A vasút felépítményi tartórendszere és az ágyazat kölcsönhatásai.

Átírás

1 A vasút eléítményi tartórendszere és az ágyazat kölcsönhatásai. Dr. Mihalik András Nagyváradi Egyetem Éítészmérnöki Tanszék. A szerző tanulmányában egy általános kéet kíván bemutatni az egyik legérdekesebb műszaki létesítményről, a kavicságyról. Tudatában van annak, hogy a vasúti ályával oglalkozó mérnököknek a téma mint olyan csak eleleveníti a tanult vagy taasztalt erre vonatkozó ismereteket, de ugyanakkor az éítő mérnöki társadalom egy részének, érdeklődőknek sok olyan részletet mutat be amelyek megvilágítják és eleletet adnak eddig ismeretlen, őket oglalkoztató kérdésekre. Ez az egyedüli cél amely a szerzőt e tanulmány megírására késztette. Az elméletre egy cédulát kéne üggeszteni: igyelemmel, óvatossággal használandó! Nem több mint egy cse egy liter taasztalathoz." K. Terzaghi 1. Bevezetés Nem véletlen, hogy sok klasszikus eléítményi munkát ismerünk, amelyeknek szinte közös címe: a sín és a kerék kölcsönhatása. Valóban igen hálás témát ölel el ez a cím de mindjárt meg kell mondanunk, hogy a gyakorlati ályaenntartás szemontjából ontosabb egyik eddig kevésbé kidolgozott téma, melynek a klasszikus mintára a következő címet adhatnánk: a eléítményi tartórendszer és az ágyazat kölcsönhatásai. 1. ábra A éleitényi tartórendszer és az ágyazat keresztaljas vágányban Felmerül mindjárt a kérdés hova tartozik az ágyazat? A eléítményhez vagy az aléítményhez? A dolog tulajdonkéen megállaodás és szavak kérdése. Valójában helyesebb volna elméleti szemontból kettős csoortosítás helyett, hármas csoortosítást használni, az aléítményről, kavicságyról és eléítményi tartórendszerről beszélni. Az utóbbira, a eléítményi tartórendszerre a német műszaki nyelvben már egy egyszerű kiejezés alakult ki: Das Gestände. Hogy a kavics ágyat nem lehet az aléítményhez venni, az nyilvánvaló, hisz a jó aléítmény egyszer,s mindenkorra kész és újításra nem szorul. (l. szikla, homok, stb.) A kavicságy azonban közvetlen üzem elhasználódásnak van kitéve és, hogy úgy mondjam ontos szerkezeti szereet tölt be. Lehetne akár különleges rugórendszernek is tekinteni, amellyel a álya tartószerkezetét a szükséghez kéest emelni vagy süllyeszteni lehet.. A kavicságy mint műszaki létesítmény Az ágyazat szerkezetileg ha nem is ontosságában, de megkülönböztető szereében üggetlen és egyenrangú a eléítményi tartórendszerrel. Ez a tartórendszer mint ismeretes magából a sínből mint őtartóból és a keresztaljból áll, amely a sínt támasztja de maga is tartószerűen van kikéezve és ezenkívül szerkezeti szereköre is van, mert a két sínszál helyes dőlését s a legtöbb elrendezésnél a helyes nyomtávot is biztosítja. Ha az aljzatot a keresztalj illérzetnek tekintjük, úgy kézenekvő, hogy az ágyazatot az aléítmény elett alaozásnak tekintsük. Az ágyazatnak nyomáselosztó szeree van, ez azonban minden ontossága dacára csak egyike annak a sok jelentős szerenek amelyek egyikét sem nélkülözheti a jó vasúti vágány. Nem szabad szűkre szabott meghatározással az ágyazat ogalmáról helytelen kéet alkotni.! 30 gömb alakú szemcsék! mm szemnagyság! mm szemnagyság! mm szemnagyság. ábra A terhelés átadása a kavicságyban, különböző szögek alatt = (q + s)(e + q) + = (qe + se + qs + 4q + q = (qe + qs) = q(e + s) es = = (e + s)h + tqσ (e + s)h + tqσ ahol = és q = h tgσ es (q - s)(e - q) - es - 4q = + qs) = 8 Műszaki Szemle! 7 8

2 3. ábra Közelítő nyomás eloszlása a kavicságyazatban és a öldmunka elületén! a sín tala által adott terhelés! a öld munkára adódó terhelés Az ágyazat nem csak alaozás, hanem a álya gerendázatának, tartórendszerének, könnyen állítható magasságú rugalmas árnája, víztelenítője és úgyszólván oglalata. Az alaozásnak rendesen egy irányban kell az erőhatással, szemben ellenállnia és az alaozás az eredő irányát rendesen csak kis mértékben változtatja meg, mert az alig és ritkán léi túl az alsó la belső magvát. A vágányban viszont nem csak üggőleges irányú, de sokszor egyedül is ható tisztán vízszintes erők is hatnak, ésedig mind a álya tengelyének irányában, mint arra merőlegesen. Ilyen ormán az ágyazat, amelynek a eladata, hogy ezeket az erőket végeredményben eldolgozza, a eléítményi tartószerkezetnek jóormán rugalmas oglalata. 5. ábra A sín és a talazat (tala) szerkezete, amely kölcsönhatásba lé a kavics ágyazattal G.E.O. (Geselschat Eisenbahn Oberbaumaterial) kötéssel merevítve 6. ábra A vágányban keletkező hosszerőt a szorító hatású sínleerősítés a keresztaljon keresztül a kavicságyazat horgonyozza le 7. ábra Kivetődési kísérletek, mesterségesen előidézett hőhatásra 4. ábra A terhelés elosztásának az érzékeltetése gömbszemek halmazával 8. ábra A kavicságy komlokzati résüjének erőjátéka a terheléssel a talja végén! Q1 és Q a kavics sulya az I és II térogatba! C1 és C a kavics súrlódása az I - II csúszóelületeken Műszaki Szemle! 7 8 9

3 ! R1 és R reakcióerők a kavicságy stabil elületen a megelelő I - II es térogatban! Ha - az aktív nyomása az I térogatnak amely vízszintesen ejti ki hatását az oldal elületnek! Hn - a vízszintes reakció (asszív ellenállás a II - tes ogatnak)! Φ - belső súrlódási szöge a kavics anyagnak (q 50%, q 1 40%, q h 10%) 9 q 1 + q 0 +q h 9. ábra A teljeságyazat oldal ellenállas (q) három összetevője: a q 1 talsúrlódás, a q 0 oldalsúrlódás és a q h homlokelületei ellenállás (q 50%, q 1 40%, q h 10%) q q 1 + q 0 +q h Az ágyazatnak ezt a tengely irányával egyező és arra merőleges irányú vágány elmozdulással szemben elléő ellenállását, hosszú időn keresztül tudományos kutató intézetek tanulmányozták s jelenleg sincs olyan tudományos vasúti kutató intézet ahol ezek a roblémák ne lennének nairenden. 3. Szükség van-e a kavicságyra, mint műszaki éítményre? A kavicsággyal kacsolatban elmerülő kérdések eleje az, hogy egyáltalán szűkség van e a kavicságyra? Tisztában vagyunk azzal, hogy a kavicságyazatot csak akkor tudjuk nélkülözni ha az általa végzet eladatokat más elemekre tudjuk átruházni. A mondott irányban, eddig három megoldásról van ismeretünk. Az első megoldás exotikus országok kezdetlegességéből, a másik kettő ejlett országok műszaki túlinomultságából akad és a mi viszonyaink között gazdaságtalan voltuk miatt egyormán nem kerültek alkalmazásra. Lényegében kisebb jelentőségű de műszakilag érdekes, a jégre éített vasúti álya, ahol szintén nincs közbenső közvetítő anyag a eléítményi tartószerkezet és a hordszerkezet, a jégkéreg között ben róbálkoztak az oroszok első ízben nagy olyók és tundrák jegére vágányt éíteni. A leghíresebb kísérlet és tanulmány a Volgán, Szárátov - Engels városok között olyt (több mint 3,0 Km hosszúságon), amikor is a nyári kom orgalmat e két város között, télen kb. 5 hónaon keresztül, a jégre ektetett vasúti álya helyettesítette (najainkban, az 1960-as években megéült hídon bonyolódik le a orgalom). A tanulmányokat és kísérleteket a Szárátovi Műszaki Egyetem (SZADI) tanszékvezető tanára ro. Dr.A.A. Milasecskin végezte, akinek a sorok írója egyetemi hallgatója volt. E kísérletek eredményekéen az oroszok ma már megbízható elméleti számításokkal, és gyakorlati előírásokkal rendelkeznek, habár e kísérleteknek tragikus következményei is voltak a kezdeti kivitelezéseknek. (a Volga 0 méteres vizében, eltűnt egy tehervonat). A jég húzó szilárdsága 5-15kg/cm, nyomó szilárdsága kg/cm között váltakozik. Rugalmassági modulusa 900 kg/cm. A jégkéreg úgy hajlik be a vonat alatt mint egy igen laos hajó. A jég besülyedési mélysége, amely a terhelés szerint 1-5 cm-ig terjedhet, csökken a sebesség növekedésével. A számítás kiinduló ontja az Archimedes éle tétel (a vonat súlyára és a belaulás köbtartalmára vonatkoztatva). Gondot okozott a jég dilatációja. Ezért az oroszok irányítható hézagokat teremtettek a -5 C és -0 C lehűléseknél. Bizonyos sűrűségben lyukakat úrtak meghatározott helyeken és így katák meg az összehúzódási hézagokat, ahol akarták, vagy ahol szükséges volt. 4. A kavicságy mint rugalmas struktúra Tovább haladva, elmerül a kérdés, hogy az eddigi gazdag taasztalatok alaján, az alkalmazandó ágyazati anyag minőségre és szemszerkezetére milyenek a kialakult irányelvek. Ez is műszakigazdasági kérdés természetesen, amelyre egyetemesen érvényes választ nem lehet adni. Mértékadó a beszerzési ár, a bányának a beéítéstől való távolsága, a orgalom sűrűsége, az alkalmazott eléítmény és az éghajlat. 10 ábra A nyomás mérők elhelyezése és A σ változása a üggvényében 30 Műszaki Szemle! 7 8

4 11. ábra A eszültségi ábra a kavicságyban a tala alatt 5 cm mélységben. A számok a megelelő ordonátáknál a σ nagyságát mutatják a =, 3, 4, 5, 6 tonnának megelelően. A zúzott kő céljaira alkalmasak mint ismeretes a bazalt, gránit, diorit quarcit, qneisz, orir, sienit sőt a kemény homok kövek is. A mészkőről megosztottak a vélemények. A uhaajták hamar széttörlödnek, orosítják, öldesítik az ágyazatot, a keményebb ajták élesen törnek. Ismeretes, hogy a kőnemű anyagok mind merev tulajdonságúak, ezért méltán csodálkozhatunk, hogy a merev anyagból, egyszerű darabolással és bizonyos meghatározott réteg kézésével rugalmas ágyazatott tudunk előállítani. Ez a rugalmasság ügg az anyag minőségétől, a réteget alkotó kavicsszemek szemnagyságától valamint a réteg vastagságától. A másik dolog amely csodálkozásunkat elkelti, az a laza összeüggésű réteg nagy teherbíró kéessége, mely még a nagy sebességgel mozgó terheléssel szemben is állékony. A meghatározásból az is kitűnik, hogy a kavicságy tulajdonkéen rugalmas alaozás, ami szintén gondolkodóba ejt, mert mint rugalmas alaozás egyetlen a maga nemében, ily eladat megoldását más alaozástól nem kívánjuk. Az éítmények hordozására szolgáló alaozások, mind merev alaozások, melyeknél mozgásokat nem tűrünk meg, tehát egyáltalában nem rugalmasak. A kavicságyaknak a rugalmassága szükséges a vágányon történő közlekedés miatt. A merev alazatokon való közlekedés - mint éldául sziklákon és alazatokon - a járművek, a álya, sőt az utasok szemontjából is kellemetlen. Merev alaon a sínek is és a járművek kerekei idő előtt elkonak és a kocsik merev járása kellemetlen az utasokra nézve. Ismételjük, hogy a kavicságy lényegében rugalmas alaozás, mely a terhelés áthaladása illanatában enged a nyomásnak és ennek hatása alatt lesüllyed, azonban a terhelés megszűnésével igen nagy megközelítéssel eredeti helyzetébe visszatér. Idők múltával a kavicságy rugalmassága csökken, mert a terhelés megszűnése után a vágány soha nem tér vissza egész ontosan a régi helyére. Ezek az igen kis eltérések lassanként összegeződnek és a vágány lazulását okozzák. Egy aránylag egyszerű művelettel az aláveréssel (kézi, géláncok) visszaadhatjuk az ágyazat rugalmasságát, teherbíró kéességét és vízáteresztő tulajdonságait is. Az aláverési technológia alkalmával a kavicságy megtisztul, a szemszerkezetek új érintkezési ontjai alakulnak ki, ezáltal regenerálódik a belső súrlódási erőknek az értéke és így jobban ellen tud állni a orgalom alatt jelentkező erőhatásoknak. Ez az ellenállás lényegében a rugalmasság visszaadását jelenti a kavicságynak. a.) b.) 1. ábra A kavicságy szemszerkezetiben terhelésre megjelenő súrlódások erőjátéka, mint a rugalmasság létrehozója. a) hajlítás, b) beékelődés 13. ábra A vízáteresztő kéesség együtthatójának az ábrája és a kavics vízlekötő kéessége a szennyeződés üggvényében (a olytonos vonal szénszállító teniletekre míg a szaggatott a többi teniletekre vonatkozik). a) vízáteresztő együttható m/na és a vízmegogása %-ban, b) vízáteresztő együttható, c) vízvisszatartó kaacitás, d) % szennyeződés, sárosodás a). Műszaki Szemle!

5 b). 14. ábra a) A kavicságy kialakulása b) A következmény a rézsű megcsúszása A kavicságytól azt kívánjuk, hogy a belekerülő vizet ne raktározza, gyorsan vezesse át magán, hogy a víz káros hatását ne ejthesse ki. A kavicságyban megmaradó víz télen megagy és agyúokat okoz, ami veszedelmes, nyáron edig meglazítja a öldmunkát, annak első részét és a kavicszsákoknak lesz szülő anyja. Szennyeződés súly % 15. ábra A kavics különböző szemszerkezetének koása a vonal terhelési intenzitásának a üggvényében a) 5 70 mm b) mm c) 5 40 mm (a szaggatott vonal a közéérték míg a olytonos vonal a maximális koást ábrázolja) eriódusok a javítás után e) a magassági eltérések javításának a eriódusai, ) A javítások közötti eriódus g) A süllyedési vonal a álya hossztengelyében a enntartás ideje alatti, az áthaladt vonatterhelések üggvényében Amint láthatjuk a vizet a kavicságyban semmi körülmények között sem szabad megtűrni és a kavicságy igénybevétel átvevő kéességének éségben tartására különös gondot kell ordítani. 5. Következtetés A kavicságy tehát az egyik legérdekesebb műszaki létesítmény. Azonnal belátjuk ezt, ha átgondoljuk a kavicságy lényegét és eladatát. A kavicságy kőnemű anyagok szemszerkezetéből álló, rugalmas teher-viselő, vízáteresztő réteg mely a öldmunka tetejére elterítve azt részben betakarja és védi, átveszi a járművekről átháruló terhelést és azt szétosztva közvetíti az aléítményre és ennek közvetítésével a termett talajra. Ebben a meghatározásban benne van a kavicságy szeree, rendeltetése, szerkezete, valamint kölcsönhatása a eléítményi tartórendszerrel. Irodalom 1. Vásárhelyi Boldizsár: Hézagnélküli vasúti ályák. Budaest, Gerhardt Schramm: Oberbautechnik und Oberbauwirtschat. Darmstadt, Nemesdi Erwin: Vasúti eléímény. Budaest, Marcel Rădulescu: Calea ără joantă, Bucureşti Mihalik A: Avarierea terasamentelor de cale erată, INCERC Bucureşti Mihalik A: Ridicarea caacităţii ortante a latormei căii cu ajutorul iloţilor de nisi, INCERC Bucureşti Mihalik A: Ridicarea caacităţii ortante a latormei căii cu ajutorul betonului ământ, revista Căilor Ferate Nr. 11, Bucureşti Gumenski B.M.: Trixotroia grantor. Moskva oov S. N. Balastnii sloi ieleznodorojnovo utyi. Moskva ábra A kavicságy elvi működésének a vázlata két javítás között, az ágyazat egy keresztmetszetében a) remanens deormációk, b) magassági eltérések a ályán 8 mm (közéérték) c) hosszmetszet a javítás után, d) 1,5 3 mm tartalék a süedésre 3 Műszaki Szemle! 7 8