A cikk szerzője:

Horváth Róbert ügyvezető
H-Planer Mérnökiroda Kft.

Dr. Major Zoltán egyetemi adjunktus
Széchenyi István Egyetem, Győr

A vasúti sín-kerék kapcsolatban kialakuló sínfeszültségek vizsgálata

A sín-kerék érintkezési hely a gördülőállomány (gépészet) és a felépítmény (építőmérnök) szakterületek fontos találkozási területe. A vasútépítéssel, -üzemeltetéssel és -karbantartással foglalkozó szakemberek gyakran találkoznak különféle sínhibákkal. Ha erőtani számításokkal nem is foglalkoznak, ismerik a sín-kerék kapcsolatban kialakuló Hertz-féle érintkezési feszültség fogalmát. Cikkünkben példákkal alátámasztva bemutatjuk az érintkezési és a sínfejben ébredő nyírófeszültség jelenlegi számítási gyakorlatának hátterét és annak kritikáját, majd ezt követően tárgyaljuk a számítás pontos módját és alkalmazási lehetőségét. Végül kijelöljük a mérnöki gyakorlat számára fontos további kutatási irányokat.


Ez a megközelítés n=2,0 értékű biztonsági tényezőnek felel meg a gyakorlatban.
Mivel a Hertz-féle érintkezési feszültséghez nem tudunk egyértelműen biztonsági tényezőt rendelni, így annak határértékét javasoljuk a nyírófeszültség maximumára vonatkozó összefüggés alapján meghatározni. Ez a megoldás nem elfogadott mérnöki konszenzuson alapul, hanem e cikk szerzőinek saját elgondolásán. A határérték meghatározásakor először a sínfejben maximálisan kialakuló nyírófeszültség és a Hertz-féle feszültség közötti kapcsolatot vesszük figyelembe a 14. képlet szerint. Határhelyzetben ez a mennyiség tartozik egyenlőnek lenni a 19. képlet szerinti nyírófeszültségi határértékkel. A két egyenlet összevonása által a 20. képlet szerinti összefüggésre jutunk, amelyet rendezve a Hertz-féle feszültség felső határára a 21. képlet szerinti összefüggést kapjuk, amelyet egyszerűsítve a 22. képlet szerint meghatározhatjuk az érintkezési feszültség megengedhető maximális értékét (p0).
A gyakorlati számítások megkönnyítése érdekében javasoljuk, hogy a 22. képlet szerinti összefüggés egyszerűsítése által a Hertz-féle érintkezési feszültség határértékére a 23. képlet szerinti összefüggést alkalmazzuk. Ennek az értéknek az alkalmazása gyakorlati szempontból azért is előnyös, mert így implicit módon a sínfejben ébredő nyírófeszültség értéke is biztosan határérték alatti és a megfelelőség igazolása külön vizsgálatot nem igényel.
A gyakorlati számítások érdekében az Esveld [2] által megadott sínacél minőségekhez a 19. és 23. képlet alapján meghatároztuk a határértékeket, amelyeket a 2. táblázat foglal össze.
Megjegyzés:

  • A termékkínálatban megtalálhatók már az R370 CrHT és az R400 HT sínminőségek is. Ezek 1280 N/mm2 szakítószilárdsággal és 9% szakadónyúlással bírnak. A Hertz-féle feszültség megengedett értéke ezek alapján 1126 N/mm2, míg a nyírófeszültség határértéke 369 N/mm2.

Esveld [2] a sínanyag összetétele alapján is kínál lehetőséget a szakítószilárdság meghatározására a kiinduló érték meghatározásához, amelynek módját a 24. képlet mutatja be.
A gyakorlati munka megkönnyítése érdekében Esveld [2] nyomán a folyáshatárra (25. képlet) és a szakadónyúlásra (26. képlet) vonatkozó összefüggéseket is közöljük.


A szakadónyúlás kérdése azért tekinthető lényegesnek, mivel az RCF-hibák kezelésének gyakorlati módja a szakítószilárdság növelése. Mint látjuk, ez a megoldás eredményes lehet, hiszen a kifáradási határszilárdságot képes eredményesen növelni (2. táblázat), de ez ridegebb acélszerkezetet eredményez a sínfejben, amely a repedésterjedés szempontjából nem tekinthető kedvezőnek. A fejedzett sínek megítélése külön vizsgálatot igényel, ennek vizsgálatára cikkünkben nem térünk ki.
Az ismertetett modell validációja, a téma relevanciájának igazolása
Annak érdekében, hogy az általunk bemutatott számítási módszert validálni tudjuk és rá tudjunk mutatni a vizsgált téma relevanciájára, felhasználtuk az Esveld [2] által közölt adatokat, amelyek Q=60 kN kerékterhelés esetén érvényesek a vizsgált geometriai mennyiségek mellett. Felhívjuk a figyelmet arra, hogy valós körülmények között ennél nagyobb kerékterhelések vizsgálata is szükséges lehet!

A cikk folytatódik, lapozás:« Előző12345678Következő »

Irodalomjegyzék

  • [1] Lichtberger B. Track Compendium, Eurailpress Tetzlaff-Hestra GmbH & Co. KG, Hamburg, 2005
  • [2] Esveld C. Modern Railway Track. MRT-Productions, Zaltbommel, 2014.
  • [3] Dr. Kazinczy L. A kerék-sín között fellépő Hertz-féle érintkezési feszültség vizsgálata közúti vasúti felépítmények esetében. Műszaki Szemle, 2000, https://epa.oszk.hu/00000/00028/00005/pdf/musze_EPA00028_2000_09_10_012-016.pdf
  • [4] Ponomarjov SzD. Szilárdsági számítások a gépészetben – 3. kötet. Budapest: Műszaki Könyvkiadó; 1965.
  • [5] Faber G és munkatársai. Hegesztett szerkezetek. Budapest: Műszaki Könyvkiadó; 1964.
  • [6] Havlicek G, Kartnig G, Klapper G. Kombination von Eigenspannungen und betrieblichen Spannungen in einem Kranlaufrad – Combination of residual stresses and operational stresses in a crane wheel, https://www.logistics-journal.de/proceedings/2018/4751/havlicek%202018.pdf. Letöltve: 2023.04.30.
  • [7] Horváth R.Nagygépes karbantartási munkák tapasztalatai. XIX. Közlekedésfejlesztési és beruházási konferencia. Bükfürdő, 2018, https://vtl.ktenet.hu/download.php?edid=1865. Letöltve: 2023.04.30.
A teljes cikket megtalálja a folyóirat 2023 / 4. 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 | ©