Transcript A vasúti zúzottkő ágyazat szerepe, feladatai és igénybevételei Dr

VI. Kő- és Kavicsbányászat
Konferencia 2013
Budapest, 2013. június 13-14.
A vasúti zúzottkő ágyazat szerepe,
feladatai és igénybevételei
Dr. Szabó József (PhD)
adjunktus
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Út és Vasútépítési Tanszék
A vasúti zúzottkő ágyazat – szemléletek
Zúzottkő ágyazat
A zúzottkő ágyazat,
mint ÉPÍTŐANYAG,
mint egy TERMÉK,
amit elő kell állítani.
A zúzottkő ágyazat, mint
a vasúti pályaszerkezet
egyik nagyon fontos
ALKOTÓELEME.
A vasúti pályaszerkezet
A vasúti pályaszerkezet feladatai:
• A vasúti járművek VEZETÉSE
(a sín és a nyomkarimás kerék kapcsolata).
• A vasúti járművek ALÁTÁMASZTÁSA
(a járművek terheinek felvétele, szétosztása,
és továbbítása a földműre).
A vasúti pályaszerkezet
A klasszikus vasúti pályaszerkezet felépítése:
Felépítmény
•
•
•
•
Sínek
Sínleerősítések
Keresztaljak
Zúzottkő ágyazat
Alépítmény
• Védőréteg
• Földmunka
}
Vágányrács
A vasúti pályaszerkezet
Sínleerősítés
Keresztmetszet
Ágyazat
Sín
Keresztalj
Védőréteg
Földmunka
Sín
Sínleerősítés
Keresztalj
Hosszmetszet
Ágyazat
Védőréteg
Földmunka
A vasúti pályaszerkezet
Tengelyterhelés
Kerékterhelés
Felület
Nyomó
feszültség
Hely
Kerék/
Sín
Sín/
Alátétlemez
Alátétlemez/
Keresztalj
Keresztalj/
Ágyazat
Ágyazat/
Földmunka
A vasúti zúzottkő ágyazat funkciója
A vasúti zúzottkő ágyazat feladatai:
• Alátámasztás (szilárd, de rugalmas)
• Teherelosztás és teherátadás
(a keresztaljakról az alépítményre)
• Rugalmas ágyazás
• Állékonyság biztosítása (megfelelő ellenállás a
hossz- és keresztirányú erőkkel szemben)
• Vízelvezetés (a vágányra hullott csapadékvizek
gyors elvezetése)
A vasúti zúzottkő ágyazat funkciója
A vasúti zúzottkő ágyazat feladatai:
• Irány- és fekszintállapot biztosítása
(a vágány vízszintes és függőleges geometriája
állandó, stabil és pontos legyen)
• Irány és fekszint szabályozásának biztosítása
(a vágány vízszintes és függőleges geometriája
szabályozási munkákkal könnyen és pontosan
helyreállítható legyen)
A vasúti zúzottkő ágyazat funkciója
Az ágyazattal szembeni követelmények:
•
•
•
•
Megfelelő tömörség
Megfelelő rugalmasság
Szennyeződéstől való mentesség (tisztaság)
Megfelelő ellenállás biztosítása
A vasúti zúzottkő ágyazat funkciója
A zúzottkővel szembeni követelmények:
•
•
•
•
•
Megfelelő szilárdság (megfelelő anyag)
Megfelelő szemmegoszlás, méret és szemszerkezet
Érdes felület, éles élek, zömök szemcsealakok
Nagy belső súrlódás
Fagyállóság
A vasúti zúzottkő ágyazat igénybevételei
A zúzottkő ágyazat a vasúti pályaszerkezeten
belül egy közbenső közvetítő elem, így az
igénybevételei nagymértékben függnek a
vágányt terhelő erőktől.
A vasúti vágányt terhelő erők
A vasúti zúzottkő ágyazat igénybevételei
A vasúti vágányt terhelő erők
A vasúti vágányt terhelő erők:
• Függőleges erők
• Oldalirányú erők
• Hosszirányú erők
A vasúti vágányt terhelő erők
A vasúti vágányt terhelő függőleges erők:
A járműkerekek statikus és dinamikus
terheléséből adódnak
• Statikus terhelés: álló jármű súlyereje
tengelyteher (225 kN) – kerékteher (112,5 kN)
(V43-as mozdony tömege 80 t, így Zstat = 100 kN)
• Dinamikus terhelés: függ a sebességtől, valamint
a jármű és a pálya kialakításától és állapotától
Zdin = β * Zstat (kedvezőtlen esetben β ≈ 1,5-2,0)
A vasúti vágányt terhelő erők
A vasúti vágányt terhelő oldalirányú erők:
A járműkerekek nyomkarimái által adódnak át
• Ívekben: a szabad oldalgyorsulás következtében,
nagysága függ a sebességtől, az ívsugártól,
a jármű tengelyelrendezésétől és állapotától
2  (kedvezőtlen esetben

Ymax  0,54 10   Z 
3  Y ≈ 60 - 80 kN)

• Egyenesben: a járművek kígyózó mozgása miatt
(kisebbek, mint az ívekben lévő oldalirányú erők)
A vasúti vágányt terhelő erők
A vasúti vágányt terhelő hosszirányú erők:
A vonatforgalom és a hőmérséklet-változás
hatására keletkeznek
• Vonatforgalom hatására:
– a fékezés és gyorsítás hatása (állomások előtt-után)
– a gördülő kerekek súrlódó hatása
– emelkedésben / esésben a súlyerő lejtő irányú
komponense
• Hőmérséklet-változás hatására: dilatációs erők
A vasúti vágányt terhelő erők
Dilatációs erők: hőmérsékletváltozás hatására,
a hézagnélküli vágányban (gátolt dilatáció)
• Hőmérséklet-növekedés esetén: nyomóerők
• Hőmérséklet-csökkenés esetén: húzóerők
Magyarországon a sínhőmérséklet
• felső határa: +60 ºC
• alsó határa: -30 ºC
A semleges hőmérséklet: +23 ºC (eltérés +5 ºC és -8 ºC)
A semleges hőmérsékleti tartomány: +15 ºC – +28 ºC
A vasúti vágányt terhelő erők
Dilatációs erő:
F = α * E * A * ΔT
ahol
• F [N]
• α [1/ºC]
• E [N/mm2]
• A [mm2]
• ΔT [ºC]
a belső dilatációs erő
a vonalas hőtágulási együttható
a sín rugalmassági modulusa
a sín keresztmetszeti területe
a hőmérséklet-változás
A vasúti vágányt terhelő erők
A dilatációs erő értéke különböző sínrendszerek
és hőmérséklet-változások esetében [kN]:
Sínrendszer
Sínben ébredő
erő [kN]
Vágányban
ébredő erő [kN]
MÁV 48
54 E1
60 E1
ΔT = 1 ºC esetén
14,920
16,746
18,562
ΔT = 45 ºC esetén
671,394
753,552
835,276
ΔT = 1 ºC esetén
29,840
33,491
37,123
ΔT = 45 ºC esetén
1342,788
1507,105
1670,552
A vasúti zúzottkő ágyazat
vízszintes igénybevételei
A vágány állékonysága és stabilitása szempontjából
fontos az ágyazat hossz- és oldalirányú ellenállása!
• Az ágyazat hosszirányú ellenállása:
– Az aljak talpfelületeinél ébredő súrlódási ellenállás
– Az aljak homlokfelületeinél ébredő súrlódási ellenállás
– Az aljak oldalfelületeinél ébredő passzív ellenállás
Értéke:
– új fektetésű vágánynál: 5 N/mm
– tömörödött vágánynál: 6-8 N/mm
– összefagyott ágyazatnál (télen): 15-20 N/mm
A vasúti zúzottkő ágyazat
vízszintes igénybevételei
A vágány állékonysága és stabilitása szempontjából
fontos az ágyazat hossz- és oldalirányú ellenállása!
• Az ágyazat oldalirányú ellenállása:
– Az aljak talpfelületeinél ébredő súrlódási ellenállás
– Az aljak oldalfelületeinél ébredő súrlódási ellenállás
– Az aljak homlokfelületeinél ébredő passzív ellenállás
Értéke:
– 5-10-15 N/mm
– növelhető az aljtávolság csökkentésével, és
az ágyazatszélek + aljközök tömörítésével
A vasúti zúzottkő ágyazat
vízszintes igénybevételei
Az ágyazat hossz- és oldalirányú ellenállása tiszta
ágyazatban (eső után) akár 10-15 %-kal nőhet, viszont
szennyezett ágyazatban akár 50-60 %-kal csökkenhet!
A vasúti zúzottkő ágyazat
függőleges igénybevételei
Mivel a zúzottkő ágyazat a pályaszerkezetben egy
közbenső elem, így önálló (az alépítménytől független)
teherbírásáról nem lehet beszélni!
Az ágyazatnál elsősorban az alépítményre átadott
nyomás értéke a fontos, ezt kell ellenőrizni!
• Értéke megfelelő, ha pf = 5-10 N/cm2
• Módszerek:
– Schramm-módszer (a nyomáseloszláson alapul)
– Boussinesq-Steinbrenner-módszer
(a zárt felületen átadódó nyomófeszültségen alapul)
A vasúti zúzottkő ágyazat avulása
A zúzottkő ágyazat üzemszerű elhasználódása:
Legjellemzőbb az elszennyeződés és aprózódás, okai:
• Rendszeres terhelés hatására aprózódás
• Rossz minőségű alépítmény esetén a terhelés
hatására nagy finomszemcse tartalmú anyag
nyomódik (pumpálódik) fel az ágyazatba
• Szállított árukból lehulló anyagok szennyező hatása
• Időjárás hatásai: a víz és a szél hordta anyagok
porral és gyomosodással szennyezik az ágyazatot,
a hőmérséklet-változás és a fagy aprózó hatása
A vasúti zúzottkő ágyazat fenntartása
Ágyazati problémák megszűntetésének módszerei:
•
•
•
•
•
Vízkivezetés (az ágyazatban rekedt víz elvezetése)
Ágyazatpótlás
Gyomirtás
Ágyazattisztítás (kézi vagy gépi ágyazatrostálás)
Ágyazatcsere
A vasúti zúzottkő ágyazat
minőségellenőrzése
1.) Minőségbiztosítás az előállítás helyszínén
• a lelőhely vizsgálata
• a zúzottkő tulajdonságainak vizsgálata
• az üzem értékelése
2.) Minőségvizsgálat a beépítés/kivitelezés helyszínén
• az előírt anyagjellemzőktől, valamint
• a tervezett keresztszelvényi méretektől való
eltérés alapján
A vasúti zúzottkő ágyazat
minőségellenőrzése
A.) Az anyagjellemzők vizsgálata
• szemrevételezés és helyszíni vizsgálatok
– tisztaság
– szemnagyság, szemalak (szemalak-tényező, lemezesség)
• laboratóriumi vizsgálatok
– szemmegoszlás (szemmegoszlási görbe)
– Los Angeles vizsgálat (aprózódási ellenállás)
– Mikro-Deval vizsgálat (kopásállóság)
B.) A méretek vizsgálata
• az ágyazat keresztirányú méreteinek felmérése
• az ágyazat vastagságának felmérése
Példa egy konkrét vizsgálatra
Szakértői vélemény a vasúti zúzottkő ágyazat
előzetes állapotvizsgálatáról
(2012)
• BME Út és Vasútépítési Tanszék
• BME Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék
Cél: a meglévő vasúti zúzottkő ágyazat előzetes
állapotvizsgálata
Példa egy konkrét vizsgálatra
A vizsgált vonalszakasz akkori műszaki paraméterei:
•
•
•
•
•
A vasúti pálya egyvágányú
A vonal nem villamosított, dízel vontatás üzemel
Döntően személyforgalom, minimális teherforgalom
Személyforgalom: napi 25 vonatpár, Desiro szerelvények
Teherforgalom: napi 2 vonatpár
Példa egy konkrét vizsgálatra
Példa egy konkrét vizsgálatra
Példa egy konkrét vizsgálatra
Példa egy konkrét vizsgálatra
A vizsgálat főbb lépései:
• Helyszíni bejárás
• A zúzottkő ágyazat állapotának szemrevételezése
• A meglévő zúzottkő ágyazat geometriai méreteinek
felvétele és ellenőrzése mérésekkel
• A mintavételi helyek kijelölése
• Mintavétel (a keresztaljak alól, az ágyazati rézsűből)
– egyenesben
– ívben (kissugarú és nagysugarú ívben)
– fékezési szakaszon
Példa egy konkrét vizsgálatra
Példa egy konkrét vizsgálatra
Példa egy konkrét vizsgálatra
Példa egy konkrét vizsgálatra
A vizsgálat főbb lépései:
• Geometriai vizsgálatok laboratóriumban
– szemmegoszlás meghatározása – szitavizsgálat
– szemalak meghatározása – lemezesség
– szemalak meghatározása – szemalak-tényező
• Kőzetfizikai vizsgálatok laboratóriumban
– aprózódási ellenállás – vasúti Los Angeles vizsgálat
– kopásállóság – vasúti Mikro-Deval vizsgálat
– időállóság – magnéziumszulfátos kristályosítási vizsgálat
– testsűrűség (légszáraz kőzetfizikai állapotban), vízfelvétel
Zárszó
A vasúti zúzottkő ágyazat minősége:
Mivel a vasúti vágány stabilitásának kb. 60 %-át
az ágyazat, és csak kb. 40 %-át a vágány keretmerevsége biztosítja, így a vasúti felépítmény
állapotát és a vágány erőhatásokkal szembeni
ellenállását nagymértékben befolyásolják az
ágyazat tulajdonságai, tehát a vasúti zúzottkő
ágyazat minősége döntően fontos!
VI. Kő- és Kavicsbányászat
Konferencia 2013
Budapest, 2013. június 13-14.
Köszönöm a figyelmet!
[email protected]
Dr. Szabó József (PhD)
adjunktus
BME Út és Vasútépítési Tanszék