A témát felvető előző cikkünkben ismertettük az úgynevezett head check repedések kialakulásának folyamatát, és bemutattunk egy számítási eljárást, amely alkalmas a jelenség okainak számszerű vizsgálatára. Ezt a számítógépes módszert most alkalmazni fogjuk olyan kerék-sín érintkezési esetekre, amelyek – a világ több országában – a gyakorlatban is előfordulhatnak. Az elvégzett szimulációk eredményeinek ismertetésével igyekszünk némi betekintést nyújtani arra vonatkozóan, hogyan befolyásolják az egyes tényezők a sínfejben ébredő mechanikai feszültségeket, amelyek a sínfej repedéséhez vezethetnek.
A számítások kiinduló adatai
Legyen adott egy vasúti pályaszakasz, amelyen a sínfejrepedések nagy számban fordulnak elő. Számításainkat az adott pálya jellemzőinek (sínprofilok, ívek, megengedett sebesség stb.), valamint az ott közlekedő vasúti járművek paramétereinek (tengelyterhelés, vonóerő, fékezőerő, kerékgeometria) ismeretében végezzük. Tegyük fel, hogy a vizsgálni kívánt vasúti hálózat vonalain jellemzően egy olyan mozdony használatos, amelynek 90 tonnányi össztömege négy tengelyen oszlik meg, kerékprofilja pedig K5 típusú. Tegyük fel továbbá, hogy a vizsgált hálózaton az UIC54 típusú sín a jellemző. Statisztikai kiértékelések alapján kimutatható, hogy a legtöbb használatban lévő sín és kerék már nem új állapotú, de a kopottság mértéke még elfogadható: a szimulációkat tehát közepesen kopott profilgeometriák feltételezésével célszerű végezni.
A head check hiba jellemzően hosszan elnyúló ívekben, valamint túlemelés nélküli kitérőkben jelentkezik. Szimulációsorozatunkat íves pályaszakaszokra végezzük. Tegyük fel, hogy a vizsgált vasúti vonalakon a legnagyobb gyakorisággal előforduló pályaív-görbületi sugarak 1000 m és 3000 m.
Amint arról cikkünk első részében is szó esett, a pályaívekben a külső sínszálat általában túlemeléssel építik, ami segíti a szerelvényt abban, hogy az a pályán maradjon a nagy centrifugális erő ellenére is. Előfordul azonban olyan eset, ahol a túlemelés kicsi vagy egyáltalán nincs. Ilyenkor egyrészt jelentősen megnövekszik a külső sínszál és a kerék közötti függőleges terhelés, másrészt oldalirányú terelőerő lép fel – ez utóbbi tartja a pályán a járművet. A sínfej igénybevétele akkor a legnagyobb, ha a keréktalpon vonó- vagy fékezőerő is átadódik. Számításaink során feltesszük, hogy ezek a kedvezőtlen körülmények egyszerre fordulnak elő.
Az egyes számítási esetekben figyelembe vesszük, hogy a mozdonyok vontatómotorjai teljesítménytartó jellegűek, ami azt jelenti, hogy – leszámítva az indítási folyamatot – a vonóerő és a sebesség szorzata állandó. Nagy sebességnél tehát kisebb vonóerőt tudnak kifejteni. A kerék-sín kapcsolaton aktuálisan átadható vonóerő nagyságát korlátozzák a tapadási viszonyok is. Ha a mozdony motorja által kifejtett vonóerő meghalad egy bizonyos értéket – az úgynevezett tapadási határhoz tartozó vonóerő mértékét –, akkor a kerék megperdül, a többlet vonóerő „kárba vész”, azt nem tudjuk a jármű gyorsítására felhasználni. A vizsgálatok során feltesszük, hogy kerékperdülés nélkül legfeljebb a kerékterhelés 20 százalékának megfelelő vontatóerő adható át a sínnek.
A cikk teljes terjedelemben elolvasható az MCAD Magazin 2013/1. számában.
