A kitérőknél az aljak egyenletes, rugalmas alátámasztása, nagy ellenállású anyagok használata csökkenti az ágyazat aprózódását, illetve a nagyobb (sín)profilstabilitás hozzájárul a kitérők jó minőségű, hosszú távú működéséhez. A jól átgondolt váltóállítás és zárszerkezet, a lehetséges meghibásodások előrejelzését megvalósító monitoringrendszerrel kombinálva kifejezetten fontos a biztonságos működéshez és a lehető legnagyobb élettartam megvalósításához. A MÁV Magyar Államvasutak Zrt. és a voestalpine Railway Systems közös leányvállalata, a VAMAV Vasúti Berendezések Kft. is szerepet vállal abban, hogy ezek a rendszerek hazánkban is beszerezhetők.

Bevezetés

A vasúti pálya alkotóelemeinek fejlesztésére irányuló folyamatos erőfeszítések nemcsak szinten tartották a vasúti infrastruktúra teljesítőképességét, műszaki-gazdasági színvonalát, hanem magasabb szintre emelték. Figyelemre méltó, hogy a szakemberek ezeket az újításokat az elmúlt évtizedekben a folyamatosan növekvő követelmények ellenére képesek voltak elérni. A nagy sebességű hálózatokon a napjainkban szokásos sebesség 350 km/h. A vasút rohamos fejlődésének határai, valamint az ennek eredményeként létrejövő forgalmiterhelés-növekedés korlátai egyelőre nem láthatók. A folyamatosan növekvő vasúti forgalom egyrészről egészségesebb környezethez vezet, másrészről a megnövekedett vonatsűrűség és terhelés, valamint az emelt sebesség hozzájárul az infrastruktúra alkatrészeinek gyorsuló elhasználódásához, így a karbantartási igények növekedéséhez. Ezért a vasút területén a további innováció nélkülözhetetlen. Ennek modern értelmezése jóval többet jelent, mint elszigetelt erőfeszítéseket a pálya és a járművek alkotóelemeinek fejlesztésében. A szerkezeti elemek különálló fejlesztése azonban továbbra is hasznos lehet az adott termék karbantartása, élettartama, valamint a pálya-jármű rendszer optimalizálása szempontjából. Az ebben rejlő lehetőség csak a teljes rendszer, különösen a pálya-jármű, illetve a sín-kerék kapcsolat megfigyelésével, elemzésével deríthető fel. Az ilyen rendszer optimális működése során az egyes alkotóelemek igénybevételének csökkentése a cél. A modern vasúti felépítménynél figyelembe kell venni az alkatrészek aktív szerepét az infrastruktúrára és a járművekre ható erők befolyásolásában, ezért ez a megközelítés mindkettőre egyaránt vonatkozik.
A modern nagy sebességű hálózatokban az infrastruktúra-alrendszer egyik legfontosabb eleme a kitérő. Mindig figyelembe kell venni, hogy általános feladatát tekintve és geometriai kialakítása következtében minden kitérő a homogén folyóvágány megszakítását jelenti.
A kitérőkkel szemben ennélfogva a következő elvárásokat fogalmazhatjuk meg:

• legyen alkalmas a nagy vonatsűrűségre és az emelt sebességre;
• minimális fenntartási igényű legyen (korlátozott karbantartási és javítási lehetőségek);
• maximális biztonság;
• szigorúbb követelmények a vasúti felépítménnyel szemben.

Ezek az elvárások a következő fejlesztéseket igénylik:

• robusztus kitérő, gyártási technológia;
• könnyű és egyszerű karbantartási eljárások;
• hosszú karbantartási intervallumok;
• magas biztonsági szint;
• tervszerű megelőző karbantartási stratégia.

A cikk áttekintést ad a kitérőről úgy, mint az infrastruktúra-alrendszer alkotóeleméről és úgy, mint önálló összetett szerkezetről. Kiemeltük azokat a konkrét megoldásokat, amelyek csökkenthetik az infrastruktúrára és a gördülő állományra ható igénybevételeket, ezáltal magasabb szintű rendszeroptimalizálást eredményeznek. Egy olyan kitérő, amelyet geometriai szempontból optimalizált váltóval és szerkezetileg tökéletesített keresztezéssel gyártanak, jelentősen csökkenti az oldalirányú és függőleges erőhatásokat, ennek következtében a keresztezési területen a pályára és a járműre ható káros erőhatások nagyrészt csökkenthetők vagy elkerülhetők. A kitérőben alkalmazott rugalmas alátámasztás megvédi a zúzottkő ágyazatot az aprózódástól, de csökkenthető általa a sín-kerék érintkezésnél a dinamikus feszültségcsúcs. Azért, hogy ezen intézkedések hosszú távú sikere garantálható legyen, két követelménynek kell megfelelni. Az első, hogy az ideális geometriát – ameddig lehet – az egész kitérőn meg kell őrizni, így a járművek számára a lehető legjobb érintkezési feltételeket tudjuk biztosítani. Ezt csak olyan sínacél használatával lehet elérni, amely ellenálló a kopásokkal és a gördülő érintkezési kifáradás által okozott hibákkal szemben. A második követelmény a homogenitás. Ez nem az egyes szerkezeti részek homogenitását, hanem az infrastruktúra és a jármű kölcsönhatásának homogenitását jelenti. Ahhoz, hogy a homogenitás optimális legyen, a rugalmassági viszonyokat hozzá kell igazítani a jármű pillanatnyi helyzetéhez a váltóban és a keresztezésben a rendszer peremfeltételi alapján. A teherátadási terület geometriájának alkalmazkodnia kell az olyan hatásokhoz, amelyek a járműfutás sajátosságaiból következnek.

A kitérő geometriájának és a váltó kialakításának optimalizálása

A kitérő geometriája és a váltó kialakítása meghatározó tényező a gördülő állományról átadódó erők megfelelő kezelése szempontjából. Nagy sebességű kitérőknek tekinthetők azok, amelyek egyenes irányban 350 km/h, kitérőirányban pedig 220 km/h sebességgel járhatók. A sebesség a kiegyenlítetlen oldalgyorsulással együtt hozzájárul a vasúti járművek és a vasúti infrastruktúra fokozottabb terheléséhez, ennélfogva nagyon fontos az egyszerű átmenő köríves kitérők kiváltása átmeneti íves kitérőkre, hogy elkerüljük a vonat áthaladása közben fellépő kiegyenlítetlen oldalgyorsulás-változásokat [1]. Ha ezt nem vesszük figyelembe, a keletkező nagy erőhatások komoly károkat okozhatnak a kitérő alkatrészeiben, amelyek az utazási komfort jelentős csökkenését okozzák, illetve fokozottabb karbantartási igényt és rövidebb élettartamot eredményeznek.
Az 1. és 2. ábra alapján összehasonlítható a parabola geometriájú és a klotoid átmeneti íves, 160 km/h sebességre alkalmas kitérő kiegyenlítetlen oldalgyorsulása a kitérőirányban. Vágánykapcsolatokban, különösen a kitérő elején, a klotoid geometria megmutatja szignifikáns előnyeit a parabolikus geometriával szemben.

További lehetőségeket rejt a váltó geometriai kialakítása. A folyóvágányban a sínek egyenletes alátámasztást biztosítanak a kerekek számára, míg a kitérőkben az érintkezési feltételek mind a váltórészben, mind a keresztezési részben megváltoznak. A folyóvágányban a járművek vezetését és a stabil járműfutást a sín-kerék érintkezési geometria, vagyis a profilok megfelelő kialakítása biztosítja. A nagyobb sebesség megköveteli a stabil járműfutást, amit egy szabadon futó kerékpár szinuszfüggvényének hosszabb hullámával lehet leírni. A hagyományos tangenciális kitérőben ez a nyugodt járműfutás megszakad. Mivel a kerék átgördül a tősínről a csúcssínre, az önkormányzó hatás megszűnik és bekövetkezik a tengelyek elfordulása. Így megnő a nekifutási szög, ezáltal a kerék tárcsaköszörűként működve megnövekedett kopást, plasztikus deformációt és kitöredezéseket eredményez a csúcssínen. Ezen kedvezőtlen hatások kiküszöbölésére fejlesztettük ki a KGO (kinematic gauge optimisation) néven ismert speciális váltótípust, aminek köszönhetően jelentősen csökkennek a fellépő erők, nő az alkatrészek élettartama, valamint javul a futási komfort [3], [4].