213. február r 7. Magyar Államvasutak Zrt. Vasúti MérnM Vasúti jármj rművek keresztfutás-stabilit stabilitása sa a pályap lya-jármű kölcsönhatás kérdéskörének tükrt krében Kemény Dániel D György fejlesztőmérn rnök 1
213. február r 7. Kötöttpályás s jármj rmű mozgása 1. közelítés: az érintkező kerék-sín felületek teljesen simák, a pálya és a teljes jármű merev, a jármű súlypontja a pálya által előírt vonal mentén mozog (menetdinamika) 2. közelítés: a sínfelületen kis egyenetlenségek vannak, a jármű fő elemei (kerékpárok, forgóvázak, szekrények/alvázak) egymás közti és a sínnel való kapcsolata rugalmas és csillapított, jármű-elemek minden irányban kis amplitúdójú lengőmozgást végezhetnek (futásdinamika) 2
213. február r 7. Kötöttpályás s jármj rmű mozgása 1. közelítés: az érintkező kerék-sín felületek teljesen simák, a pálya és a teljes jármű merev, a jármű súlypontja a pálya által előírt vonal mentén mozog (menetdinamika) 2. közelítés: a sínfelületen kis egyenetlenségek vannak, a jármű fő elemei (kerékpárok, forgóvázak, szekrények/alvázak) egymás közti és a sínnel való kapcsolata rugalmas és csillapított, jármű-elemek minden irányban kis amplitúdójú lengőmozgást végezhetnek (futásdinamika) A futásdinamika legfontosabb területei: siklásbiztonság, vágányterhelés, keresztfutás-stabilitás, utazási komfort 3
213. február r 7. Keresztfutás-stabilit stabilitás Kúpos kerékprofil: vasúti járművek differenciálműje, ívben futáskor nem a futókörsugár-különbség 4
213. február r 7. Keresztfutás-stabilit stabilitás Kúpos kerékprofil: vasúti járművek differenciálműje, ívben futáskor nem a futókörsugár-különbség Egyenes pályán keresztirányú kitérítés hatására nem futókörsugár-különbség => visszatérítő hatás => keresztirányú lengőmozgás (kígyózás) 5
213. február r 7. Keresztfutás-stabilit stabilitás Kúpos kerékprofil: vasúti járművek differenciálműje, ívben futáskor nem a futókörsugár-különbség Egyenes pályán keresztirányú kitérítés hatására nem futókörsugár-különbség => visszatérítő hatás => keresztirányú lengőmozgás (kígyózás) A tisztán geometriai hatást rugózások, csillapítások, súrlódások, tehetetlenségek dinamikus erőhatásai módosítják Egy pályagerjesztés után keletkező kígyózómozgás vagy csillapodik (stabil keresztfutás) vagy felerősödik (instabil keresztfutás) Folyamatos véletlenszerű pályagerjesztésnél stabil keresztfutás: véletlenszerű; instabil keresztfutás: szabályos kígyózás Tapasztalat: adott pálya és adott jármű esetén az instabil keresztfutás egy bizonyos sebesség felett lép fel (kritikus sebesség) 6
213. február r 7. Futásstabilit sstabilitás és s pályap lya-jellemzők Instabil futás akkor érzékelhető és számszerűsíthető, ha a lengés több perióduson keresztül megmarad => pályageometriai jellemzők tartósan fennálló része számít csak, pontszerű hibák nem Nemzetközi szabványok: 1 m-re vett (csúszó)átlag A legfontosabb pálya oldali befolyásoló tényező: negatív nyomtávolság-hiba (nyomszűkület) => kisebb nyomkarima és sín közötti hézag (nyomjáték) => könnyebben alakul ki instabil futás (lecsökken a kritikus sebesség) Számít még: a síndőlés, az új sínprofil alakja, a sínkopás (kopott sínprofil alakja) 7
213. február r 7. Nyomszűkület és s instabil futás: 1. példap Jelentős 4 nyomszűkület 2 fg fgátl Nyomtávolság-hiba (mm) -2-4 -6-8 184 183 182 181 18 1-1 1 Instabil futás -1 2 16 12 8 4 3 y32 [m/s2] y42 [m/s2] y+32 [m/s2] y*ii [m/s2] KombiKerítés [km/h] s Lecsengés (stabil futás) pontszerű pályahiba (útátjáró) után 8
213. február r 7. Nyomszűkület és s instabil futás: 2. példap 4 fg fgátl 2 Nyomtávolság-hiba (mm) -2-4 -6-8 1774 1 1773 1772-1 1-1 2 16 12 8 4 41 42 43 44 y32 [m/s2] y42 [m/s2] y+32 [m/s2] y*ii [m/s2] KombiKerítés [km/h] s 9
213. február r 7. 1 m-es m átlag-nyomszűkület határért rtékek MÁV D54: nincs szabály EN 13848-5: IAL, IL határok 211/275/EU (CR INF TSI) ill. 28/217/EU (HS INF TSI): szigorúbb határok SBB R I-227: szigorúbb határok UIC 518 ill. EN 14363:25: futópróbák feltételei Nyomtávolság mérethatár (mm) EN 13848-5:28 IL EN 13848-5:28 IAL UIC 518/EN 14363:25 CR, HS INF TSI Új INF TSI jav. SBB ES SBB SES 1436 1435 1434 1433 1432 1431 143 1429 1428-7 1427-8 1426-9 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 26 28 3 32 Sebesség (km/h) 1-1 -2-3 -4-5 -6 Negatív nyomtávolság-hiba mérethatár (mm) 1
213. február r 7. Síndőlés és s instabil futás A síndőlés jelentős téma a kölcsönös átjárhatóság miatt: Magyarország, Franciaország: 1:2; Ausztria, Németország, S12 kerékprofil tervezése: 1:4 Példa: anomális síndőléses szakasz, nincs nyomszűkület de instabil futás volt tapasztalható Síndőlés (inverz) -4-35 -3-25 -2-15 i(sín)_bal i(sín)_jobb i(sín)átl_bal i(sín)átl_jobb -1-5 162 163 164 165 166 167 168 169 17 11
213. február r 7. Egyenért rtékű kúposság Kúpos kerékpár késél sínpáron: a kígyózás szabályos szinuszfutás 12
213. február r 7. Egyenért rtékű kúposság Kúpos kerékpár késél sínpáron: a kígyózás szabályos szinuszfutás A kígyózás hullámhossza független a menetsebességtől és a kígyózási (keresztkitérési) amplitúdótól, csak a nyomtávolság, a keréksugár és a kerekek fél kúpszöge függvénye (Klingel-képlet): Változó kúposságú kerékpár domború sínpáron: a kígyózás nem szinuszos, de hasonló Egyenértékű kúposság (tang e ): egy olyan képzeletbeli kúpos kerékpár fél kúpszögének a tangense, amelynek kígyózási hullámhossza késél sínpáron azonos a valós hullámhosszal Az egyenértékű kúposság már függ a keresztkitérés-amplitúdótól Az egyenértékű kúposság nem veszi figyelembe az erőkapcsolatot, a tömegerőket, a felfüggesztések rugalmas és csillapító elemeinek hatását, a merev forgóvázak és járműszekrények adta kényszereket 13
213. február r 7. Az egyenért rtékű kúposság g gyakorlati alkalmazása Kerék, sín kopásának előrehaladtával az egyenértékű kúposság általában növekszik 1,,9,8,7,6,5,4,3,2,1, 28-1-1 28-12-31 29-12-31 21-12-31 211-12-31 1. kerékpár 3. kerékpár 1. kerékpár 14
213. február r 7. Az egyenért rtékű kúposság g gyakorlati alkalmazása Kerék, sín kopásának előrehaladtával az egyenértékű kúposság általában növekszik Tapasztalat: összefüggés van a kritikus sebesség és az egyenértékű kúposság között, kifejlődött instabil futás jellemző keresztkitérés-amplitúdója 2 3 mm Határértékek a legnagyobb megengedett sebesség függvényében Tervezéshez: elméleti új kerék- és sínprofilok párosítása, szűkebb ÁME határértékek Valós pálya jellemzése: kopott sínprofilok és néhány kiválasztott új kerékprofil párosítása (ÁME határérték még meghatározandó) Valós jármű jellemzése: kopott kerékprofilok és néhány kiválasztott új sínprofil párosítása (ÁME határérték még meghatározandó) Adott jármű adott pályán: kopott kerék- és sínprofilok párosítása 15
213. február r 7. Kerékprofilok mérésem Hagyományos kopási mérőszámok: 3-4 viszonyítási pont mérete; egyenértékű kúposság: a kerék- és sínprofil-alakok teljességéből; nincs egyszerű összefüggés! Kerékprofil-mérés: lézeres vagy görgős letapogatás 16
213. február r 7. Kopott kerékprofilok: kprofilok: 1. példap Várt eredmény: futófelület közepe lankásabbá vált a referencia profilhoz képest Nem várt eredmény: nyomkarima vezetőfelület kopásában erős bal/jobb aszimmetria 17
213. február r 7. Kopott kerékprofilok: kprofilok: 1. példap Várt eredmény: futófelület közepe lankásabbá vált a referencia profilhoz képest Nem várt eredmény: nyomkarima vezetőfelület kopásában erős bal/jobb aszimmetria 18
213. február r 7. Kopott kerékprofilok: kprofilok: 2. példap Várt eredmény: futófelület közepe lankásabbá vált Nem várt eredmény: futófelület kopásában bal/jobb aszimmetria A bal/jobb aszimmetria az eddig vizsgált járműveknél nagyon elterjedt, minden tengelynél ugyanolyan értelmű 19
213. február r 7. Egyenért rtékű kúposság: kopott kerekek, nyomszűkület 6 Bal sín/kerékprofil érintkezési pontok 6 Jobb sín/kerékprofil érintkezési pontok 4 2 212531-23 d =887.72mm SR=1421.91mm 4 2 212531-23 d =887.7mm SR=1421.91mm Z (mm) -2-4 6E1 TG=1435mm i=1:2 Z (mm) -2-4 6E1 TG=1435mm i=1:2 Virtuális nyomkarima Dr (mm) -6-84 -82-8 -78-76 -74-72 -7-68 -66 Y (mm) 2 15 1 5-5 -1-15 Keréksugár-különbség -2-1 -5 5 1 Kerék keresztkitérése (mm) tang e -6 66 68 7 72 74 76 78 8 82 84 Y (mm).5.4.3.2.1 Egyenértékû kúposság EN 14363 határérték 14-2 km/h: tang e lim =.4 tang e ÁME =.6 1 2 3 4 5 6 7 8 Keresztkitérés-amplitúdó (mm) 2
213. február r 7. Egyenért rtékű kúposság: kopott kerekek, nyomszűkület 6 Bal sín/kerékprofil érintkezési pontok 6 Jobb sín/kerékprofil érintkezési pontok 4 2 212531-23 d =887.72mm SR=1421.91mm 4 2 d =887.7mm SR=1421.91mm 212531-23 Z (mm) -2-4 6E1 TG=1435mm TG=1432mm i=1:2 Z (mm) -2-4 6E1 TG=1432mm TG=1435mm i=1:2-6 -84-82 -8-78 -76-74 -72-7 -68-66 Y (mm) -6 66 68 7 72 74 76 78 8 82 84 Y (mm) Dr (mm) Keréksugár-különbség 2 15 1 5-5 -1-15 -2-1 -5 5 1 Kerék keresztkitérése (mm) tang e.5.6.5.4.4.3.3.2.2.1.1 Egyenértékû kúposság EN 14363 határérték 14-2 km/h: tang =.4 EN 14363 határérték e lim 14-2 km/h: tang =.4 e lim tang e ÁME =.31 tang e ÁME =.6 1 2 3 4 5 6 7 8 Keresztkitérés-amplitúdó (mm) 21
213. február r 7. Egyenért rtékű kúposság: kopott kerekek, aszimmetria Egyik kerék tükrözésével létrehozott bal ill. jobb virtuális kerékpárra számolt egyenértékű kúposságok 6 Bal sín/kerékprofil érintkezési pontok 6 Jobb sín/kerékprofil érintkezési pontok 6 Bal sín/kerékprofil érintkezési pontok 6 Jobb sín/kerékprofil érintkezési pontok 4 212531-23B d =887.72mm 4 212531-23B d =887.72mm 4 212531-23J d =887.7mm 4 212531-23J d =887.7mm 2 SR=1422.1mm 2 SR=1422.1mm 2 SR=1421.83mm 2 SR=1421.83mm Z (mm) -2-4 6E1 TG=1432mm i=1:2 Z (mm) -2-4 6E1 TG=1432mm i=1:2 Z (mm) -2-4 6E1 TG=1432mm i=1:2 Z (mm) -2-4 6E1 TG=1432mm i=1:2-6 -84-82 -8-78 -76-74 -72-7 -68-66 Y (mm) -6 66 68 7 72 74 76 78 8 82 84 Y (mm) -6-84 -82-8 -78-76 -74-72 -7-68 -66 Y (mm) -6 66 68 7 72 74 76 78 8 82 84 Y (mm) 2 Keréksugár-különbség.7 Egyenértékû kúposság 2 Keréksugár-különbség.6 Egyenértékû kúposság Dr (mm) 15 1 5-5 -1-15 tang e.6.5.4.3.2.1 tang e ÁME =.5 EN 14363 határérték 14-2 km/h: tang e lim =.4 Dr (mm) 15 1 5-5 -1-15 tang e.5.4.3.2.1 EN 14363 határérték 14-2 km/h: tang e lim =.4 tang e ÁME =.37-2 -1-5 5 1 Kerék keresztkitérése (mm) 1 2 3 4 5 6 7 8 Keresztkitérés-amplitúdó (mm) -2-1 -5 5 1 Kerék keresztkitérése (mm) 1 2 3 4 5 6 7 8 Keresztkitérés-amplitúdó (mm) 22
213. február r 7. Nagy egyenért rtékű kúposság, aszimmetria kezelése 1. lehetőség: egyenértékű kúposság határérték bevezetése a járművek karbantartásánál, túllépés esetén esztergálás Várhatóan sűrűbb esztergálást tenne szükségessé => többletköltség Kerékkopás fő felelőse: ívekben, különösen szűk ívekben futás Aszimmetrikus kerékkopás oka: rendszeres közlekedés ugyanazon vonalakon, ahol a bal/jobb ívek nincsenek egyensúlyban 2. lehetőség: a járművek közlekedtetésénél a járművek rendszeres megfordításának (deltázásának) tervezése 23
213. február r 7. Kemény Dániel D György fejlesztőmérn rnök (:: (+36 1 511) 2498 : kemenydgy@mav.hu mav.hu 24