VASÚTI PÁLYADIAGNOSZTIKA SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM MSC KÉPZÉS 2013. TAVASZI FÉLÉV VASÚTI PÁLYADIAGNOSZTIKA 1. téma SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM Dr. Horvát Ferenc főiskolai tanár
1. A VASÚTI PÁLYA KIALAKÍTÁSA 1.1. VONALVEZETÉS A VONALVEZETÉS ELEMEI A vízszintes vonalvezetés elemei: egyenesek átmeneti ívek ívek A magassági vonalvezetés elemei: emelkedők esések lekerekítések bevágás alagút töltés híd 45/1
1. A VASÚTI PÁLYA KIALAKÍTÁSA 1.2. PÁLYASZERKEZET VASÚTI PÁLYA - alépítmény - felépítmény = vágány + ágyazat - műtárgyak VASÚTI VÁGÁNYOK RENDSZEREI Vasúti vágány = sínek + keresztaljak + leerősítések A) Zúzottkő ágyazatos felépítmény -- keresztaljas vágány -- kombinált, vegyesaljas vágány -- magánaljas vágány -- hosszaljas vágány B) Merevlemezes (zúzottkő ágyazat nélküli) felépítmény -- pontszerű (diszkrét) alátámasztás --- keresztaljas vágány --- keresztalj nélküli megoldás -- folyamatos sínalátámasztás --- RAFS --- kiöntött síncsatornás rendszer 45/2
1. A VASÚTI PÁLYA KIALAKÍTÁSA A KERESZTMETSZETI KIALAKÍTÁS ELEMEI 1.3. ZÚZOTTKŐ ÁGYAZATOS PÁLYA A KERESZTMETSZETI KIALAKÍTÁS ELEMEI leerősítések 45/3
1. A VASÚTI PÁLYA KIALAKÍTÁSA A legelterjedtebben használt zúzottkő ágyazatos, keresztaljas vágány előnyei: - kedvező teherelosztás, - jó nyomtávtartás, síndőlés biztosítás, - kedvező keretmerevség, - a vágány teherbírása az aljak sűrítésével nő, - a vágányfektetési és a szabályozási munkák könnyen elvégezhetők és gépesíthetők, - a vízelvezetés jól megoldható. 45/4
1. A VASÚTI PÁLYA KIALAKÍTÁSA A sínek feladatai: - a vonóerő átadásának biztosítása (adhézió), - a gördülő kerék alátámasztása és vezetése, - a függőleges, vízszintes és hosszirányú terhek továbbítása (megosztva) az aljakra, - szerep a vágányok állékonyságában, - villamos vontatás esetén vezetőként szolgál, - szerep a jelző- és biztosítóberendezésekkel kapcsolatosan. Sínszelvény megválasztása: - mint hajlított tartó megfeleljen, - kopása ne legyen túl gyors (külső sínszál), - gazdaságos túlméretezettség, - OVSZ és OKVPTSZ előírások a sebesség és a forgalmi terhelés függvényében. 45/5
1. A VASÚTI PÁLYA KIALAKÍTÁSA A keresztaljak feladatai: - a sínek alátámasztása, - a sínek leerősítésekkel való rögzítésének lehetővé tétele, - a sínszálak egymástól való távolságának és a síndőlésnek biztosítása, - a sínekről érkező terhek elosztása az ágyazatra, - a vágányt érő és a vágányban fellépő hossz- és oldalirányú erők továbbítása az ágyazatnak. 45/6
1. A VASÚTI PÁLYA KIALAKÍTÁSA A sínleerősítések feladata: a sín és az azt alátámasztó szerkezet közötti megbízható kapcsolat létrehozása. Skl 3 leerősítés 45/7
1. A VASÚTI PÁLYA KIALAKÍTÁSA Az ágyazat feladata: - a keresztaljas vágány szilárd, de rugalmas alátámasztása, - a terhelés továbbítása az alj alsó síkjáról az alépítményre, - energia csillapítás, - a vágány kellő hossz- és keresztirányú stabilitásának / ellenállásának biztosítása, - a fekszint, az irány és a túlemelés jellemző tartós biztosítása, - csapadékvíz átengedése. 45/8
1. A VASÚTI PÁLYA KIALAKÍTÁSA 1.4. A MEREVLEMEZES FELÉPÍTMÉNYSZERKEZET Az ágyazatos és merevlemezes felépítményszerkezet összehasonlítása Forrás: LICHTBERGER: Handbuch Gleis 45/9
1. A VASÚTI PÁLYA KIALAKÍTÁSA Merevlemezes felépítmény (Rheda rendszer) 45/10
1. A VASÚTI PÁLYA KIALAKÍTÁSA Az ágyazatos és merevlemezes felépítményszerkezet rugalmassági viszonyai 45/11
1. A VASÚTI PÁLYA KIALAKÍTÁSA Az ágyazatnélküli (merevlemezes) felépítményszerkezeti kialakítások számos előnyét lehet felsorolni: A fekszint, irány és túlemelés jellemzők változásmentes biztosítása, vágányszabályozási munkák elmaradása. A vágány nagy oldalirányú merevsége miatti magas fokú üzembiztonság, mivel a dinamikus igénybevételekből, illetve a hőmérsékleti hatásból származó oldalirányú erők felvétele íves szakaszokon is megfelelő mértékű. A jármű/pálya kölcsönhatásból származó erők és a pályaelemekben ébredő feszültségek alacsony szinten tartása. A hosszútávon is megbízhatón jó vágánygeometria következtében kedvező futási komfort biztosítása. Kisebb szerkezeti önsúly és magasság. A szerkezet várhatóan hosszú üzemi élettartama. Lehetséges a zúzottköves felépítményre meghatározott 150 mm-es értéknél jóval nagyobb (180-200 mm) túlemelés kialakítása is, ami kisebb sugarú körívek építését eredményezi. Az örvényáramú fékezés alkalmazhatósága a vágány stabilitásának veszélyeztetése nélkül. Nagysebességű pályán elmarad az ágyazatörvénylés jelensége. 45/12
1. A VASÚTI PÁLYA KIALAKÍTÁSA Természetesen a kialakítás bizonyos hátrányokat is jelent a hagyományos zúzottköves felépítménnyel szemben: Nagyon pontos kivitelezési tevékenységet követel. Magasabb a kivitelezés költsége (1,3…2-szeres, mint az ágyazatos felépítményé) és nagy az időigénye. A későbbi geometriai változtatások nehezen megoldhatók. Átmeneti szakaszokat kell kialakítani a hagyományos és a merevlemezes szakaszok találkozásánál. Meg kell oldani a rezgés- és zajcsillapítást. 45/13
1. A VASÚTI PÁLYA KIALAKÍTÁSA Pontszerű alátámasztású vb. lemezes vágány 45/14
1. A VASÚTI PÁLYA KIALAKÍTÁSA Kiöntött síncsatornás felépítmény (Edilon rendszer) 45/15
1. A VASÚTI PÁLYA KIALAKÍTÁSA A megoldás előnyei: - hosszú életkor, - egyszerű szerkezet, - vágányszabályozási munkák elmaradása, - nincs vágányállékonysági gond nagy melegben, - rugalmas, folytonos sínalátámasztás, - a pálya néhány óra elteltével a kiöntés után átadható a forgalomnak, - csökken a sínkopás intenzitása, - jó vibrációs és zajcsillapítás, - alacsony szerkezeti magasság, - jó elektromos szigetelő hatás. A kiöntőanyag többféle lehet, amelyek közül ismert például a holland gyártmányú Edilon-Corkelast anyag: kétkomponensű poliuretán gyantával összeragasztott parafaszemcsékből és ásványi töltőanyagból áll, az ICOSIT KC 330 anyag: kétkomponensű poliuretán bázisú anyag, amely 0,71,2 mm szemcseméretű kvarchomokot tartalmaz. 45/16
2. A VASÚTI JÁRMŰ KIALAKÍTÁSA MÁV nagy raksúlyú négytengelyű Y 25 C típusú forgóváz teherkocsikhoz MÁV nagy raksúlyú négytengelyű pőrekocsi alváza 45/17
2. A VASÚTI JÁRMŰ KIALAKÍTÁSA Kocsiszekrény és kerékpár Kéttengelyű fedett teherkocsi szekrénye Kocsiszekrény és kerékpár 45/18
3.1. KERÉKPROFIL ÉS SÍNGEOMETRIA 3. PÁLYA ÉS JÁRMŰ 3.1. KERÉKPROFIL ÉS SÍNGEOMETRIA 45/19
3. PÁLYA ÉS JÁRMŰ 3.2. KERÉK ÉS SÍN VISZONYA Egy- és kétpontos érintkezés elve Egypontos érintkezés geometriája Felkapó kerék 45/20
3.3. A KERÉKPÁR ÉS A VÁGÁNY MÉRETEI 3. PÁLYA ÉS JÁRMŰ 3.3. A KERÉKPÁR ÉS A VÁGÁNY MÉRETEI 45/21
3. PÁLYA ÉS JÁRMŰ 3.4. KÍGYÓZÓ MOZGÁS (SZINUSZOS FUTÁS) EGYENES PÁLYÁN 45/22
3.5. KÉT- ÉS NÉGYTENGELYŰ JÁRMŰ ÍVBEN HALADÁSA 3. PÁLYA ÉS JÁRMŰ 3.5. KÉT- ÉS NÉGYTENGELYŰ JÁRMŰ ÍVBEN HALADÁSA 45/23
3.6. A VASÚTI PÁLYA ÉS A JÁRMŰ 3. PÁLYA ÉS JÁRMŰ 3.6. A VASÚTI PÁLYA ÉS A JÁRMŰ A vasúti pálya szerkezete és a járműkerék 45/24
3. PÁLYA ÉS JÁRMŰ A vasúti pálya teherelosztásának elve 45/25
3. PÁLYA ÉS JÁRMŰ A vasúti pálya teherelosztásának elve 45/26
3. PÁLYA ÉS JÁRMŰ A vasúti pálya – jármű dinamikus modell Forrás: ESVELD: Modern Railway Track 45/27
3. PÁLYA ÉS JÁRMŰ A függőleges rugalmasság szükségessége: - teherelosztás az alépítménykoronára, - a dinamikus terhek csökkentése a felépítmény elemein és az alépítményen, - a rezgések elhatárolása a környezettől (ha szükséges). A függőleges rugalmasság mértékének lehatárolási szükségessége: - csökkenteni az elemekben kialakuló feszültséget (főleg sín és leerősítések), - megbízható vágánystabilitás szükséges, - a futásstabilitás és a futáskomfort szempontjainak érvényesítése. A csillapítási tulajdonságok szükségessége: - az energiahatás mérséklése, - sajátfrekvencián a vágánystabilitás miatt, - akusztikai követelmények miatt. A csillapítás mértékének lehatárolási szükségessége: - ne növekedjenek túlzottan az elemekre jutó terhek, - az elemek melegedése, öregedése, a rugalmas elemek romlása ne növekedjék. 45/28
3. PÁLYA ÉS JÁRMŰ A vasúti teher megoszlása a szomszéd aljakon 45/29 Forrás: LICHTBERGER: Handbuch Gleis 45/29
3. PÁLYA ÉS JÁRMŰ A vasúti teherből származó nyomás terjedése az alépítményi földműben, keresztirányban 45/30
Nyomófeszültségek a rétegszerkezetben 3. PÁLYA ÉS JÁRMŰ Nyomófeszültségek a rétegszerkezetben a keresztalj alatt Forrás: LICHTBERGER: Handbuch Gleis 45/31
3. PÁLYA ÉS JÁRMŰ Nyomófeszültségek a rétegszerkezetben a szomszédos keresztaljak hatásának figyelembe vételével Forrás: GÖBEL, LIEBERENZ: Der Eisenbahnunterbau 45/32
Alépítményi benyomódások a keresztaljak alatt 3. PÁLYA ÉS JÁRMŰ Alépítményi benyomódások a keresztaljak alatt 45/33
4. A FELÉPÍTMÉNYRE JUTÓ ERŐHATÁSOK 4.1. FÜGGŐLEGES JÁRMŰTERHEK - statikus tengelyteher 225 kN - dinamikus tengelyteher = f (sebesség, kialakítás, állapot) Qdin = (1+3·s) ·Qstat s = n · n = 0,1 … 0,3 = 1 + (v-60)/140 45/34
4. A FELÉPÍTMÉNYRE JUTÓ ERŐHATÁSOK Kvázi-statikus járműerők íves vágányban A teljes függőleges terhelő erő: Qteljes = Qstat + Qcp + Qszél + Qdin többlet Qstat = statikus kerékteher Qcp = centripetális erőből többlet a külső sínszálon Qdin többlet = f (rugózott és rugózatlan járműtömeg, sínfelületi hibák, hegesztések, laposkerék) Forrás: ESVELD: Modern Railway Track 45/35
4. A FELÉPÍTMÉNYRE JUTÓ ERŐHATÁSOK Statikus és dinamikus tengelyterhek Forrás: LICHTBERGER: Handbuch Gleis 45/36
4. A FELÉPÍTMÉNYRE JUTÓ ERŐHATÁSOK A tengelyteher dinamikus komponense a statikus tengelyteher és a pályaminőség függvényében Forrás: ESVELD: Modern Railway Track 45/37
4. A FELÉPÍTMÉNYRE JUTÓ ERŐHATÁSOK A függőleges erő dinamikus nagysága ívekben Forrás: ESVELD: Modern Railway Track 45/38
4. A FELÉPÍTMÉNYRE JUTÓ ERŐHATÁSOK Függőleges erők 225 kN tengelytehernél, a sebesség függvényében Forrás: ESVELD: Modern Railway Track 45/39
4. A FELÉPÍTMÉNYRE JUTÓ ERŐHATÁSOK Függőleges erők nagysebességű pályákon Forrás: ESVELD: Modern Railway Track 45/40
4. A FELÉPÍTMÉNYRE JUTÓ ERŐHATÁSOK 4.2. OLDALERŐ Nyomkarimáról és a kerék-sín érintkezési felületen adódik át - egyenes pályán kígyózásból és pályahibából ered - íves pályán a szabad oldalgyorsulásból. A teljes oldalerő: Yteljes = Ynyomkarima + Ycp + Yszél + Ydin többlet Ynyomkarima → ív külső sínszálára Ycp = centripetális erőből többlet a külső sínszálon Ydin többlet = egyenes pályán a kígyózó mozgásból Oldalerő számításának közelítő összefüggése nagysebességű pályákra: (daN) Z = kerékteher (daN) 45/41
4. A FELÉPÍTMÉNYRE JUTÓ ERŐHATÁSOK Az oldalerő dinamikus nagysága ívekben Forrás: ESVELD: Modern Railway Track 45/42
4. A FELÉPÍTMÉNYRE JUTÓ ERŐHATÁSOK A terelőerő nagysága az ívsugár függvényében Forrás: LICHTBERGER: Handbuch Gleis 45/43
4. A FELÉPÍTMÉNYRE JUTÓ ERŐHATÁSOK 4.3. HOSSZIRÁNYÚ ERŐK a) Vonatforgalom hatására előre irányuló erők fékezés gördülő kerekek súrlódó hatása lejtőmenti komponens (völgymenet) terhelés alatti hullámmozgás sínvégre ütő hatás (hevederes vágányban) hátrafelé irányuló erők mozdony hajtott kerekeinél az adhéziós vonóerő nyomkarimák súrlódása lejtőmenti komponens (hegymenet) b) Dilatációs erő (hőmérsékletváltozásból) = 1,2x10-5 (1/C°) hőtágulási együttható E = 2,06 x 105 N/mm2 sínacél rug. modulus A = sínszál keresztmetszeti területe (mm2) t = hőmérsékletváltozás (Co) Ellenállást ad súrlódás a sínszálak és az alátétlemezek / kiöntőanyag között ágyazat hosszirányú ellenállása 45/44
5. A VASÚTI PÁLYÁT ÉRŐ EGYÉB HATÁSOK Forgalomból - fáradások (több tízmillió elegytonna forgalmi terhelés), - rezgések. Időjárásból: - hőmérsékletváltozások, - csapadék. Rendkívüli hatások: - földrengés, - árvíz, - baleset. 45/45