KURZUS: Balesetvizsgálat jármű szempontjai

MODUL: I. modul

1. lecke: A vasúti jármű gépészeti berendezéseinek balesetvizsgálat szempontjából fontos elemei

A vasúti jármű gépészetének alapvető elemeivel a tárgy hallgatói már megismerkedhettek előtanulmányaik, illetve szakmai életútjuk során, ezért ezeket olyan részletességgel tárgyaljuk csak ki, amelyben a vasúti balesetvizsgálat szempontjából fontos. Részletesen tárgyaljuk a vasúti események szempontjából a feladatukat, és az esetleges súlyos vasúti eseményekben történő esetleges részvételüket, számos konkrét példán keresztül. A példák megtörtént eseteket tükröznek, de azoknak csak technikai részleteit adhatjuk közre.

A futómű

Klasszikus felfogás szerint, a futómű alatt a vasúti jármű kerékpárjait értjük. Funkciója tartószerkezetként, vezetőszerkezetként, gördülő szerkezetként, és a vontatást (hajtást) megvalósító szerkezetként jelenik meg. Tartószerkezetként a hordmű közvetítésével hordja a jármű tömegét, vezető szerkezetként a nyomkarimák és a kialakított kerékkúposság segítségével a járművet a pályán tartja, gördülve hordja a terhelést ami által a helyváltoztatást lehetővé teszi, valamint a sínnel érintkező felületen realizálódnak a vonó és fékező erők.

A kerékpár részeit a korábbi ismeretek mintegy felújításaként megismételjük.

A kerékpár részei (Forrás: Dr. Czére Béla: A vasúti technika kézikönyve I.)
1.ábra

A kerékpár fő részei:

  • A kerékpártengely
  • A két keréktárcsa

Ezek az elemek valamennyi kerékpárnál megtalálhatóak. A keréktárcsák a tengelyekre mereven szereltek, ez biztosítja a két kerék azonos szögsebességét, és a középre terelést a pályán. A tengelyek kialakítása eltérő lehet, ahogyan a keréktárcsáké is, de a balesetvizsgálat szempontjából megmunkálásuk, kialakításuk kevesebb jelentőséggel bír; sokkal inkább a sínen futás az ami érdekel most minket.

Vasúti balesetvizsgálat szempontjából ugyanakkor nem mindegy hogy milyen kerékpárokkal találkozunk. Ezek közül Magyarországon az alábbi típusok az elterjedtek, szerkezeti kialakítás szerint:

  • Monoblokk kerék
  • küllős kerék (ez már kifutóban van, már szinte egyáltalán nem alkalmazzák)
  • Szerelt abroncsos kerék
  • Szerelt gumi vagy műanyag betétes kerék (csökkenti a jármű rugózatlan tömegét)

A különbség, a kerék kialakítása. Lássuk be, hogy nem mindegy az, hogy ha egy monoblokk kerék sérül meg, egy küllős kerék küllője törik el, vagy ha egy szerelt keréken lazul le a kerékabroncs. Ugyancsak más hibák fordulhatnak elő a gumi vagy műanyag betétes kerekek esetében is, ahol a betétek fellazulása esetén az abroncs elfordulhat.

Csoportosíthatóak továbbá nyomtávolság szerint (Az európai vasutakra vonatkoztatva):

  • keskenynyomközű (nyomtáv < 1435 mm)
  • normál nyomtávolságú (1435 mm)
  • széles nyomtávolságú (nyomtáv > 1435mm)

Természetesen ahányféle vasút, annyi féle kerékpár, keréktípus és profil típus létezik. A világ országaiban a lehető legkülönfélébb nyomtávolságokat alkalmazzák. Érdekességképpen a 2. ábrán pár nyomtávolságot bemutatunk (forrás: wikipédia):

forrás: Wikipédia
2. ábra

Magyarországon az alábbi nyomtávok voltak (vagy vannak) használatban:

A Magyarországon alkalmazott keskeny nyomtávolságok (forrás: Wikipédia)
3. ábra

A vonóerő átvitelének módja alapján:

  • hajtott futóművek (kerékpár)
  • A meghajtás módja szerint tovább bonthatóak:
  • csatlórudas, vezérműves (főleg gőzvontatásnál, de számos tolatómozdony típusnál is alkalmazták mint pl. MÁV M28, M31)
  • kardán hajtás tengelyhajtómű közvetítéssel (a metrónál, villamosnál, és számos nagyvasúti vontatójárműnél használatos pl. MÁV M43, M47, Mk45 sorozatok
  • Marokcsapágyas fogaskerék hajtás (villamos meghajtású mozdonyoknál pl. MÁV V63 sorozat)
  • futó kerékpárok
A sínen futás technikája

A kerék és a pálya kapcsolatának fontosságának bemutatására nincs szükség, ezt mindenki magától is beláthatja. Ha a kerék elhagyja a pályát, már súlyos vasúti eseményről beszélünk. Kiemelten fontos az optimális kapcsolat ezen két gépelem között, mert a kapcsolatukból fakadó járműfutási tulajdonságok egyértelműen befolyásolhatják a jármű pályán maradását.

A két gépelem közti kapcsolat mechanikus, és mint ilyen a mechanika két ágának felhasználásával (statika és dinamika) írható le. Tisztán statikus rész nincs. A keréknek egyenesben és ívekben való futásának vizsgálatakor, statikus összetevőnek vesszük a súrlódó erőket, a gyorsító erőket pedig dinamikusnak.

Az kapcsolat optimális voltát a jármű futásbiztonságából, futásjóságából, valamint a pálya illetve a jármű elhasználódásának mértékéből lehet megítélni.

A pályát ha közelíteni akarjuk az ideális körülményekhez, akkor annak nehéz felépítménnyel, hegesztett sínkötésekkel, és megfelelő karbantartással kell bírnia. Ezek a tényezők a dinamikus ütésszerű igénybevételeket minimálisra csökkentik, ezáltal a járművet a pálya nem, vagy csak minimális mértékben károsítja.

A jármű ideális körülményei akkor teljesülnek ha:

  • nagy kerékátmérővel bír, de ugyanakkor minél könnyebb legyen
  • a kerékben nem lehet excentrikusság vagy ovális felületet eredményező kopás
  • az üzemeltetéshez előírt pályaívekben a jármű feszülés nélkül járjon
  • elegendő csillapítású lágy rugózással készüljön.

A kerék és a jármű kapcsolatában a csapágyvezetés, csapágyazás és a rugózás játsszák a főszerepet.

A kerékpár által átvitt pályaviszonyok okozzák a járművek szabálytalan mozgásait, mint a támolygás, a kígyózás vagy a bólintás. A kerékpár szempontjából, annak a pályára gyakorolt kedvezőtlen hatásait kiküszöbölendő, legfontosabb mozgástípus a kígyózás, mert ha ez megszűnik, akkor az egyik oldali nyomkarima folyamatosan felfekszik a sínre, és ún. ékelt futás jön létre, amely a pályát nagymértékben koptatja, és a nyomkarimát is károsítja. Az ékelt futás ékes bizonyítéka a hibás tengelyállás.

A sínenfutás biztonságát a kerék számára, két alapvető erő viszonya adja:

  • a függőleges terhelés a tengelyre, amely a kocsitömegből és a keresztirányú erőket kiegyensúlyozó erőkből áll
  • a vízszintes terhelés, amely a keréken keresztirányú erőként jelenik meg, mint a kerék és a sín érintkezési pontján fellépő súrlódás. Ezen két erő viszonya adja a jármű sínen futásának biztonságának fokát. A biztonságot az utóbbi erő veszélyezteti.

A siklás jelenségének vizsgálatához ismerni kell a nekifutási szög fogalmát, amely a kerék haladási irányának és a pályának a bezárt szögét jelenti. A kisiklás elleni biztonság ugyanis ennek a szögnek a függvénye (azaz minél meredekebb - azaz nagyobb - a nekifutási szög mértéke, annál könnyebben fut fel a kerék a sínre és siklik ki. A határértékek kiszámításától eltekintünk, az tervezési feladata.

A nekifutási szög szemléltetése (Forrás: Dr. Czére Béla - A vasúti technika kézikönyve I.)
4. ábra
A kerék felfutásának mechanikai modellje (forrás: Dr. Czére Béla - A vasúti technika kézikönyve I.)
5. ábra
A hordmű

A hordmű a futómű és a jármű felépítményének összekapcsolását megvalósító szerkezeti elemek összessége. A csapágyvezetés, a primer és a szekunder rugózás, a rezgés és lengéscsillapítás, vontatási és fékezési berendezések, valamint speciális esetekben a vontatási energia hozzávezetésének eszközei, a forgalom biztonságát megnövelő berendezések (homokszóró, kisiklás-érzékelő) és az ezeket egy keretbe foglaló egység.

A hordmű feladata a jármű statikus és dinamikus terheléseinek átvezetése a futóműre, a kerékpár vezetése, valamint a rugózás, lengéscsillapítás és felfüggesztés biztosítása.

A hordművet mint egészet vizsgáljuk a továbbiakban, de külön kitérünk az alkotóelemeinek meghibásodásából bekövetkező esetekre is.

Az általános vasúti hordmű felépítése (forrás: Dr. Czére Béla - A vasúti technika kézikönyve I.)
6. ábra

A hordmű főbb részei:

  • csapágyvezetés: Nevezik tengelyágy vezetésnek is. A kerékpárra szerelt csapágytok vagy belső csapágyazás esetén a marokcsapágyazás feladata a kerékpár irányban tartása a pályán, elkerülve azt, hogy az a kritikus nekifutási szöget elérhesse, azaz megakadályozza egy korlát felett pályairányban a kerékpár kereszt és hosszirányú elmozdulását. Alkalmazunk:
    • laza (Nem ideális a kerékpároknak, mert nagy elmozdulást enged meg. Ott alkalmazzák ahol nincsen pl. ívbeálló szerkezet beépítve)
    • szoros (A korszerű hordművek jellemzője)
    • rugalmas (A legújabb fejlesztéseknél alkalmazzák, rugalmas anyag beépítésével)
    • sík
    • hengeres
    • karos csapágyvezetéseket
  • csapágyazás: a csapágyvezetés által tartott elemek, amelyek a vízszintes erőket közvetítik a kerékpár és a jármű között. Alkalmaztak sikló csapágyazást, hengergörgős és hordógörgős, valamint kúpgörgős csapágyazást, de manapság a csapágyazás megválasztását elsősorban a jármű tervezési sebessége, a hordott teher, és a beépítéshez rendelkezésre álló hely határozza meg. Egy soros csapágyazást nem használunk a vasúti gépészetben főleg a nagy helyigénye miatt. A hordó, kúp, és hengergörgős csapágyak kétsoros kivitelben kerülnek alkalmazásra.
  • lengéscsillapítók
  • rugózás
  • rezgéscsillapítás
  • felfüggesztés
  • Az összetett hordműveket, melyeket kettőnél több tengelyes járműveknél alkalmazunk (természetesen itt is akadnak kivételek, pl. a Bzmot egy tengelyes aszimmetrikus királycsappal rendelkező ívbeálló forgóváza, vagy a Bcmot három tengelye egyenként forgóváz nélkül van felfüggesztve) forgóvázaknak nevezzük. Alapvető követelmények velük szemben:
  • Tegye lehetővé, hogy a kerékpár geometriai középhelyzetétől az azt érő erők hatására kitérhessen, majd az erőhatások (kényszerek) megszűnése után ébredő visszatérítő erők hatására visszaállhasson eredeti helyzetébe.
  • A kerékpár és az alvázkeret (szekrényváz) közötti rugózásnak mérsékelnie kell a függőleges és vízszintes síkban a pálya felől érkező dinamikus erőket.
  • A kocsiszekrény szabálytalan mozgásaiból fakaró lengéseket mérsékelje.
  • A kerékpárok beépítési helyzete (tengelytáv a forgóvázon belül) ne változzék.
  • A forgóváz előírt szögelforduláson belüli kitérését könnyítse meg, és azt semmilyen módon ne akadályozza.
  • Ne vigye át a pályáról érkező ütéseket és rezgéseket a kocsiszekrényre.
  • A rugózatlan tömeg minél kisebb legyen.
  • A pálya fekszint és irányhibáinak felvételekor azokat a lehető legkisebb mértékben vigye át a kocsiszekrényre.

Megkülönböztetünk:

  • a hordmű -kocsi szekrény kapcsolódása szerint forgótányéros, forgócsapos, csúszótámos, támgörgős, és felfüggesztő ingás forgóvázakat
  • a vertikális rugózási rendszer szerint a forgóvázak lehetnek egy, vagy kétlépcsős rugózásúak
  • a vertikális és horizontásli rugózás szerint a forgóvázak lehetnek himbagerendával szereltek, (keresztirányú rugózással rendelkezőek), vagy himba nélküliek (keresztirányú rugózás nélküliek).
  • a kerékpárok száma szerint lehetnek egy (speciális eset), két,- vagy többtengelyes forgóvázak.
  • a keret összeszerelése szerint lehetnek hegesztett, vagy öntött kivitelű forgóvázak.
  • a hordrugók típusa szerint megkülönböztethetünk lap-, csavar-, gumi-, lég-, és hidropneumatikus rugós, ill. ezek kombinációit tartalmazó forgóvázakat.

Jellemző meghibásodások:

  • tervezési határt meghaladó erőhatások következtében előálló deformáció (balesetből)
  • feszültség csomópontokban repedések
  • természetes kopás
  • a forgóvázra szerelt fékelemek meghibásodása (fékrudazat, fékhenger stb.)
  • használatból eredő anyagfáradás

A fentiek preventív vagy utólagos vizsgálat során fellelhetőek:

  • összehasonlító illetve gyári méretek alapján való mérésekkel
  • rátekintéssel
  • különböző anyagvizsgálati módszerekkel (ultrahang, mágneses, ipari RTG)

Amely vizsgálatok nem csak a karbantartás közepette hasznosak, hanem vasúti baleset vizsgálatánál is választ adhatnak számos kérdésre, és segíthetnek rekonstruálni a történteket.

Önellenőrző kérdések
1. Döntse el az alábbi állításról, hogy igaz vagy hamis!
A klasszikus felfogás szerint a futómű funkciója csak tartó és vezető szerkezet.
2. Döntse el az alábbi állításról, hogy igaz vagy hamis!
A széles nyomtávolság azt jelenti, hogy a nyomtáv nagyobb, mint 1435 mm.
3. A vonóerő átvitelének módja alapján hajtott futóművek esetében a meghajtás módja szerint lehetnek:
csatló rudas, vezérműves
kardánhajtás
marokcsapágyas fogaskerék hajtás
hidrodinamikus hajtás
akkumulátor hajtás
4. A jármű ideális körülményei akkor valósulnak meg, ha:
nagy kerék átmérővel bír, de ugyanakkor minél nehezebb legyen
a kerékben nem lehet excentrikusság, vagy ovális felületet eredményező kopás
az üzemeltetésben előírt pályaívekben a jármű feszülés nélkül járjon
elegendő csillapítású kemény rugózással készüljön
5. Döntse el az alábbi állításról, hogy igaz vagy hamis!
A vasúti jármű szabálytalan mozgásai a kígyózás, a támolygás, és a bólintás.
6. Döntse el az alábbi állításról, hogy igaz vagy hamis!
Ha a kígyózás megszűnik, ékelt futás jön létre. Ennek oka lehet a nem megfelelő fékrudazat beállítás.
7. Döntse el az alábbi állításról, hogy igaz vagy hamis!
A sínen futás biztonságát adó vízszintes terhelésű erő, amely a keréken hosszirányú erőként jelenik meg, mint a kerék és a sin érintkezési pontján fellépő súrlódás.
8. Döntse el az alábbi állításról, hogy igaz vagy hamis!
A nekifutási szög a kerék haladási irányának és a pályának a bezárt szögét jelenti. A kisiklás elleni biztonság ennek a szögnek a függvénye. Minél meredekebb - azaz nagyobb a nekifutási szög mértéke -, annál könnyebben fut fel a kerék a sínre, és siklik ki.
9. Döntse el az alábbi állításról, hogy igaz vagy hamis!
A hordmű a futómű és a jármű felépítményének az összekapcsolását megvalósító szerkezeti elemek összessége. A feladata a jármű statikus és dinamikus terheléseinek átvezetése a futóműre, a kerékpár vezetése, valamint a rugózás, a lengéscsillapítás és a felfüggesztés biztosítása.
10. A mű jellemző meghibásodásai:
a tervezési határt meghaladó erőforrások következtében előálló deformáció
repedések a feszültség csomópontokban
természetes kopás
forgóvázra szerelt fékelemek meghibásodása
használatból eredő anyagfáradás
csapágy beékelődés
abroncs leválás