A DEBRECENBEN ÉPÜLŐ EDF FÜVES VÁGÁNY MŰSZAKI MEGFELELŐSÉGÉNEK VIZSGÁLATA

Átírás

1 V. VÁROSI VILLAMOS VASÚTI PÁLYA NAP Debrecen, A DEBRECENBEN ÉPÜLŐ EDF FÜVES VÁGÁNY MŰSZAKI MEGFELELŐSÉGÉNEK VIZSGÁLATA SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM Dr. Horvát Ferenc főiskolai tanár

2 1. BEVEZETÉS 1.1. Az EDF (Edilon Direct Fastening) sínleerősítési rendszer A Magyar Közút Nonprofit Zrt. KOZ-1458/2008 iktatószámon, i lejárati érvényességgel az EDILON EDF földalatti vasúti felépítmény, vasúti sínlekötés megnevezéssel az ÉME-t kiadta.

3 1. BEVEZETÉS 1.2. Az EDF füves vágány rendszer Felülnézet és oldalnézet

4 1. BEVEZETÉS Keresztmetszet

5 1. BEVEZETÉS Metszet sínleerősítésnél

6 1. BEVEZETÉS Metszet sínleerősítések között

7 1. BEVEZETÉS 1.3. Próbaszerelés 2011-ben Próbaszerelés Skl 12 típusú szorítókengyelekkel. Gond az alátétlemez bordatávolságával.

8 1. BEVEZETÉS 1.4. Próbaszerelés a Széchenyi Egyetem laboratóriumában A 190 mm-re bővített bordatávolságú alátétlemez 59Ri2 sín talpszélessége 180 mm, síntalpgumi oldalfal vastagsága 2x5 mm.

9 1. BEVEZETÉS Az eredetileg ajánlott talpszigetelő Szerelési gondok

10 1. BEVEZETÉS Szerelési gondok

11 1. BEVEZETÉS 26 A talpszigetelő A szerelt sínleerősítés külső (sínfej felőli) oldal

12 1. BEVEZETÉS A szerelt sínleerősítés belső (sínvályú felőli) oldal

13 1. BEVEZETÉS A sínleerősítés alkatrészei 15 2 Sínleerősítés védősapka 394x122x56 műanyag 14 2 Talpszigetelő elem 60x26x11 kemény műanyag 13 2 Skl 3 szorítókengyel 120x81x54 rugóacél 12 2 Alátétgyűrű Uls 7 25/47x3,5 acél 11 2 Anyacsavar M22 acél 10 2 Kalapácsfejű csavarszár M22 acél 9 2 Menetes műanyagbetét, Sdü 9 34,3x165 kemény műanyag 8 2 Egyes csavarbiztosító gyűrű + Uls 7 24/39 acél 7 2 Síncsavar, Ss 25 24x196 acél 6 1 Műanyag alátétlemez 410x115x10 kemény műanyag 5 1 Bordás alátétlemez 400x110x15 acél 4 1 Talpgumi, Sedrafer GU mm széles polimer (SBR), extrudált 3 1 Belső sínkamra elem 137x84x750 poliuretán kötésű gumiőrlemény 2 1 Külső sínkamra elem 145x85x750 poliuretán kötésű gumiőrlemény 1 Sín, 59Ri2 sínacél Sz. Db Megnevezés Méret Anyag

14 2. LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK 2.1. A megfelelőség vizsgálatához felhasznált fontosabb szabványok [1] MSZ EN :2003 Vasúti alkalmazások. Vágányfektetés. A sín rögzítésének vizsgálati módszerei. 1. rész: A rögzítőerő hosszirányú összetevőjének meghatározása [2] MSZ EN :2003 Vasúti alkalmazások. Vágányfektetés. A sín rögzítésének vizsgálati módszerei. 2. rész: Az elcsavarodási erő meghatározása [3] MSZ EN :2003 Vasúti alkalmazások. Vágányfektetés. A sín rögzítésének vizsgálati módszerei. 4. rész: Ismétlődő terhelés hatása [4] MSZ EN :2003 Vasúti alkalmazások. Vágányfektetés. A sín rögzítésének vizsgálati módszerei. 7. rész: A szorítóerő meghatározása [5] MSZ EN :2002/A1:2007 Vasúti alkalmazások. Vágányfektetés. A sín rögzítésének követelményei. 1. rész: Fogalommeghatározások [6] MSZ EN :2002/A1:2007 Vasúti alkalmazások. Vágányfektetés. A sín rögzítésének követelményei. 5. rész: Rögzítés betonlemezhez [7] MSZ EN :1998, Vasúti alkalmazások. Telepített berendezések. 1. rész: Védőintézkedések a villamos biztonság és a földelés számára [8] MSZ EN :2000 Vasúti alkalmazások. Telepített berendezések. 2. rész: Az egyenáramú vontatási rendszerek okozta kóboráramok hatása elleni védelmi intézkedések [9] MSZ 2364: Legfeljebb 1000 V névleges feszültségű erősáramú villamos berendezések villamos követelményei [10] MSZ EN ISO 898-1:2009 ötvözött és ötvözetlen acélból készült kötőelemek mechanikai tulajdonságai. 1. rész: Meghatározott szilárdsági csoport-jelű csavarok. Normál és finom métermenetű csavarok [11] MSZ 1600 szabványsorozat: Létesítési biztonsági szabályzat 1000 V-nál nem nagyobb feszültségű erősáramú berendezések számára

15 2. LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK Elmozdulás [mm] 2.2. Az Skl 3 típusú rugalmas szorítókengyel leszorító erejének meghatározása fárasztó terhelés előtt 3,5 3 2,5 2 1,5 A terhelés-elmozdulás grafikonból leolvasható az a P 0 érték, amely d = 0 mm elmozduláshoz tartozik. Ez a komplett leerősítésre 10,2 kn, egy szorítókengyelre ennek fele, azaz 5,1 kn jut. 1 0,5 0-0, Erő [kn]

16 2. LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK Erő [kn] Erő [kn] 2.3. A talpgumi statikus rugóállandójának meghatározása fárasztó terhelés előtt A kn tartományban számított statikus rugóállandó 49,59 kn/mm, a statikus ágyazási tényező 0,767 N/mm ,5 1 1,5 2 2,5 3 Összenyomódás [mm] 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Összenyomódás [mm]

17 2. LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK Erő [kn] 2.4. A hosszirányú sínelmozdulással szembeni ellenállás mérése fárasztó terhelés előtt Elmozdulás [mm] 1 Síntengely irányú erő (kn) 2 Elmozdulás (mm) D 1 = maximális hosszirányú sínelmozdulás az egyes terhelési ciklusoknál (mm), D 2 = megmaradó hosszirányú sínelmozdulás a terhelés megszüntetése után (mm), D 3 = rugalmas hosszirányú sínelmozdulás elsődlegesen csúszásból (mm), F = maximális sín hossztengely irányú erő, amelynél még éppen nem keletkezik maradó elmozdulás (kn). A harmadik ciklust kiértékelve: D 1 = 9,16 mm, D 2 = 6,89 mm, D 3 = 2,27 mm, F = 12,3 kn / sínleerősítés, azaz 16,4 kn/m (k = 0,75 m sínleerősítés távolság esetén.)

18 Elfordulás [fok] 2. LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK 2.5. A sínleerősítés elforgási ellenállásának meghatározása fárasztó terhelés előtt 1 Keresztalj / vb. gerenda 2 Sínleerősítés közbetéttel 3 Sín 4 Elfordulásmérő műszer 2 1,5 1 0,5 0-0,5-1 -1, ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 Nyomaték [knm]

19 2. LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK 2.6. A fárasztó terhelési vizsgálat 1 Keresztalj / vb. gerenda 2 60 E1 r. sín 3 Leerősítés közbetéttel együtt 4 Terhelő berendezés 5 Szabad forgáspont 6 Kemény felfekvő réteg 8 Terhelő erő P függőleges / cos 1 Sínfejlekerekítés középpontja 2 Erő kn-ban L = terhelő erő a keresztalj talpával párhuzamosan (kn) V = terhelő erő a keresztalj talpára merőlegesen (kn) L/V = tangens alfa x = a ferde erő hatásvonalát kijelölő távolság

20 15 2. LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK 75 Az erő sínre történő átadásának pontos adatai = 38,6 o 71,4

21 2. LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK A fárasztó vizsgálat elrendezése felső oldal alsó oldal Vizsgálati paraméterek: - a terhelőerők tengelyének a függőlegessel bezárt hajlásszöge: 38,6 o - maximális terhelőerő: 65 kn - minimális terhelőerő: 10 kn - a maximális terhelőerő -- sín állótengelye menti komponens: 50,80 kn -- sín állótengelyére merőleges komponens: 40,55 kn - a minimális terhelőerő -- sín állótengelye menti komponens: 7,81 kn -- sín állótengelyére merőleges komponens: 6,24 kn - vizsgálati frekvencia: 5 Hz - teherismétlések száma: 3x10 6. Az elmozdulásmérési helyek

22 2. LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK A statikus ferde terhelés felvitele közben megsérült vb. gerenda

23 2. LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK A fárasztó terhelés

24 2. LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK

25 Terhelő erő (kn) 2. LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK Sínfej elmozdulása (mm) A sínfej terhelő erő - elmozdulás diagramjai statikus terhelés hatására, különböző terhelési ciklusszámok után ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Sínfej elmozdulása (mm) ,45 millió 2,05 millió 3,00 millió 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Fárasztási ciklusok száma

26 Terhelő erő (kn) 2. LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK Síntalp alsó oldal elmozdulása (mm) Az alsó síntalp oldalra jellemző statikus terhelő erő - elmozdulás diagramok, különböző terhelési ciklusszámok után ,1-1 -0,9-0,8-0,7-0,6-0,5-0,4-0,3-0,2-0,1 0 Síntalp alsó elmozdulása (mm) ,45 millió 2,05 millió 3,00 millió 0,00-0,20-0,40-0,60-0,80-1,00-1,20 Fárasztási ciklusok száma

27 2. LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK 2.7. A fárasztó terhelés utáni szemrevételezéses ellenőrző vizsgálatok

28 2. LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK A terhelési elrendezés szerinti alsó oldali talpgumi deformációja az alátétlemez bordájánál A terhelési elrendezés szerinti alsó oldali talpgumi deformációja az alátétlemez bordájánál

29 2. LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK A terhelési elrendezés szerinti alsó síncsavar állapota a fárasztás után A terhelési elrendezés szerinti felső síncsavar állapota a fárasztás után

30 2. LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK A talpgumi állapota a fárasztás után Síntalp felőli oldal Alsó oldal

31 2. LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK A talpgumi alsó oldali átszakadása az alátétlemez bordáinál

32 2. LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK Az alátétlemez felső oldali helyzete a fárasztás előtt Az alátétlemez felső oldali helyzete az első fárasztási ciklus után

33 2. LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK A terhelési elrendezés szerinti alsó oldali műanyagbetét állapota a fárasztó terhelés után A terhelési elrendezés szerinti felső oldali műanyagbetét állapota a fárasztó terhelés után

34 Elmozdulás [mm] 2. LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK 2.8. Fárasztás utáni statikus terhelési vizsgálatok Az Skl 3 típusú rugalmas szorítókengyel leszorító erejének meghatározása a fárasztó terhelés után 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0-0, Erő [kn] Fárasztás előtt Fárasztás után A komplett sínleerősítésre fárasztás után 11,1 kn. Az eltérés a fárasztás előtti értékhez (10,2 kn) képest 8,8%.

35 Erő [kn] 2. LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK Erő [kn] Talpgumi függőleges irányú statikus rugalmasságának vizsgálata fárasztás után ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Összenyomódás [mm] Fárasztás előtt Fárasztás után ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Összenyomódás [mm] Fárasztás előtt Fárasztás után

36 Erő [kn] 2. LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK A hosszirányú sínelmozdulással szembeni ellenállás mérése a fárasztó terhelés után Elmozdulás [mm] Fárasztás előtt Fárasztás után A sín hosszirányú eltolási ellenállása fárasztás után 12,5 kn/leerősítés. Eltérés a fárasztás előtti értékhez (12,3 kn/leerősítés) képest 1,8%.

37 2. LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK 2.9. A villamos megfelelőség vizsgálata Az EDF füves vágányrendszer egyenáramú vizsgálata

38 2. LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK Az EDF füves vágányrendszer ellenállás/impedancia, illetve fajlagos ballasztellenállás értékei [kω] Száraz 10%-os konyhasóoldattal locsolva DC 75 Hz 400 Hz 13 khz DC 75 Hz 400 Hz 13 khz ,01 99,52 29, ,63 30,57 28,97 Fenti adatok alapján számított fajlagos ballasztellenállás értékek [Ωkm] 607,5 72,4 37,3 11,2 110,3 14,9 11,5 10,9 A laboratóriumban végrehajtott villamos vizsgálatok eredményei alapján a következő megállapítások tehetők: 1.) Az üzemi körülményeket és az öregedést is szimuláló villamos vizsgálatok alapján az EDF füves vágányrendszer még kedvezőtlen üzemi körülmények között is biztosítja a ballasztellenállás minimális 10 Ωkm feletti értékét, ami az elvárt villamos műszaki követelmények teljesítését jelenti. 2.) Az EDF füves vágányrendszer megfelelő védelmet biztosít a kóboráramok kialakulásának megakadályozására.

39 3. A FELÉPÍTMÉNYSZERKEZET TEHERBÍRÁSVIZSGÁLATA SZÁMÍTÁSOKKAL 3.1. A statikai modell 15 m hosszú vágányszakasz, egyenes vágánytengely, de az ívben ébredő erők működnek. Folyamatosan, rugalmasan alátámasztott sínszálak. Sínleerősítések távolsága 0,75 m.

40 3. A FELÉPÍTMÉNYSZERKEZET TEHERBÍRÁSVIZSGÁLATA SZÁMÍTÁSOKKAL 3.2. A terhek Közúti vasúti teher (MSZ ): 4 x 150 kn / 3 x 2,2 m. Az egy sínszálra ható erők: - az ív külső oldalán V k = 150/2 + 5,6 = 80,6 kn, - az ív belső oldalán V b = 150/2-5,6 = 69,4 kn. H = 15 kn, az ívkülső oldalán, minden keréknél hat. Csavaró nyomaték az ív külső oldalán: M x = 0,23 knm. Y mértékadó Y alap t 3,0 s 0,1 1 (1 t s) 1,3 (1 t s) A hőmérsékleti teher: F= E A t = ±824 kn (Ri592 r. sínek)

41 3. A FELÉPÍTMÉNYSZERKEZET TEHERBÍRÁSVIZSGÁLATA SZÁMÍTÁSOKKAL 3.3. Eredmények Függőleges síkú alakváltozás íves pályaszakaszon (mm) Vízszintes síkú alakváltozás íves pályaszakaszon (mm) Rugalmas nyombővülés: n max = 0, ,01 77 = 1,6 mm.

42 3. A FELÉPÍTMÉNYSZERKEZET TEHERBÍRÁSVIZSGÁLATA SZÁMÍTÁSOKKAL Függőleges reakcióerők íves pályaszakaszon (kn/m) A sínlekötéseken fellépő oldalirányú reakcióerők és a nyomatékok íves pályaszakaszon (kn ill. knm)

43 3. A FELÉPÍTMÉNYSZERKEZET TEHERBÍRÁSVIZSGÁLATA SZÁMÍTÁSOKKAL Függőleges feszültségek a sínben a járműteherből (N/mm 2 )

44 3. A FELÉPÍTMÉNYSZERKEZET TEHERBÍRÁSVIZSGÁLATA SZÁMÍTÁSOKKAL Az összes feszültség a sínszálban (N/mm 2 ) (R = 100 m sugarú ívben) FESZÜLTSÉGEK (N/mm 2 ) - járműteher -- sínfej belül - 36,65 -- síntalp kívül + 45,96 - hőmérsékletváltozás -- sínfej belül 111,24 -- síntalp kívül 111,24 ESETLEGES FESZÜLTSÉGEK ÖSSZESEN -- sínfej belül - 147,89 -- síntalp kívül + 157,20 ÖSSZES ÁLLANDÓ FESZÜLTSÉG -- síntalp kívül ± 255,70 MÉRTÉKADÓ FESZÜLTSÉGEK -- sínfej belül - 345,89 -- síntalp kívül + 412,90 A legnagyobb feszültség tehát a sín talpának külső oldalán keletkezik. Minden esetben igaz, hogy: eng = 590 N/mm 2. Megfelel.

45 3. A FELÉPÍTMÉNYSZERKEZET TEHERBÍRÁSVIZSGÁLATA SZÁMÍTÁSOKKAL Fárasztó feszültségek a sínszálban a járműteherből (N/mm 2 )

46 3. A FELÉPÍTMÉNYSZERKEZET TEHERBÍRÁSVIZSGÁLATA SZÁMÍTÁSOKKAL A síncsavarok ellenőrzése igénybevételekre A sínlekötésben lévő síncsavarokat nyírásra és hajlításra három hatás eredője veszi igénybe: - a járműteher kifelé mutató vízszintes komponense, - a hőmérsékleti nyomóerő kifelé mutató komponense ívben, - sínszál ívbe hajlításából származó kifelé mutató erő, ha a sínszálak nem előre ívbe hajlítottak.

47 3. A FELÉPÍTMÉNYSZERKEZET TEHERBÍRÁSVIZSGÁLATA SZÁMÍTÁSOKKAL A beépítendő ( 24 mm átmérőjű) síncsavarok száma Csavar szilárdsági csoportja 4.6 és 4.8 (R m = 400 MPa) 5.6 és 5.8 (R m = 500 MPa) 6.8 (R m = 600 MPa) 8.8 (R m = 800 MPa) Határsugarak Csavarok száma (db) Építés jellegzetessége egyenes vágány 2-25 m R 300 m 4 síneket előre le kell hajlítani 300 m < R < 700 m 4 síneket nem kell előre lehajlítani R 700 m 2 - egyenes vágány 2-25 m R < 250 m 4 síneket előre le kell hajlítani 250 m R < 550 m 4 síneket nem kell előre lehajlítani R 550 m 2 - egyenes vágány 2-25 m R < 60 m 4 síneket előre le kell hajlítani 60 m R < 190 m 2 síneket előre le kell hajlítani 190 m R < 450 m 4 síneket nem kell előre lehajlítani R 450 m 2 - egyenes vágány 2 - R < 30 m 4 síneket előre le kell hajlítani 30 m R < 130 m 2 síneket előre le kell hajlítani 130 m R < 350 m 4 síneket nem kell előre lehajlítani R 350 m 2 -

48 3. A FELÉPÍTMÉNYSZERKEZET TEHERBÍRÁSVIZSGÁLATA SZÁMÍTÁSOKKAL A síncsavarok ellenőrzése függőleges kihúzásra: K < 5 kn. Téli varratszakadás/síntörés esetének vizsgálata: megnyíló hézag max. 27,1 mm. A felépítményi rendszer hazai közúti vasúti alkalmazásának meghatározó paraméterei az alábbiak: - nyomtávolság 1435 mm, - statikus függőleges tengelyterhelés Q max = 150 kn, - sebesség V max = 70 km/h, - legkisebb ívsugár R min = 25 m, - legnagyobb emelkedő 60, - a forgalmi terhelés nincs korlátozva, - aljtávolság 0,75 m.