Vasúti járművek gördülése

A vasúti járművek gördülése közben dinamikus erők keletkeznek. A pályán álló vasúti jármű a pályában és annak környezetében mechanikai feszültséget hoz létre. Amint a jármű gördülni kezd, ez a feszültségállapot – a feszültséghullámok véges terjedési sebessége által kissé módosított formában – együtt mozog a járművel. Ez a mozgó feszültségállapot akkor is létrejön, ha a pálya és a rajta gördülő kerék futófelülete ideális, hibamentes, és a futás tökéletesen egyenes vonalú. A valóságban azonban a járműnek számos olyan mozgásformája is kialakul, amely az egyenes vonalú mozgástól eltér. A gördülés közben kialakuló támolygó, bólintó és oldalirányú kígyózó mozgás ingadozó erővel hat a sínekre. A kerekek geometriai hibái, mint az excentricitás, a kiegyensúlyozatlanság és a keréklaposodás (a tuskófék laposít, hullámosít és felhord) további dinamikus erőket keltenek csakúgy, mint a periodikusan változó merevségű sínalátámasztás, illetve annak esetleges folytonossági hibái. A környezeti zajkeltés szempontjából pedig különösen fontosak azok, a fentieknél sokkal gyorsabban változó dinamikus erők, amelyek a sínszál és a rajta gördülő kerekek egyenetlenségeiből, szabálytalanságából és így a sín-kerék kapcsolat erőingadozásaiból adódnak. 
Mindezek a dinamikusan változó erők nagyon különböző rezgésformákat hoznak létre, amelyek egy része követi a gördülő járművet, míg mások lokális hatások maradnak. A keletkező rezgések jellemzőit, azaz rezgésamplitúdóit és frekvencia-összetételét számos további paraméter is befolyásolja: a jármű teljes és rugózatlan tömege, sebessége, a felfüggesztés kialakítása. A gerjesztési mechanizmusok egy része periodikus ingadozást, míg mások véletlen lefolyású dinamikus erőket hoznak létre. Ennek megfelelően különböző rezgéskomponensek keletkeznek, amelyeket frekvenciaelemzéssel viszonylag jól el lehet különíteni.
A jármű és a pálya egy olyan komplex rendszer, amelynek nagyszámú saját frekvenciája van. Ha egy gerjesztő frekvencia megfelel egy saját frekvenciának, különösen erős lengés gerjed. Minél nagyobb az utazósebesség, annál nagyobb lesz a dinamikus erő, és annál magasabb frekvenciájúak lesznek annak összetevői.
A környezeti hatások tehát mindenekelőtt a kerék-sín érintkezési ponton fellépő jelentős erők hatására keletkeznek. Ezek az erők a kerék- és sínegyenetlenségeknek megfelelően ingadoznak. Ezáltal széles frekvenciatartományú, dinamikus erőspektrum keletkezik [3]. A sín és kerék kapcsolatát döntően meghatározó tényezők és az azokból származó zajok és rezgések terjedésének mechanizmusát a 2. ábra mutatja.

Pályavasúti zaj- és rezgéscsökkentő megoldások

A felépítmény több egymás feletti merev elemből áll, amelyek a dinamikus erőket egymásnak továbbítják. A vasúti zaj és rezgés csökkentésének elsődleges módja a sín és a kerék közötti érintkezés dinamikus erőinek csökkentése, amit egyrészt a vasúti felépítmény elemeinek helyes megválasztásával vagy utólagos szigetelésével érhetünk el. Önmagában a klasszikus zúzottköves pályának is jelentős a rezgéscsillapító hatása, de ez ma már nem elegendő. A vasúti pályák okozta rezgések csillapítására a rezgésterjedési útban elhelyezett rugalmas elemek – elsősorban a modern műanyagipari technológiáknak köszönhetően rendelkezésünkre álló elasztomerek – nyújtanak lehetőséget. Szinte valamennyi pályaszerkezeti elem közvetlen környezetébe beépíthetők rugalmas rezgéscsillapító elemek (lemezek, tömbök, kiöntések stb.). Ezek külön-külön, vagy valamilyen kombinációban helyezhetők el a sínszálak hevederkamráiba, a sínleerősítésekbe, a keresztaljak vagy a zúzottkő ágyazat, illetve speciális pályákon, főként alagutakban, a pályalemez alá. Mindegyik esetre érvényes az a megállapítás, hogy csak akkor várhatunk megfelelő rezgéscsökkentő hatást, ha a rezgésterjedési útban egymást követő elemek mechanikai impedanciája (azaz ellenállása vagy merevsége) jelentősen eltér egymástól.