A cikk szerzője:

Ágh Csaba diagnosztikai mérnök
MÁV Központi Felépítményvizsgáló Kft.

Vasúti kerékpár futási instabilitása a pályadiagnosztika szemszögéből

A vasúti pálya és jármű karbantartóinak célja a biztonságos üzem fenntartása mellett az életciklusköltségek mi­ni­malizálása. A pálya és járművek tervezésének, illetve karbantartásának összehangolásával jelentős fenntartási költségek takaríthatók meg a pálya–jármű rendszer egészében. Ehhez meg kell értenünk a pálya és jármű kölcsönhatásának fizikai hátterét. E cikk a járművek futási stabilitása és a pálya paraméterei között keres kapcsolatot elméleti modellezés és a MÁV Központi Felépítményvizsgáló Kft. magyarországi mérési ered­ményeinek elemzése alapján.


A b) típusú vizsgálatok során a gyakorlati tapasztalatunk összevág az elméletileg levezethető összefüggéssel, hogy kisebb nyomtávolsághoz – minden más paraméter változatlansága mellett – nagyobb egyenértékű kúposság tartozik [11]. A 3. ábrán a Budapest–Hegyeshalom és Budapest–Újszász–Cegléd–Szolnok–Békéscsaba vasútvonalak 2017-es mérései során felvett, 380 vágánykm-re vonatkozó adatok alapján készített pontfelhők láthatók. A vizsgált pályákban 54 és 60 kg/fm tömegű sínek fekszenek. A kopott sínprofiladatokat a MÁV Központi Felépítményvizsgáló Kft. SDS jelű mérőkocsijával vettük fel. A mérőkocsin működő mérőrendszert a Tecnogamma cég gyártotta. A felvett sínpárprofiladatokon a szabványos, S1002 jelű profilokkal ellátott virtuális kerékpárt futtattuk 3 mm keresztkitérés-amplitúdót feltételezve, a jogszabályban [9] meghatározott kétféle nyomszélességgel (3. ábra).

3. ábra. Egyenértékű kúposság mozgóátlaga a nyomtávolság mozgó­átlaga függvényébenA felső ábra az SR = 1426 mm nyomszélességű kerékpár 100 m-es mozgóátlagként, 2 m lépesközzel számított egyenértékű kúpossági értékeit mutatja a szintén 100 m-es mozgóátlagként, 2 m lépésközzel számított nyomtávolság függvényében. Az alsó ábrán a virtuális kerékpár nyomszélességének értéke SR = 1420 mm. (A nyomszélességet a névleges futókörsíkok és kerékprofilgörbék metszéspontjai alatt 10 mm-rel mérik a kerékpárokon.) Az ábrákon a nyomtávolság-eltérés 0 értéke 1435 mm-nek felel meg; a pozitív értékek jelölik a nyombővülést, a negatívak a nyomszűkülést. A pontfelhőkre a legkisebb négyzetek módszerével exponenciális függvényeket illesztettünk, melyekkel a pontfelhőkön belül az adott nyomtávolságokhoz tartozó várható értéket közelítettük. Megállapíthatjuk, hogy a nyomjáték szűkülése (akár a sínpár nyomtávolságának csökkenése, akár a kerékpár nyomszélességének növekedése) rendszerint az egyenértékű kúposság növekedését, ezáltal a kritikus sebesség csökkenését eredményezi, vagyis rontja a keresztfutás-stabilitást. Az egyenértékű kúposság adott nyomtávolságnál vett szóródása a vizsgált pályaszakaszok sínkopási formáinak sokféleségét, továbbá a síndőlések és síntípusok különbözőségét reprezentálja.
Az elmúlt években és napjainkban a MÁV Zrt. vonalhálózatán jelentős köszörülési programot hajtottak, illetve haj­tanak végre. Tapasztalataink szerint a gördülő fáradásos sínhibák elhárítása vagy megelőzése céljából elrendelt köszörülés, – egyfajta kedvező mellékhatásként, rendszerint csökkenti az egyenértékű kúposság értékét. Ez azzal magyarázható, hogy a gördülő fáradásos sínhibák (elsősorban Head Check) elhárítása során történő sínanyag-eltávolítás a sínfej formáját olyan módon változtatja meg, hogy a lehetséges kerék-sín érintkezési pontok átrendeződése miatt a futókörsugárkülönbség-függvény alakja előnyösen megváltozik, és az egyenértékű kúposság csökken. „Head Check” típusú gördülő fáradásos sínhibák elsősorban az ívek külső sínszálának belső oldalán jelentkeznek, azonban ívek belső sínszálán, illetve egyenesben is találhatók erősen károsodott szakaszok.
A következőkben egy olyan – jelentősen nyomszűkült – pályaszakaszt vizsgálunk meg, ahol a futási instabilitás és a gördülő fáradásos sínhibák közti kapcsolat tételezhető fel. A 4. ábra felső részén a Mosonmagyaróvár–Hegyeshalom állomásköz jobb vágányának 1850 és 1870 hm közötti egyenes szakaszán a 2017. évi nagygépes köszörülést megelőző és követő átlagos egyenértékű kúpossági mérési eredményeket rajzoltuk fel (S1002 kerékpár, 1426 mm nyomszélesség, 3 mm keresztkitérés amplitúdó, 100 m-es mozgóátlag, 2 m-es lépésköz).

4. ábra. Köszörülés hatása az egyenértékű kúposságra és a köszörülés előtti károsodási mélységekA 4. ábra alsó részén a köszörülés előtti, gördülő fáradásból eredő repedésmélységek (20 m-es sza­ka­szokra vett legnagyobb károsodási mélység) láthatók. A bemutatott szakaszon a jellemző átlagos nyomtávolság-eltérés –3,7 mm (nyomszűkület) volt. Figyelemre méltó, hogy a köszörülés előtt az egyenértékű kúposság és a károsodási mélységek grafikonja hasonló lefutású volt. Ebből arra következtethetünk, hogy ezen a – helyszínrajzilag egyenes – szakaszon az instabilan futó járművek a kígyózó mozgásuk által jelentős gördülő fáradási hibákat okoztak mindkét sínszálban. Ilyen jelenségre a külföldi szakirodalomban is találhatunk utalást [12].
A köszörülés során a Head Check (gördülő fáradásból eredő sínfej-repedezettség) teljesen eltűnt, egyúttal pedig az egyenértékű kúposság is kívánatos mértékűre csökkent. A köszörüléssel remélhetőleg nemcsak a tünet (a repedések), hanem a feltételezett ok (instabil futás) is felszámolható. Köszörüléssel, értelemszerűen, a nyomtávolság is növelhető. Az osztrák gyakorlatban pusztán az egyenértékű kúposság nem megfelelő értéke miatt is végeznek köszörülést [13]. Számításaink szerint az „Anti Head Check” (pl. 60E2) sínpro­filok alkalmazása is megfelelő megoldás az egyenértékű kúposság csökkentésére.
E cikk elsősorban pályafenntartási szakembereknek szól, ezért nem részletezzük az instabil futási kockázat csökkentésének, illetve az egyenértékű kúposság csökkentésének járműveket érintő lehetőségeit, csupán megemlítjük, hogy a forgóváz rugalmassági és csillapítási tulajdonságainak változtatásával, illetve a gyakori és megfelelő kerékprofilra történő esztergálással kedvező hatás érhető el.

Összegzés

A kopások mérséklése, valamint a gördülő fáradásból eredő károsodások és a futási instabilitás elkerülése céljából a pálya–jármű rendszert együtt kell elemezni és kezelni, és bizonyos kompromisszumokat kell kötni. A futási instabilitás – mely helyszínrajzi egyenesekben gördülő fáradási hibákat is okozhat – összetett fizikai modellben elemezhető. A pályafenntartás szempontjából a modellben bemenetként szereplő futókörsugárkülönbség-függvények szere­pe kiemelkedik, és azok jellemzésére az egyenértékű kúposság szolgál. A nyomjáték kis értékei esetén nagy egyenértékű kúposságra számíthatunk, ami magas instabilitási kockázatot jelent. Az egyenértékű kúposság – ha csak a vágány paramétereit tekintjük – a sínfej alakjának megfelelő módosításával, illetve az átlagnyomtávolság növelésével csökkenthető.

A cikk folytatódik, lapozás:« Előző123

Irodalomjegyzék

  • [1] Burstow, M.: Improving track geometry alignment to reduce rolling contact fatigue (RCF). Proceedings of 9th World Congress on Railway Research (2011), pp. 22–26.
  • [2] Iwnicki, S.: Handbook of Railway Vehicle Dynamics. CRC Press, Boca Raton (2006), pp. 390–395.
  • [3] Pálfi Cs.: Esettanulmányok a keresztfutás-stabilitás tárgykörében. MÁV Zrt. Vasúti Mérnöki és Mérésügyi Szolgál­tató Központ évkönyve (2007–2009),
  • pp. 137–164.
  • [4] Zhai, W., Wang, K., Cai, C.: Fundamentals of vehicle–track coupled dynamics. Vehicle System Dynamics, 47/11 (2009), pp. 1349–1376.
  • [5] Béres I.: A 250 km/h sebességre alkalmas GH250-3 típusú forgóváz a hazai járműfejlesztés jelentős sikere. Vasút­gépészet, 2016/4, pp. 7–12.
  • [6] Szabó A.: Vasúti kerék- és sínkopás – futásstabilitás. Futástechnikai konferencia, Pécs, 2016.
  • [7] Kalker, J.J.: On the rolling contact of two elastic bodies in the presence of dry friction. (PhD-disszertáció.) Department of Mechanical Engineering, Delft, 1967.
  • [8] Ágh Cs.: Egyenértékű kúposság mérése Magyarországon. Pálya és jármű kapcsolata – futási instabilitás. Sínek Világa, 2012/6, pp. 10–13.
  • [9] 1299/2014/EU (Európai Bizottság rendelete).
  • [10] MSZ EN 15302:2008+A1:2011 (szabvány) Vasúti alkalmazások. Az egyenértékű kúposság meghatározási módszere.
  • [11] Lichtberger, B.: Track Compendium. EurailPress, Hamburg (2005), pp. 337–339.
  • [12] Kalousek, J.: Wheel/rail damage and its relationship to track curvature. Wear, 258 (2005), pp. 1330–1335.
  • [13] Popp, R.: A vasúti infrastruktúra szíve, a sín. InnoRail, 2014/3, pp. 33–35.
A teljes cikket megtalálja a folyóirat 2017 / 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 | ©