A mostani cikk a kérdéskör ilyen irányú, rövid elemzésével remélhetőleg támpontot szolgáltat a vidéki közúti vasutak üzemeltetői számára a pályasín és a járműkerék esetleges kopási jelenségei okainak beazonosításához, amelyek valószínűsíthetően ott is létező és napi gondot jelentenek. Segítséget nyújthat az ok-okozati viszonyok feltárásában és ezek hatékony kezelésében anélkül, hogy valós szabályozási teherként nehezedne a kisebb üzemek vállára a hivatalos utasítás és annak betartása.

A szabályozásról röviden

A bevezetőben említett sín-kerék kontaktmechanikai (a továbbiakban: SKKM) előírások a feltétfüzetként jóváhagyott utasításban [3] és az előző részben [2] is megtalálhatók. Ennek részletezésétől e helyütt eltekinthetünk, csupán a fontosabb és itt tárgyalt, az általános elemzésbe bevont részek, pontok kerülnek felelevenítésre, az V., IX., XII–XIV. pontok ezért nem szerepelnek itt. A teljes határértékrendszer megtalálható a hivatkozott dokumentumokban [2, 3].

Az alkalmazandó kerékprofil előírásai

I. Kerülni kell a minimum 120 mm kerékszélességet.
II. Cél 130 mm, távlatban a 135 mm kerékszélesség alkalmazása.
III. Kis sugarú ívben, 1450 mm nyomtáv és aszimmetrikus síndőlés mellett, ∆rmin. = 5,5 mm futókörsugár-különbség kialakulási lehetőségének megteremtése.
IV. 59R2 vályús sín esetében (1:∞ síndőlésnél) és MÁV 48-as Vignol sín esetében 1:40 síndőlés figyelembevételével a lenti (VI., VII., VIII. és X.) paramétereknek hiánytalanul feleljen meg.

A sín-kerék érintkezési mechanikájának előírásai

VI. Az egyenértékű kúposság (tanγe, a ±3 mm-es y kitérésnél, 1435 mm nyomtávnál):
a) tervezési értéke maximum 0,4 és minimum 0,05 legyen (új kerék, új sín).
VII. A tanγe függvény lefutása a ∆r oldalkitérés növekedésének irányában, 1432–1450 mm nyomtávolságok esetében csak monoton növekvő lehet.
VIII. A ∆r függvényben 2 mm-nél nagyobb „ugrás”, valamint szakadás az y = ±6 mm intervallumban nem engedhető meg (kivéve a maximális oldalkitérés ±2 mm-es tartományában).
X. Az egyenértékű kúposság (tanγe-maximum) felső határértéke maximum 0,6 lehet a teljes y oldalkitérési tartományban.
XI. Az érintkezési nyom a lehető legszélesebb legyen, de a „konform” kapcsolat nemkívánatos.
A szabályozás célja a sín-kerék paraméterek olyan kedvező összehangoltságának megteremtése, hogy ebből adódóan a lehető legkevesebb anyagelhordás (sín- és kerékkopás) jöjjön létre egységnyi üzemidő alatt, mivel ez az üzemeltető (és persze a használók, valamint az üzemeltetői forrást biztosítók) alapvető műszaki/gazdasági érdeke.
Milyen is ez a „kedvező” összehangoltság?
Akkor lehet összehangolt a rendszer, ha az alábbiak teljesülnek.

A futás tulajdonságai egyenesben

• A legkisebb kedvező tanγe egyenértékű kúpossági értéket keressük.
• Közúti vasúton ez nem siklás­biz­ton­sá­gi kérdés, hanem a sín- és kerékkopások jelentős mérséklése a cél az alacsony kígyózási frekvenciával (nagy hullámhosszal).
• A BKV Zrt. által 2019-ben kiadott P.1. II. (Közúti vasúti pályaépítési és fenntartási műszaki utasítás) kötetben lévő határértékek: a szabványos y = ±3 mm-nél tanγe maximum 0,4, a minimum 0,05 („új állapotú” sín és kerék esetében).

A kedvező futás ívben

• Az ívsugárnak megfelelő ∆r futó­kör­su­gár-különbséget keressük (kisebb sugarú ívekben a kerékpáron lehetségesen kialakuló legnagyobb futókörsugár-különbség, a Δrwheel vagy rolling radii difference – RRD).
• Ennek maximális kialakulását elősegítendő a pályában (R = 100-120 m alatt) aszimmetrikus síndőlést (külső sínszál: 1:∞, belső sínszál: 1:20) és a lehető legnagyobb nyombővítést alkalmazzuk (például 1450 mm).
• Az ilyen pályaívben a kerékpár tiszta gördüléssel, sugárirányú tengelybeállás mellett haladhat a fenti Δrw határig. Körülbelül R = 50-70 m alatt ez a konstelláció is kimerül, ekkor a külső kerékkarima sínfejen való futása teljesítheti a tiszta gördülés kívánalmát, ami alapvető cél.

A vasúti kerék a vágány sínjein kígyózó mozgást végez. Ezt a kerékprofil geometriája, a nyomtáv, a sínfejprofil geometriája és az adott sín dőlése határozza meg. Ez a sín-kerék kontaktmechanika (továbbiakban: SKKM), amelyek alapja a Klingel-formula [2, 4, 5].

A hullámos kopás

Közbevetésként megemlíthető, mint jel­lem­ző kopási jelenség, a hullámos kopás. Kialakulása számos különböző okra vezethető vissza. Oka lehet alépítményi hiányosság, túl merev vagy túl lágy sínágyazási tényező. Azonban maga az adhéziós vasút alapvető működési elve (a kerék sínhez való „tapadása”) a mikro- vagy makrokúszás erőkapcsolati tényezőjét létrehozó, de önmagában anyagelhordást, tehát egyfajta alap- és természetesen megjelenő hullámos kopást is generáló folyamat (maga a longitudinális csúszás). A teljes folyamat együttesen a kereszt- és hosszirányú, valamint a fúrókúszás jelenségeivel írható le [4–6].
A cél: a lehető legnagyobb hullámhosszú mozgás a legnagyobb érintkezési felületen. (Azonban a „nagy érintkezési felület” sem jó önmagában, a konform, „összeillő”, „összekopott” kapcsolat kifejezetten káros [6].)
Az előző részekben leírtak alapján belátható volt, hogy egyenesben a kicsi ∆r adja a kedvező tanγe-értéket, míg az ívben, főként a kisebb sugarú ívekben ellenkezőleg, a nagy ∆r lenne a kívánatos!
Ez ellentmondás! Egyazon kerékpárral kellene ezt az egymásnak ellentmondó elvárást megoldani.
Az látható, hogy budapesti Combino kerékprofillal ezek nem teljesülnek, ez a korábbi elemzések során [2] bizonyítást nyert. Vizsgáljuk tehát meg, mi a helyzet a hazai, vidéki közúti vasutak esetében, ahol a közelmúlt fejlesztései során szintén új járműveket állítottak forgalomba.
Az új járművekhez – egyes esetekben – új kerékprofilokat engedélyeztek (1. ábra). Ezek közül némelyik a jármű gyártójának javaslata alapján szerepelt az engedélyezési eljárásban, más profilokat az említett Combino-profillal nyert tapasztalatok alapján, annak „klónjaiként” használják.

A hazai, vidéki pálya-jármű rendszerek elemzésének metódusa

A következő elemzésben a magyarországi, nem Budapesten üzemelő közúti vasutak jelenlegi pálya-jármű rendszereit hasonlítom össze, a helyi sajátosságok feltárásával. Üdítő, új színfoltként, mint hazánkban új kategória, az első vasút-villamos (TramTrain) által használt vegyes pályaparaméterek és a vegyes forgalomra megtervezett kerékprofil elméleti elemzése is aktuális feladatként jelentkezik.
Ezek alapján az alábbi esetek elemzése történik meg:

• Miskolc, Miskolc Városi Közlekedési Zrt. – Skoda 26THU3 villamos;
• Debrecen, Debreceni Közlekedési Zrt. – CAF Urbos 3, GANZ KCSV-6 villamos;
• Szeged, Szegedi Közlekedési Társaság Kft. – például Tatra KT4D és PESA 120Nb villamosok;
• Szeged–Hódmezővásárhely Tram­Train Stadler CityLink Vonatvillamos.

A lehetséges és vizsgálatra érdemes jármű/kerék/nyomtáv/sínprofil variációk összefoglalva az 1. táblázatban láthatók.
A terjedelmi korlátok értelemszerűen nem engedik, hogy minden konstellációt részletesen, szöveges formában ismertessek. Azokat az SKKM-eseteket emelem ki, amelyek a legtöbb anomáliát hozzák a határértékrendszerhez viszonyítottan, tehát a legkedvezőtlenebbek, illetve az egymással való összevetés említésre érdemes többletinformációt ad.
Az egyes eredmények egy összefoglaló táblázatban jelennek meg. A táblázatba foglalt adatok elemzését segítendő a következőkben egy általános SKKM-elemzés leírását mutatom be mintaképpen.
Vizsgáljuk tehát meg például egy közúti vasúti, Vignol sínes kitérőkben való futás (sín-kerék kontaktmechanika) konkrét elméleti tulajdonságait.

Mintaeset

2013 utáni gyártású, 48 100/100 rendszerű kitérő,
sínprofil: MÁV48,
nyomtáv: 1435 mm,
síndőlés: 1:∞,
kerékprofil: Siemens Combino „kopó” profil.