HU222945B1

HU222945B1 - Sín, főleg vasúti sínpályákhoz

Info

Publication number: HU222945B1
Application number: HU9801399A
Authority: HU
Inventors: Herbert Adolf Schifferl
Original assignee: Voest-Alpine Schienen Gmbh.
Priority date: 1995-03-24
Filing date: 1996-03-05
Publication date: 2004-01-28
Also published as: JPH11502577A; CN1183820A; UA28097C2; JP3238707B2; ES2160227T3; CA2215962A1; ATA52795A; CA2215962C; DE59607133D1; AU4708096A; HUP9801399A3; AU690815B2; BR9607852A; CZ290175B6; CZ299797A3; AT411176B; US6170755B1; PL322359A1; PL181772B1; WO1996030592A1

Abstract

A találmány tárgya sín (1), főleg vasúti sínpályákhoz, amelynektámfelülettel (21) ellátott sínlába (2), síngerince (3) éshordozófelülettel (41) rendelkező sínfeje (4) van. A sín (1) teljesmagassága (A), a sínfej (4) szélessége és a súlyponttengely (X) körülmért tehetetlenségi nyomatéka, valamint keresztmetszete lényegébenmegfelel az azonos terhelhetőségű szabványos profilokénak. A találmánylényege, hogy a sín (1) keresztmetszetprofilja a magassági tengelyre(Y) szimmetrikusan van kialakítva. Továbbá, a síngerinc (3) gerinc-oldalfelülete (31) a láboldali átvezető- szél (32) – azaz a sínlábnak(2) a gerinc-oldalfelületbe (31) való átmeneti széle – és asúlyponttengely (X) közötti alsó részen a sín (1) keresztmetszetébentöréspontmentes, konkáv, lekerekített kialakítású. ŕ

Description

A találmány tárgya sín, amely főleg vasúti sínpályák futósínjeként alkalmazható. Az ilyen sínen való haladáskor csökkentett teljes léghangszinttel lehet számolni. Az ilyen sínnek sínlába van, amely alsó támasztófelülettel van ellátva, továbbá síngerince és sínfeje van, amely hordozó- vagy futófelülettel van ellátva. A sínmagasság és a sínfej szélessége, és különösen a sínnek a súlyponti tengelyére számított tehetetlenségi nyomatéka és keresztmetszeti tényezője lényegében megfelel az azonos terhelhetőségű szabványos sínprofilokénak.

A vágányokhoz használt futósínek (vagy járósínek) profilos hengerelt acélrudak, amelyeken például gazdaságos teherszállítás végezhető. Az ilyen sínekből készült vasúti pályákon fémes, célszerűen acél futófelülettel rendelkező kerekek gördülnek le a sínfej hordozófelületén. A sínfejjel szemben fekvő és a síngerinccel összekapcsolt sínláb a támasztófelületével aljzaton van rögzítve.

A vasúti rendszerek fejlődése során a terheléseknek és a különböző alkalmazásmódoknak megfelelően a sínekhez optimalizált sínprofilokat szabványosítottak. Európában a leggyakrabban alkalmazott, szabványosított vasúti sínprofil az „UIC 60” típusjelet viseli, amelynek tömege kb. 60 kg/m, az előírt mérettűrések pedig a következők: a sínmagasságnál ±0,6 mm, a sínfejszélességnél pedig ±0,5 mm. A sínprofil viszonylag kis mérettűrései a geometriailag pontos síngyártás szempontjából rendkívül fontosak, ezek teszik lehetővé ugyanis, hogy az utazási komfort csökkenése nélkül, valamint nagy dinamikai terhelések mellőzésével növelni lehessen a vonatok haladási sebességét. A sínfejek kopásának csökkentésére a sínfejeken nagyobb anyagkeménységet alkalmaznak.

Viszonylag pontos gyártás, javított futófelületminőség és a sín egyenessége dacára a vasúti kocsik haladásakor legördülési lengések képződnek, és ennek következtében olyan légzajkibocsátások, azaz zajok képződnek, amelyek különösen nagyobb haladási sebességeknél igen intenzívek, és így a környezetet jelentősen terhelik. A vonatok menetzaja a gyakorlati tapasztalatok szerint jelentős részarányban a sínfelületen kisugárzott légzaj következménye.

Eddig már sokan megkísérelték a sínek felületi részeinek zajcsökkentését megoldani, azaz a kisugárzott légzaj intenzitását csökkenteni.

Ismert például a DE-4225581, vagy az AT-652/90 számú szabadalmi leírásokból olyan megoldás, amelyek szerint a sínt vibrációcsillapító anyagból készült bevonattal látják el. Ez a megoldás azonban a tapasztalatok szerint a légzajszigetelést illetően csak részben eredményes, ugyanakkor nagy ráfordítást igényel, továbbá, megakadályozza a vágány sínjeinek szemrevételezését, valamint a megerősített polimerek alkalmazása miatt környezetszennyező. Ismert továbbá a DE-4411833 számú szabadalmi leírásból olyan megoldás, amelynél rugalmas elemeket alkalmaznak rögzítőelemekként, amivel megkísérelték az aljzatra átadandó lengéseket és a légzajok kisugárzását csökkenteni.

A sínek és vágányok kisugárzott légzajának csökkentésére irányuló eddigi kísérletek, szerkezetek és elrendezések közös hiányosságaként említhető meg, hogy ezek kevéssé hatásosak és/vagy túl költségesek, valamint lényegében ezek a sínlengések átadását kísérlik meg csökkenteni.

A jelen találmánnyal célunk a sínek lengéseinek, főleg nagy szállítási sebességeknél történő olyan értelmű csökkentése, hogy ezáltal a kisugárzott teljes légzajszintet, következésképpen a környezet zajterhelését hatásosan csökkentsük. Célunk tehát az is, hogy a sínek légzaj-előállító lengéseit magukat csökkentsük, és ezáltal egyszerű módon csökkentsük a kisugárzott zajt és a környezet zajterhelését.

A kitűzött feladatot a jelen találmány szerint a bevezetőben ismertetett típusú profilos sínnél azzal oldottuk meg, hogy a sín keresztmetszetprofilja magassági tengelyre (Y) szimmetrikusan van kialakítva. A síngerinc oldalfelülete a láboldali átvezetőszél - azaz a sínlábnak a gerinc-oldalfelületbe való átmeneti széle - és a súlyponttengely közötti alsó részen a sín keresztmetszetében töréspontmentes, konkáv, lekerekített kialakítású.

A találmány szerinti megoldással végzett kísérleteink során meglepetten tapasztaltuk, hogy - a szakmai közvéleménnyel szemben - nem a sínfej és a sínláb közötti szárnak vagy gerincnek a membránszerű lengése okozza a kisugárzott zajok nagy részét, hanem a sínfej és különösen a sínláb nagy testzaj szintűek, következésképpen ezek járulnak döntő mértékben hozzá a maximális zajszint értékéhez, és főleg ezek felelősek a környezeti zajterhelésért. A felerősödő hullámszerű hosszirányú lengések, illetve a gyors lefutás okai a frekvencia függvényében - például a sínláb száránál - jelenleg tudományosan még nincsenek megmagyarázva, azonban elfogadott, hogy a keresztmetszet felületének töréspontjai, illetve törési körzetei vagy nem folytonos vastagságváltozásai lengéstechnikai töréseket vagy feszültségi pontokat képeznek, és ezek miatt erős lengések jönnek létre a profilrészeknél, például a sínek lábrészénél.

A sínlábvastagság találmány szerinti növelésével és/vagy különösen a sínláb és a gerinc-oldalfelületek közötti sajátos kialakítású átmenetek révén megváltoztatjuk a lengéseket a sínláb körzetében, ezáltal csökken a légzajkisugárzás a sínláb felületeinek körzeteiben.

A zajkisugárzás csökkentése érhető el, ha a találmány szerint a keresztmetszetprofilt a magassági tengelyre szimmetrikusan alakítjuk ki. Ezáltal a profilos sínrúdban a helyi lengési csomópontok kialakulásának veszélyét eleve csökkenthetjük.

Célszerű az olyan kivitel, amelynél a síngerinc oldalfelületének alsó és felső részét a láboldali és a fejoldali átvezetőszél között, azaz minden olyan szélet, amelyet a sínfej oldalfelületének a felső síngerincfelületbe való átmenetét képezi, a sín keresztmetszetében tekintve töréspont- vagy törésszakaszmentes, konkáv lekerekítéssel alakítunk ki. Ezzel az intézkedéssel a lengések képződését (különösen azoknál a profilrészeknél, amelyek kisugározzák a légzajt) tovább csökkenthetjük.

Gyártástechnikai és hengerléstechnikai okokból, valamint a súly csökkentése céljából, de különösen a légzajemisszió csökkentése érdekében előnyös lehet, ha a síngerinc oldalfelületeit a sín keresztmetszetében tekint2

HU 222 945 Bl ve körkörös és/vagy ellipszisszerű alsó és felső részből alakítjuk ki, és előnyösen érintőlegesen átvezető, egyenes vonalú középső vagy közbenső szakaszt alkalmazunk, amelyen a súlyponttengely keresztülhalad. Ennél célszerű lehet, ha a síngerinc legkisebb vastagsági méretét azonosra vagy kisebbre választjuk, mint a szabványos síneknél.

Különösen nagy terhelhetőségű és kis légzaj-kibocsátású kiviteli alakot nyerünk, ha a súlyponttengelynek a sínláb támasztófelületétől mért távolságát a sín magasságának 0,5-0,38-szorosára, előnyösen 0,47-0,41-szorosára választjuk.

A sínláb szárai külső részének lengésérzékenysége jelentősen csökkenthető, azaz minimalizálható, ha a sínláb a szabványos profilhoz képest kisebb szélességgel és/vagy nagyobb lábvastagsággal rendelkezik.

Célszerű, ha a sínfejet, főleg a találmány szerinti sín hordozófelületét magában foglaló szakaszt növelt keménységűre készítjük, ezzel ugyanis a szabványos profiloknál egyébként növekvő zajkisugárzást jelentősen csökkenthetjük. Ha ehhez még a sínlábat is, különösen a támasztófelületet magában foglaló, központi, lényegében a tengelyre szimmetrikus sínszakaszt növelt keménységű anyagból készítjük, akkor különösen stabil és jó használati tulajdonságokkal rendelkező sínt nyerhetünk.

A találmányt részletesebben a csatolt rajz alapján ismertetjük, amelyen a találmány szerinti megoldás néhány kísérleti példakénti kiviteli alakját tüntettük fel. A rajzon:

az 1. ábra a hagyományos szabványos „UIC 60” típusjelű vasúti sín szelvénye (erre a leírásban bázisként hivatkozunk);

a 2. ábrán a találmány szerinti sín első példakénti kiviteli alakjának szelvénye látható;

a 3. ábra a találmány szerinti sín második példakénti kiviteli alakjának szelvénye;

a 4. ábrán a találmány szerinti sín további kiviteli változatának szelvénye látható;

az 5A. ábrán diagramban szemléltettük a teljes testzajszintet (dB-ben) a különböző sínek keresztmetszetalakjának függvényében;

az 5B. ábra diagramban szemlélteti a síntömeget a keresztmetszetalak függvényében.

Az 1. ábrán „UIC 60” típusjelű szabványos vasúti 1 sín profilja látható. Az 1 sín teljes A magassága 172 mm, ezen belül 41 hordozófelületből 34 átvezetőszélnek 31 gerinc-oldalfelületbe való átmenetéig mért fejmagassága 37,5 mm, az 1 sín 2 sínlábának B szélessége pedig 150 mm. Az 1 sín fejrészét 4 hivatkozási számmal, a síngerincet 3-mal, a 2 sínláb talpvastagságát Hval, súlyponttengelyét pedig Y-szel jelöltük. A 2 sínláb 21 támfelületétől mérve az X súlyponttengely S távköze 80,95 mm. Az ilyen típusú 1 sín tömege 6,34 kg/m.

Ha ezt az 1 sínt oldalról, illetve a hosszirányra keresztirányban a 41 hordozófelületre excentrikusán függőleges és vízszintes irányban impulzusokkal lengetjük, akkor maximális testzajszintet és maximális teljes kisugárzást kapunk.

Az 1. ábra szerinti szabványos 1 sínnél mért értékeket az 5A. és az 5B. ábrák „B” jelű oszlopaiban tüntettük fel. Az 5A. ábrán a mért maximális testzajszint (dB) értékeit szemléltettük, ahol a fehér oszloprészben a sín belső, a sraffozott oszloprészben pedig a külső oldalán mért értékek láthatók. Az 5A. és az 5B. ábrák „B” jelű oszlopaiban feltüntetett értékek képezik tehát a szabványos „UIC 60” típusú sín bázisértékeit, amelyekhez viszonyítjuk a találmány szerinti sín kiviteli alakjainak értékeit.

A 2. ábrán a találmány szerinti 1 sín első példakénti kiviteli alakjának szelvénye látható, amely az 1. ábra szerinti szabványos sínhez képest megerősített 2 sínlábbal, azaz növelt//talpvastagsággal rendelkezik. Ezáltal tehát azonos A magasságnál az X súlyponttengelynek a 21 támfelülettől mért 5 távközét csökkentettük. Ezzel a sín tömege kismértékben nőtt ugyan (lásd az 5B. ábra diagramjának „1” jelű oszlopát), de egyúttal az a kedvező következménye, hogy az 1. ábra sínjéhez képest („B” oszlop) azonos gerjesztés esetén a maximális testzajszint és a légzajszint is számottevően csökken (lásd 5A. ábra „1” jelű oszlopa). A 2 sínláb szélességét itt is B hivatkozási jellel jelöltük.

A 3. ábrán a találmány szerinti 1 sín második példakénti kiviteli alakja látható, amelynél a 2 sínláb H talpvastagsága megegyezik az 1. ábra szerinti szabványos típuséval, viszont a 3 síngerinc 31 gerinc-oldalfelületének alsó 31 ’ része - a láboldali 32 átvezetőszél és az X súlyponttengely metszéspontja között - szimmetrikusan és töréspontmentesen körkörösen le van kerekítve. Ezzel a kialakítással a szabványos sínhez képest azonos pulzáló geijesztés mellett (lásd 5A. ábra ,2' jelű oszlopa) jelentősen tovább csökkenthető a testzajszint, valamint kb. 1,05 decibellel csökkent a kisugárzott sugárzási teljesítmény zajszintje. A 3. ábra szerinti megoldásnál (lásd 5B. ábra „2” jelű oszlop) az 1 sín tömege kisebb mértékben nőtt a szabványos sín „B” oszlopához képest, mint a

2. ábra szerinti kivitelnél („1” jelű oszlop).

A 4. ábrán a találmány szerinti 1 sín harmadik példakénti alakjának szelvénye látható, amely a láboldali 32 átvezetőszéltől kezdődően a fejoldali 34 átvezetőszélig lényegében lekerekített, törésmentes 31 gerincoldalfelületekkel van ellátva, és csupán az X súlyponttengely körzetében rendelkezik a 3 síngerinc összekötő párhuzamos rövid oldalszakaszokkal. A 4 sínfejhez és a 2 sínlábhoz vezető folytonos íves megvastagítás a 3 síngerincen azzal jár (lásd 5B. ábra diagramjának „3” jelű oszlopa), hogy az 1 sín tömege viszonylag nagyobb. A maximális testzajszint viszont (lásd 5A. ábra diagramjának „3” jelű oszlopa) a szabványos profilhoz („B” jelű oszlop) képest igen jelentősen lecsökken, és egyúttal a kisugárzott sugárzási teljesítmény zajszintje is, kb. 3 decibellel csökken.

Amint az 5A. ábra szerinti összehasonlításból jól érzékelhető, a találmány szerinti 1 sín 2-4. ábrák szerinti példakénti kiviteli alakjai a hagyományos sínprofilhoz képest jelentősen csökkentett zajszintűek, ezáltal a környezet zajterhelése (különösen nagyobb szállítási sebességeknél) alkalmazásukkal hatásosan csökkenthető, tehát a találmány környezetvédelmi jelentősége számottevő.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Sín, főleg vasúti sínpályákhoz, amelynek támfelülettel ellátott sínlába, síngerince és hordozófelülettel rendelkező sínfeje van, amelynél a sín teljes magassága, a sínfej szélessége és a súlyponttengely körül mért tehetetlenségi nyomatéka, valamint keresztmetszeti tényezője lényegében megfelel az azonos terhelhetőségű szabványos profilokénak, azzal jellemezve, hogy a sín (1) keresztmetszetprofilja magassági tengelyre (Y) szimmetrikusan van kialakítva, továbbá a síngerinc (3) gerinc-oldalfelülete (31) a láboldali átvezetőszél (32) - azaz a sínlábnak (2) a gerinc-oldalfelületbe (31) való átmeneti széle - és a súlyponttengely (X) közötti alsó részen (31 ’) a sín (1) keresztmetszetében töréspontmentes, konkáv, lekerekített kialakítású.
2. Sín, főleg vasúti sínpályákhoz, amelynek támfelülettel rendelkező sínlába, síngerince és hordozófelülettel rendelkező sínfeje van, valamint a teljes magassága, a sínfej szélessége és a súlyponttengely körül mért tehetetlenségi nyomatéka és keresztmetszeti tényezője lényegében megfelel az azonos terhelhetőségű, szabványos sínprofilokénak, azzal jellemezve, hogy a sín (1) keresztmetszetprofilja a magassági tengelyre (Y) szimmetrikusan van kialakítva, továbbá, a sínláb (2) talpvastagsága (H) nagyobb, mint a szabványos sínnél.
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti sín, azzal jellemezve, hogy a síngerinc (3) gerinc-oldalfelületének (31) az alsó része (3Γ) és felső része (31”) a láboldali átvezetőszél (32) és a fejoldali átvezetőszél (34) között, azaz annál a szélnél, amelynél a sínfej (4) oldalfelülete (42) a gerinc-oldalfelület (31) felső részébe (31”) megy át, a sín (1) keresztmetszetében töréspontmentes vagy törésszakaszmentes, konkáv, lekerekített kialakítású.
4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti sín, azzal jellemezve, hogy a gerinc-oldalfelület (31) a sín (1) keresztmetszetében köríves vagy ellipszis alakú alsó részből (3Γ) és felső részből (31”) van kialakítva, és adott esetben olyan érintőlegesen átvezető, egyenes vonalú középső vagy összekötő oldalszakasszal rendelkezik, amelyen a súlyponttengely (X) halad keresztül.
5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti sín, azzal jellemezve, hogy a súlyponttengely (X) távközének (S) a sínláb (2) támfelületéről (21) mért értéke a sín (1) teljes magasságának (A) 0,5-0,38 közötti értékkel való szorzatának felel meg.
6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti sín, azzal jellemezve, hogy a súlyponttengelynek (X) a sínláb (2) támfelületétől (21) mért távköze (S) a sín (1) teljes magasságának 0,47 és 0,41 közötti értékkel való szorzatának felel meg.
7. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti sín, azzal jellemezve, hogy a sín (1) sínlába (2) a szabványos profilhoz képest csökkentett szélességű (B) és/vagy növelt lábvastagságú (H).
8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti sín, azzal jellemezve, hogy a sínfejnek (4) a sín (1) hordozófelületét (41) magában foglaló szakasza növelt keménységű anyagból van kialakítva a sínlábhoz (2) és a síngerinchez (3) képest.
9. Az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti sín, azzal jellemezve, hogy a sín (1) támfelületét (21) magában foglaló központi, a magassági tengelyre (Y) szimmetrikusan elhelyezkedő szakasza a sínlábon (2) a síngerinchez (3) képest növelt keménységű anyagból van kialakítva.