A cikk szerzője:

Kulcsár Nárcisz egyetemi tanársegéd
Széchenyi István Egyetem, Győr

Dr. Major Zoltán egyetemi adjunktus
Széchenyi István Egyetem, Győr

Rugalmas ágyazású kiöntött csatornás vasúti felépítmény (2. rész) – Rugalmas síncsatorna-kiöntések numerikus modellezése

A vasúti közlekedéssel szemben támasztott fokozódó követelményeknek köszönhetően (zaj- és vibrációs terhelés, élettartam költségek) hazánkban is egyre nagyobb tért hódítanak a kiöntött síncsatornás felépítmények. Ezeket itthon elsősorban hidakon, útátjárókban, alagútban, valamint közúti vasúti pályákban alkalmazzák. Gyakorlati tervezésük jelenleg költséges laborvizsgálatok alapján történik, egy-egy variáns vizsgálatával. Optimalizálásukkal általában nem foglalkoznak, pedig a helyesen megválasztott paraméterek jelentős költségmegtakarításhoz, a környezeti terhelési követelmények pontosabb teljesítéséhez vezethetnek.

A végeselemes modellezéssel optimalizálható paraméterek

V. L. Markine, A. P. de Man, S. Jovanovic, C. Esveld Optimum design of embedded rail structure of high-speed lines [1] című cikkükben ismertetik a kiöntött síncsatornás szerkezetek több paraméterre történő optimalizálását. A cikkben az optimalizálás során olyan változatokat is bemutattak, melyek a gyakorlati tervezésben „feleslegesek”, hiszen adottnak tekinthető a rendelkezésre álló anyagok és sínek választéka, így ezek változtatása csak meghatározott esetekre lehetséges a mérnöki gyakorlatban. (Például nincs értelme függvényként leírni a síntalp vastagságának változását az optimalizálás során, mivel ezek egy-egy sínrendszerre jellemző értékek, és még a megtalált optimum mellett sem kerül sor új síntípus kifejlesztésre a kapott értékek figyelembevételével.) Mi az optimalizálandó tulajdonságok körét szűkítve, azokat az alábbiakban foglaltuk össze:

  • Rugalmassági tulajdonságok: megfelelően megválasztott kiöntőanyag-fajta, pontosan tervezett kiöntési méretek, szük­ség esetén rugalmas szalagok használatával kedvezően befolyásolható a sín­szálban kialakuló igénybevételek ala­kulása, a sínszál járműteher alatti füg­gőleges és oldalirányú deformációja, valamint a függőleges hőkivetődéssel és a varratszakadás/síntörés miatti hézagmegnyílással szembeni biztonság. Az optimalizálás során ezeket a feltétele­ket együttesen kell vizsgálni.
  • Sínrendszer és sínminőség: a homogén, folyamatos alá- és megtámasztásnak köszönhetően a sín igénybevételei és alak­változásai kedvezőbben alakulnak, mint zúzottköves vágányokban, így kisebb tömegű sínrendszerek alkalmazása is lehetséges, mint a hagyományos kialakítások esetén.
  • Kiöntőanyag mennyisége: a kiöntőanyag mennyisége nem független a ki­ala­kuló rugóállandótól, ezért az opti­ma­lizálás csak a két tényező együttes vizsgálatával lehetséges. A mennyiségre hatással van a választott sínrendszer, a sín­csa­torna és a kiöntés geometriája, a ta­ka­rék­üregek (esetleg idomkövek) alkalmazása. Az ismert geometria alapján meghatározható a fajlagos anyagfelhasználás mértéke, mely nem más, mint a sín egy méterére vonatkoztatott kiöntőanyag mennyisége. A paraméter jele: FK [dm3/m].
  • Karbantartási igény: a kialakított szerkezetre jellemző karbantartási igény alapján kísérletet lehet tenni egy karbantartási szükséget jellemző paraméter meghatározására, amely figyelembe veszi a beavatkozási költségeket a vágány műszaki élettartama alatt. Ezt jelöljük: FF-fel [Ft/m]. Ebben a tényezőben tudjuk érvényre juttatni az egyes sínrendszerek által igényelt síngondozási igényeket vagy a megfelelően megválasztott sínminőség kedvező hatását.
  • Akusztikai tulajdonságok: a kiöntőanyag fajtájának helyes meg­vá­lasz­tá­sá­val, a sín „szabad” felületének csökken­té­sével, a rezgéshíd megszakításával ked­ve­zőbb zaj- és rezgéstani tulajdonságok érhetők el, mint a hagyományos vá­gá­nyok esetén.

Az akusztikai minősítő szám képzéséhez szükségünk van a sajátfrekvencia és a „szabad” felület ismeretére. Számítására az [1]-ben található iránymutatás.

Numerikus modellezés segítségével nagy­számú variáció modellezése válik lehetővé, ezzel a hosszadalmas és költséges laboratóriumi vizsgálatok nagy része kiváltható. A végeselemes vizsgálatok eredményeinek segítségével ki lehet választani az optimális variációt. Ehhez elsőként az egyes minősítő számok normalizálására (egységesítésére) van szükség, hiszen mind nagyságrendjük, mind dimenziójuk eltérő. Ezért az egyes értékek hányadosát kell képeznünk egy kiindulási variációra jellemző értékekkel. Kiindulási alapnak tekinthető az adott felhasználási területre jellemző általánosan alkalmazott kialakítás, melyet előre meg kell határozni. Ezt követően a normál minősítő számokhoz megfelelő nagyságú súlyokat rendelve azt a kialakítási variációt kell választanunk, amely esetén a súlyozott minősítő számok összege minimális. Megrendelői igény esetén a laborvizsgálatokat már csak ezen a szer­ke­zeti kialakításon kell elvégezni. 

A következő két fejezetben csak a rugalmassági tulajdonságokkal foglalkozunk. A modellezés eredményeit hasonlítjuk össze két laborvizsgálat eredményével, hogy szemléltessük a végeselemes modellezés eredményességét, felhasználhatóságát az optimalizálási folyamat során.

1. ábra. A dr. Kazinczy László által publikált geometria (a méretek mm-ben értendők)

2. ábra. A modellezett síncsatorna (Ts52) (a méretek mm-ben értendők)

A cikk folytatódik, lapozás:1234Következő »

Irodalomjegyzék

  • [1] V. L. Markine, A. P. de Man, S. Jova­novic, C. Esveld: Optimum design of em­bedded rail structure of high-speed lines.
  • [2] Dr. Kazinczy László: Sínszálak ágyazásának és rögzítésének körülményei a burkolt közúti vasúti vágányoknál. Előadás. Szeged, 2013. április 10.
  • [3] Major Zoltán: Rugalmas ágyazású kiöntött csatornás vasúti felépítmény (1. rész) – A síncsatorna kiöntőanyag jellemzőinek meghatározása. Sínek Világa, 2013/6.
  • [4] Dr. Horvát Ferenc, dr. Németh György: Hazai megfelelőségigazolás – 35GPB (35LPG) sínekkel kialakított, Edilon tí­pu­sú kiöntött síncsatornás közúti vasúti vágány kísérleti szakaszának építésére. Győr, 2004. április 26.
A teljes cikket megtalálja a folyóirat 2014 / 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 | ©