a folyóirat 2016 / 6. 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 | ©