A cikk szerzője:

Dr. Augusztinovicz Fülöp egyetemi tanár
BME

Csortos Gabriella PhD-hallgató
BME

Szabó József egyetemi adjunktus
BME Út- és Vasútépítési Tanszék

A vasúti közlekedés zajvédelme (2. rész) – Laboratóriumi vizsgálatok

Cikksorozatunk első részében átfogóan ismertettük a vasúti infrastruktúra zaj- és rezgéshatásait, azok csökkentésének módjait és a műszaki megoldások le­hetőségeit. Ezek közül számos zaj- és rezgéscsillapításra alkalmas pályaszerkezeti elemet vizsgáltunk az általunk laboratóriumban megépített kísérleti szerkezeten. Ezúttal – a sorozat második részében – a laboratóriumi kutatás körülményeit és eredményeit ismertetjük.

A vasúti közlekedési rendszer által kibocsátott zaj és rezgés keletkezésének, terjedésének okai, valamint a zajcsillapítás megoldása rendkívül összetett kérdéskör. Jelenleg nem áll rendelkezésre egységes modell, amelyben vizsgálni lehetne a különböző zajcsillapítási megoldásokat egyenként vagy egymással kombinálva. Ilyen módon még nem tudunk választ adni olyan kérdésekre, hogy egyes beavatkozások a felépítményi rendszerbe miként befolyásolják a keletkezett zaj és rezgés mértékét. Mindezek tudatában a téma kidolgozása során azokat a hatékony eljárásokat, intézkedéseket kerestük a pályaszerkezet oldaláról, amelyek a vasúti közlekedés zaj- és rezgéskibocsátásának csökkentését szolgálják.
A laboratóriumi vizsgálatok célja a valóságos üzemi állapotokat lehető legjobban megközelítő, ugyanakkor a BME Út és Vasútépítési Tanszék Pályaszerke­zeti Laboratóriumának fizikai kötöttségei ellenére is megvalósítható rezgésvizsgáló berendezés összeállítása volt. Az összeállított mérési rendszer segítségével elvégzett kísérleti vizsgálatokkal a pályaszerkezeti elemek (aljpapucs, rugalmas sínleerősítések, sínkamraelemek) rezgésátviteli és rezgéscsökkentő hatásainak megállapítása volt a feladatunk. A kísérletek megtervezésekor fontos szempont volt, hogy az összeállított modellen elvégzett mérések alkalmasak legyenek a helyszíni, üzemi állapotban végzett vizsgálatok eredményei­vel történő összehasonlításra. Célkitűzései­nk között volt továbbá, hogy a helyszíni és laboratóriumi vizsgálatok eredmé­nyei alapján választ kapjunk a pályaszerkezeti elemek hatékonyságára, illetve arra, hogy az elemek együttesen milyen kombinációban bizonyulnak a legalkalmasabbnak. A legeredményesebb pályaszerkezeti elemekre és azok kombinációira a jövőben kiemelt figyelmet kell fordítani, további vizsgálatokkal szükséges hatékonyságukat alátámasztani.

Mérési rendszer

Tudomásunk szerint hazánkban még nem végeztek hasonló jellegű laboratóriumi vizsgálatokat. Egy teljesen új modell és összeállítás, új mérési metodika és eljárás megtervezését, valamint annak fizikai megvalósítását kellett elvégeznünk. Törekedtünk a valós vasúti pályához leginkább közel álló modell felépítésére. A rezgésvizsgáló modell összeállítását egyrészről a felépítményi szerkezet, másrészről pedig az alkalmazott mérőeszközök összehangolásával kellett megterveznünk a rendszer működőképessége és a mérési eredmények sikeressége érdekében. Mindenekelőtt, komplex tervezésre volt szükség. Már a tervezés fázisában a hazai vasútvonala­kon járatos felépítményi szerkezetek megépítését tűztük ki célul. A klasszikus vasúti felépítmény és annak elemei kellő határokat szabnak egy rendszer összeállításánál. Az elemek méretei és funkciói adottak, azok viselkedéseit ismerjük, a mérőműszereket ezekhez a korlátokhoz kellett igazítanunk. A kalodában megépített felépítményi szerkezetből, mérőeszközökből és keretből álló teljes rezgésvizsgáló mérési rendszer az 1. ábrán látható.

1. ábra. A laboratóriumban összeállított rezgésvizsgáló modell A laboratóriumban végzett vizsgálatoknak számos előnyük van, hiszen ott a vasúti pályához képest steril körülmények adottak, valamint a környezet zavaró zaj- és rezgéshatása is minimális. A mérések könnyebben, biztonságosabban, az időjárási körülményektől és a forgalomtól függetlenül, bármikor  elvégezhetők. Legnagyobb hátrány azonban, hogy a valós vasúti pályához képest jelentős egyszerűsítések alkalmazása szükséges a modellben. Mindemellett a pályán üzemi körülmények között közlekedő járművek terheléseit is csak nagyságrendekkel kisebb mértékben lehet szimulálni.

Felépítményi szerkezetek

A Pályaszerkezeti Laboratórium fizikai kötöttségei miatt a rendszer összeállítása a felépítményi szerkezet szempontjából nem volt könnyű feladat. A klasszikus vasúti felépítmény helyigénye a laboratórium szabad és meglehetősen korlátozott területeihez képest jelentős. A helyhiány mellett a zúzottkő ágyazat szabott további korlátokat. Túlzott mennyisége és tömege kezelhetetlenné válik egy ilyen méréssorozat végrehajtása során. A két szűk keresztmetszetből adódóan (és további korlátozások miatt) fél vágányrács vizsgálata mellett döntöttünk. Az elemek beszerzésekor az ebből adódó méreteket vettük figyelembe.
A felépítményi rendszerek összeállításakor a valós vasúti pályában használatos pályaszerkezeti elemek alkalmazására törekedtünk. A klasszikus felépítményt további, a kutatás során vizsgálni kívánt, rugalmas gumielemekkel láttuk el. Ennek eredményeképpen aljpapucs, sín­kamraelemek, valamint rugalmas sínleerősítések rezgéshatásainak vizsgálatára alkalmas berendezést tudtunk építeni. 
Különböző sínleerősítések vizsgálata érdekében kétféle vasbeton keresztaljat alkalmaztunk: LM-GEO jelűt a közvetett és LM-S jelűt a közvetlen rendszerű sínleerősítésekhez. A sínleerősítések meghatározták a keresztalj típusát, és ezzel együtt a s ínrendszert is, így a vizsgálati modellben első körben az 54 E1 sínrendszert alkalmaztuk.
Az 54 E1 sínrendszerű felépítményekhez csak a Sofidon-F típusú kamraelem volt megfelelő. Sínkamraelemeket jellemzően új építésű, 60 E1 sínrendszerű vágányoknál alkalmaznak, a gyártók pedig ehhez az igényhez alkalmazkodtak. Ahhoz, hogy különböző kamraelemek hatásait tudjuk vizsgálni, több, 120 cm hosszú, 60 E1 rendszerű sínszálra volt szükségünk, mivel túlnyomórészt az elemeket ragasztják, és nem szerelve rögzítik a sínszálak gerincére.
A 60 E1 rendszerű sínszálakhoz rendelkezésünkre álltak L4 jelű vasbeton keresztaljak, valamint azokhoz alkalmas Skl–1 típusú szorítórugóval kialakított sínleerősítések is.  Az LM-GEO, LM-S és L4 jelű keresztaljakra 6 mm vastagságú FRT-USP típusú gumielemet ragasztottunk, miután az aljpapucs nélküli méréseket elvégeztük.
A zúzottkő ágyazat megtámasztása és összetartása miatt szükség volt egy kalodára, amelyet fapallókból építettünk, rögzítését pedig szögvasakkal és csavarokkal oldottuk meg. A kaloda négy oldalát 30 mm vastagságú gumiszőnyeggel béleltük ki, amelyeket csavarokkal rögzítettünk a fapallókhoz. A kaloda által bezárt területen, a zúzottkő ágyazat alá ugyanolyan gumiszőnyeget helyeztünk. Az alkalmazott gumielemekkel célunk egyrészről az üzemi állapotokat lehető legjobban megközelítő modell érdekében a födém merevségének feloldása, vagyis az altalaj rugalmassági értékének megközelítése, másrészről pedig a zúzottkő mentesítése volt az annak gátat szabó, merev kalodától.
A laboratóriumi mérések során alkalmazott pályaszerkezeti elemeket az 1. táblázat foglalja össze.

Mérőeszközök

Üzemi állapotok között a járművek gördülése több ponton ható, időben és térben folyamatosan változó erőgerjesztés. A gördüléskor keletkező erőhatások valósághű szimulálása érdekében TIRAvib 5220 típusú elektrodinamikus rezgésgerjesztő berendezést (shakert) alkalmaztunk. A shaker a mérési rendszer fő egysége. Legfontosabb jellemzője a vele előállít­ható legnagyobb szinuszos erő, amelynek értéke 1000 N csúcstól csúcsig. A szinuszos gerjesztés maximális sebessége 1,5 m/s, maximális elmozdulása 25,4 mm, ami szintén csúcstól csúcsig vett érték. Armatúrájának átmérője 120 mm.
A shaker felfüggesztése érdekében további szerkezetre, rögzítőkeretre volt szükség. Az elemeket úgy kellett megépíteni, hogy a shaker (felfelé álló) talpán fellépő reakcióerő a keretet, annak oszlopain keresztül a födémet, általa pedig a zúzottkő ágyazatot ne hozza rezgésbe, a vizsgált felépítményi szerkezet egyes pontjain fellépő rezgés csak a sínszálra ható erő következményeként jöjjön létre. A shakert emiatt acéllemezek és légrugók segítségével függesztettük fel. A keret egy-egy, a födémet tartó oszlopgerendához volt leerősítve, az oszlopok távolsága adta meg a támaszközt. A keret támaszközén belül kellett megépítenünk a felépítményi szerkezeteket.
A shakerhez PCB 201B10 típusú erőmérő cellát csatlakoztattunk, amelynek segítségével ismert erővel történt a gerjesztés. A berendezés folyamatos hűtést igényelt működése közben, ezért TB 0140 típusú hűtőventilátor is a rendszer részét képezte. A shaker elektromos gerjesztéséhez BAA 100-E típusú teljesítményerősítő egység alkalmazására is szükség volt. 
A laboratóriumi vizsgálatok során öt rezgésérzékelőt alkalmaztunk, amelyekkel a rezgések függőleges komponenseinek értékét mértük. Különböző érzékenységű érzékelőkkel PCB, illetve B&K típusúakkal dolgoztunk. A sínszál geometriai középpontja fölé szereltük fel a shakert, ezáltal a dinamikus erőgerjesztés a sínszál közepén hatott, és ez szimmetrikus hatásokat eredményezett. Ennek okán elegendő volt a fél vágányrács egyik oldalán, függőlegesen elhelyezni az érzékelőket. Egy rezgésérzékelőt a sínfejen, a középpont mellett, valamint egyet a sínfejen, a sínleerősítések vonalában helyeztünk el. A keresztaljakra jutó rezgéshatások mérése érdekében egy rezgésérzékelőt az egyik keresztaljon rögzítettünk. Közvetett (szétválasztott) rendszerű sínleerősítések esetén az alátétlemez viselkedését is vizsgáltuk egy további érzékelővel.
Az utolsó rezgésérzékelőnek a helyét többször változtattuk. Mértük a zúzottkő befogását szolgáló kaloda és a shaker felfüggesztését biztosító keret rezgéseit is. Célunk ezzel a felépített rendszer hatásának feltérképezése volt, hogy miként befolyásolják az ott kialakuló rezgések a mérési eredményeket. Az esetleges mérési hibák feltárása érdekében móduselemzést is végeztünk a kereten. Az eredmények azt mutatták, hogy az acélkeret rezgései nem zavarják a méréseket, mert kis szintűek, és az általunk vizsgált frekvenciatartományokon kívül jelennek meg. A kalodán elhelyezett érzékelő jele pedig értékelhetetlenül alacsony szintű volt. Ez azt jelentette, hogy a zúzottkőnek kellően erős a csillapító hatása. 
A laboratórium födémének merev kialakítása miatt nem volt lehetőségünk az ágyazatból az altalajra jutó, azaz a padka rezgésének vizsgálatára.

A cikk folytatódik, lapozás:123Következő »
A teljes cikket megtalálja a folyóirat 2018 / 2. 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 | ©