A vasúti pálya avulása és a pályafenntartás fontossága

A vasúti pályát a járművek változó nagyságú igénybevételeknek teszik ki, amelyek hatására egy idő után a pálya állapota romlik, különböző avulások keletkeznek a vasúti pályaszerkezet egyes elemeiben. A nem megfelelő minőségű pálya visszahat a járművek mozgásaira, az azokról átadódó igénybevételekre, éppen ezért a vasúti pálya avulására körfolyamatként kell tekinteni, amely egyre kedvezőtlenebb irányba halad, amennyiben nem történnek meg időben a szükséges beavatkozások. Az egyes avulásokat kiváltó okok lehetnek az építési és gyártási hibák, a járművek mechanikai hatásai, a járművek káros mozgásai, az üzemszerű elhasználódás, az időjárás okozta hibák, a fenntartási hiányosságok, illetve az egyéb hibák (például: egyenáramú vontatásnál a kóboráram jelensége).
Az avulási folyamat egyik fő oka, hogy a megépített új pályának is vannak kezdeti méreteltérései. Annak érdekében, hogy ezeknek az eltéréseknek a nagyságát korlátozni lehessen, különböző szabványokat, előírásokat kell betartani. Ezek tartalmazzák, hogy milyen szerkezeteket, anyagokat lehet felhasználni, valamint azt, hogy ezeknek milyen mértékű lehet az ideálistól való eltérése. A kezdeti építési hibák visszavezethetők az alépítmény szakszerűtlen kialakítására, az ágyazat helytelen kiképzésére, a felépítmény mérethibáira, a gyártási hibákra és az anyaghibákra is, továbbá a technológiák helytelen alkalmazása is eredményezheti a jelentős lokális hibák kialakulását.
Ideális esetben, ha a vasúti pályát kezdeti hiba nélkül építik meg és megfelelő állapotban tartják, akkor az avulás legnagyobb okozója a járművektől származó mechanikai igénybevétel. Napjainkban a teher- és a személyszállító vonatok sebességnövekedése, továbbá az egyre nagyobb tengelyterhelések következtében – esetenként egyre kisebb kerékátmerő alkalmazása mellett –, a vasúti pálya szerkezeti elemeire egyre nagyobb igénybevételek hatnak. Fontos továbbá a pályára engedélyezett sebességek, a tengelyterhelések és egyéb, a szállításra vonatkozó előírások betartása, ugyanis az avulás törvényszerűségeiből adódik, hogy az átgördült elegytonna függvényében exponenciálisan romlik a pálya állapota.
A pálya gyorsítási és lassítási szakaszain a kerekek könnyebb megcsúszásának (kipörgésének) hatására a sínek felületén ovális völgyek keletkezhetnek. A járművek – részben a pályahibák miatt – különböző szabálytalan mozgásokat végeznek (például: támolygó mozgás, bólintó mozgás), ezekkel is növelve a pályában már meglévő hibák nagyságát. Üzemszerű elhasználódásból adódó hibák még akkor is keletkezhetnek, ha egyébként a szükséges karbantartásokat rendszeresen elvégzik a pályában. Ezek a hibák általában fáradás következtében, repedések, törések, ágyazati aprózódások, kopás vagy korrózió formájában jelentkeznek.
Fontos tényező az időjárás is. A vasúti pálya – különösen az alépítmény – rendkívül érzékeny a vízre, így a hibák legnagyobb okozója a csapadék. Ha nem megfelelő a vízelvezető rendszer, akkor az ágyazatba jutó, illetve ott bent rekedő víz következtében komoly fekszint- és irányhibák, továbbá ágyazati hibák (vaksüppedés) is kialakulhatnak. A téli fagyási-olvadási ciklusok által bekövetkező térfogatváltozások hatása az alépítmény állapotát jelentősen befolyásolja. Fontos megemlíteni a hőmérséklet-ingadozás (hőmérséklet-változások) következtében a hézagnélküli vágányokban kialakuló sínfeszültség-változások következményeit. A hőmérséklet-változások miatt a sínben kialakuló jelentős nyomó- és húzófeszültségek nyáron vágánykivetődéshez, télen pedig síntöréshez vezethetnek.
A fenntartási hiányosságok csoportjába tartozik a karbantartási munkálatok szakszerűtlen és/vagy hiányos elvégzése, vagy azok elmaradása. Fontos, hogy a fenntartási munkálatokat a megfelelő időben kell elvégezni, ugyanis az idő előtt végzett munkálatok hatására romlik a vasúti pálya üzemének folytonossága, ugyanakkor nő a szükséges munkálatok száma. A túl későn végzett munkálatok hatására pedig csökken a pálya élettartama. Fontos a végrehajtott munka minősége is, ugyanis a nem megfelelő minőségű munkák súlyosabb esetekben fekszinthibákhoz, az ágyazat-ellenállás csökkenéséhez vagy akár a szerkezeti elemek korai elhasználódásához vezethetnek.

A sínkarbantartás jelentősége

A sín mint pályaszerkezeti elem három fő feladatot lát el. Egyrészt, mint tartószerkezet viseli és – a sínleerősítések közvetítésével – átadja az aljakra a vasúti járművek függőleges, oldalirányú és hosszirányú terheit. Másrészt, mint irányítószerkezet a kényszerpályás közlekedés jellegének megfelelően a nyomkarimás kerekű járműveket folyamatosan vezeti. Harmadrészt, mint a pályaszerkezet legfelső felületi eleme biztosítja a vonó- és fékezőerő átadását.
A közvetlenül a sínre (és közvetve a pályaszerkezet többi elemére) ható erők a tér három irányában lépnek fel, amelyek jellemzően az alábbiak lehetnek:

• függőleges erők: a járműterhelésből adódó statikus és dinamikus kerékterhelések;
• oldalirányú erők: egyenesben a járművek kígyózó mozgásából adódó erők, míg ívben a terelőerő és a centrifugális erő;
• hosszirányú erők: a gyorsításból és fékezésből adódó erők, valamint a hézagnélküli vágányok hőmérséklet-változásaiból eredő hőerők.

Az egyes erők következtében kialakuló sínhibákat két nagy csoportra lehet osztani, amelyek egyrészt a klasszikus sínhibák, másrészt az elmúlt évtizedekben megjelenő újfajta sínhibák.

A klasszikus sínhibák

A klasszikus sínhibák közé tartoznak a sínfejkopás, a sínben kialakuló repedések, a sínvégelverődés, illetve a hullámos kopások.

A sínfejkopás

A sín avulásának egyik legjellemzőbb formája a sín magassági és oldalkopása, amelynek közvetlen előidézője a sín-kerék érintkezési pontjában kialakuló felületi nyomás, illetve íves szakaszokon a nyomkarimával való súrlódás. A sín kopását befolyásoló főbb tényezők például a sín anyagának összetétele, a kerékterhelés mértéke, a sínfej és a kerék geometriája, az átgördült elegytonna, a menetsebesség, a pálya ívviszonyai, a pálya építésének és karbantartásának módja. Az előrehaladott sínfejoldalkopás forgalombiztonsági szempontból veszélyesebb, mint a magassági kopás. Mindkét kopástípus kialakulhat íves pályaszakaszon, ám különbség, hogy a magassági kopás jellemzően a belső sínszálon keletkezik, míg az oldalkopás a külső sínszálon alakul ki. Az oldalkopás kifejlődésének sebessége csökkenthető a súrlódási tényező csökkentésével, a terelőerő csökkentésével, valamint a nekifutási szög csökkentésével. Ahogy az 1. ábrán is látható, a nagyobb nekifutási szög nagyobb mértékű oldalkopást eredményez. Annak érdekében, hogy a fenntartási munkálatokat megfelelő időben el lehessen végezni, egyrészt megállapítottak egy kopási szöget, amelynek elérésekor síncserét kell elvégezni (ezt az eljárást alkalmazza például a DB), másrészt pedig a magassági és oldalkopásból egy úgynevezett kiegyenlített magasságikopás-érték került meghatározásra, amelynek a fenntartásnál megengedett értékei a maximális sebesség és a sínrendszer függvényében határozhatók meg (ezt a módszert alkalmazza a MÁV és a GYSEV).

A sínben kialakuló repedések

A sínben kialakuló repedéseket a kialakulásuk helye és iránya alapján csoportosítjuk, ezért megkülönböztetünk keresztirányú (átlós) fejrepedéseket, hosszirányú vízszintes repedéseket, hosszirányú függőleges repedéseket, valamint furatrepedéseket. A hosszirányú vízszintes repedések kialakulási helyei előfordulhatnak a sínfejben, a síngerincben vagy az átmeneti területen a sínfej és a síngerinc, továbbá a síngerinc és a síntalp között.