RO117716B1 - Profil de sina de cale ferata cu nivel redus de zgomot - Google Patents

Abstract

Inventia se refera la un profil de sina, in special de tipul celor folosite in constructia de cai ferate, si care prezinta un nivel redus de zgomot, transmis prin aer in conditii de trafic. Profilul de sina de cale ferata cu nivel redus de zgomot, conform inventiei, prezinta o sectiune transversala, prin profilul de sina (1), simetrica in raport cu axa verticala (Y). Portiunea inferioara (31') asuprafetei laterale (31) a inimii (3) de sina (1), cuprinsa intre muchia inferioara de racordare (32) respectiv muchia ce se formeaza in punctul de racordare dintre talpa (2) de sina (1) si suprafatalaterala (31) a inimii de sina, si axa orizontala (X) ce trece prin centrul de greutate a sectiunii, prezinta o racordare curba concava, fara puncte sau zone de frangere. Intr-o varianta de realizare, inaltimea (H) a talpii sinei (1) este mai mare decat cea a unei sine standardizate. Intr-o alta varianta de realizare, suprafata laterala (31), ce apare in sectiunea transversala a sinei (1), este alcatuita dintr-o portiune inferioara (31') si o portiune superioara (31'') in forma de arc de cerc sau arc de elipsa si mai cuprinde, eventual, o portiune mediana sau intermediara, plana, racordata tangential si dispusa in dreptul axei orizontale (X) care trece prin centrul de greutate. Intr-o ultima varianta, are distanta (S), masurata intre axa (X) ce trece prin centrul de greutate al sinei (1)si suprafata de rezemare (21) a talpii (2) de sina (1), ce reprezinta o fractiune cuprinsa intre 0,47 si 0,41 din inaltimea totala (A) a sinei (1).

Description

Invenția se referă la un profil de șină, în special, de tipul celor folosite în construcția de căi ferate, și care prezintă un nivel redus de zgomot transmis prin aer în condiții de trafic; șina este alcătuită dintr-o talpă cu o suprafață de rezemare, o inimă și o parte superioară și formă de ciupercă, și la care înălțimea totală a șinei, de preferință lățimea ciupercii și îndeosebi momentul de inerție și momentul de rezistență față de axa de simetrie prezintă valori echivalente, în principiu, cu cele ale profilelor normale de șină cu aceeași capacitate de încărcare.

Șinele reprezintă bare profilate din oțel laminat și se utilizează la realizarea de căi de rulare și, în special, în construcția de căi ferate pe care se desfășoară, în condiții economic avantajoase, transportul de bunuri. Pe suprafața de rezemare a porțiunii superioare de șină ce poartă denumirea de ciupercă, rulează roțile metalice,de preferință, din oțel sau prevăzute cu un bandaj de oțel. Talpa șinei, diametral opusă părții superioare în formă de ciupercă și legată de aceasta prin inima șinei, este legată de infrastructură prin intermediul suprafeței de rezemare a tălpii.

în paralel cu dezvoltarea sistemelor de transport pe calea ferată, au fost optimizate funcțional și apoi standardizate diverse secțiuni de șină, adaptate încărcărilor și condițiilor specifice de exploatare. Tipul de șină standard, curent utilizată în Europa, poartă denumirea de profil UIC 60, are o greutate de circa 60 kg/m și impune respectarea unor toleranțe dimensionale extrem de strânse - de exemplu ± 0,6 mm pentru înălțimea totală a șinei și ±0,5 mm pentru lățimea părții superioare în formă de ciupercă. Asemenea toleranțe strânse sunt determinante, în special, pentru realizarea unei geometrii riguroase în construcția liniei ferate și prin care se urmărește creșterea vitezei de circulație a trenurilor fără ca prin aceasta să fie afectat confortul călătorilor și fără a se ajunge la solicitări dinamice importante. în prezent se realizează și se utilizează șine la care ciuperca prezintă o duritate crescută și prin care se urmărește diminuarea uzurii.

în pofida unei maxime precizii dimensionale, a unor caracteristici deosebite de rezistență și planeitate a șinelor, pe parcursul derulării traficului feroviar intervin, în mod inevitabil, oscilații ale vagoanelor și se ajunge la o emisie de zgomot transmis prin aer care poate atinge, în special, la viteze de transport ridicate, o intensitate suficientă pentru a constitui o sursă importantă de poluare a mediului înconjurător. S-a putut constata că zgomotul produs de circulația trenurilor este datorat, în mare măsură, zgomotului emis de suprafața șinelor și transmis prin aer.

S-au făcut încercări de diminuare emisă și apoi transmisiei prin aer prin adoptarea unei izolări fonice a suprafețelor exterioare a elementelor din care este alcătuită șina.

O placare cu un material prin care să se atenueze vibrațiile - așa cum se propune în documentațiile de brevet DE-A-4225581 sau AT-AS-652/90 - are o eficiență limitată, implică costuri suplimentare considerabile, împiedică un control vizual al șinelor ce intră în alcătuirea unei linii ferate și conduce, prin însăși natura sa, la un consum ridicat de polimeri armați și deci la o poluare a mediului înconjurător. Se mai cunosc diverse soluții - de exemplu, din documentația de brevet DE-OS 4411833 - de folosire a componentelor elastice ale organelor de asamblare în scopul limitării nivelului de zgomot emis și apoi transmis prin aer, recurgând la transferul vibrațiilor de la șină la infrastructură.

Toate dispozitivele și schemele generale propuse până în prezent și concepute în vederea diminuării nivelului de zgomot emis de șină și transmis prin aer prezintă, în general, dezavantajul că au o eficiență redusă și/sau sunt foarte costisitoare și se caracterizează prin aceea că vizează o limitare a fenomenului de transmitere a vibrațiilor generate de șină, respectiv de linia ferată.

în consecință, invenția își propune drept obiectiv să diminueze sau să controleze, de asemenea manieră vibrațiile șinelor în condiții de trafic și îndeosebi, la viteze de circulație

RO 117716 Β1 ridicate, încât să coboare nivelul total de zgomot emis de șine și transmis prin aer și să se 50 limiteze astfel poluarea sonoră a mediului înconjurător. Obiectivul pe care și-l propune invenția constă deci, în principal, în diminuarea vibrațiilor corpului, respectiv a șinei, ceea ce conduce implicit la diminuarea, prin mijloace simple, a efectului de emisie și la limitarea efectului de poluare sonoră a mediului.

în cazul unui profil de tipul menționat sus sus, obiectivul astfel definit se realizează 55 prin aceea că, cel puțin una din suprafețele laterale ale inimii se prezintă - cel puțin în zona inferioară cuprinsă între axa care trece prin centrul de greutate al secțiunii și muchia de racordare cu talpa, adică muchia în dreptul căreia se face legătura între talpă și suprafața exterioară a inimii - ca o suprafață de racordare concavă, fără puncte sau zone de frângere și/sau că se adoptă o îngroșare a tălpii prin comparație cu profilul standardizat de șină. 60 în mod surprinzător și contrar celor acceptate de specialiștii în domeniu, s-a putut constata că nu inima șinei, care face legătura între coroană și talpa șinei, ar fi elementul care, vibrând ca o membrană, contribuie în mod preponderent la emisia de zgomot. S-ar părea că, mai degrabă coroana și îndeosebi talpa șinei sunt elementele ce prezintă cel mai ridicat nivel de zgomot, conducând astfel la un nivel ridicat al presiunii sonore și, în final, la 65 poluarea sonoră a mediului înconjurător. Din punct de vedere științific nu au putut fi încă complet clarificate cauzele care conduc la o amplificare a vibrațiilor ondulatorii longitudinale sau la o accelerare în funcție de frecvență - de exemplu, în cazul unui braț al tălpii de șină; se admite însă că punctele sau zonele de frângere de suprafață sau modificările discontinue de grosime ale unei secțiuni pot constitui, din punctul de vedere al teoriei vibrațiilor, noduri 70 sau puncte de încastrare ce pot genera sau facilita amplificarea vibrațiilor în anumite zone ale unui profil - de exemplu, la brațul unei tălpi de șină. în înțelesul acestei invenții, îngroșarea tălpii șinei și/sau în mod deosebit, realizarea unui profil de racordare fără puncte sau zone de frângere la legătura dintre inima și talpa șinei, au drept urmare o modificare a vibrațiilor în zona tălpii și deci o diminuare a emisiei de zgomot în aer prin suprafețele tălpii, 75 cât și a transmiterii acestuia către infrastructura reflectorizantă.

O diminuare suplimentară a emisiei de zgomot se obține dacă se adoptă o alcătuire simetrică în raport cu axa verticală a secțiunii ceea ce are drept urmare o atenuare a tendinței de formare de noduri locale de vibrații în bara profilată.

Dacă, așa cum se prevede într-o dezvoltare ulterioară, suprafața laterală a inimii 80 urmărește în secțiune o formă rotunjită, concavă și lipsită de puncte sau zone de frângere, atât în porțiunea sa superioară, cât și în porțiunea sa inferioară, cuprinsă deci între muchia de racordare din dreptul tălpii și muchia de racordare din dreptul coroanei, aceasta din urmă fiind muchia ce se formează la intersecția dintre suprafața laterală a coroanei și porțiunea superioară a suprafeței laterale a inimii, se obține o atenuare suplimentară a vibrațiilor și 85 astfel și a fenomenului de emisie a zgomotului în atmosferă tocmai în dreptul acelor componente de șină care sunt, în principal, la baza acestor fenomene.

Din considerente de fabricație prin laminare și pentru minimizarea greutății dar, în mod deosebit, pentru diminuarea emisiei de zgomot propagat prin atmosferă, se consideră avantajos ca profilul de șină să fie astfel alcătuit, încât suprafața laterală a inimii să prezinte, 90 în partea de sus și în partea de jos. câte o porțiune circulară și/sau eliptică, de preferință, racordate printr-o porțiune mediană sau intermediară liniară, pe care o traversează axa care trece prin centrul de greutate al profilului. De asemenea, se consideră indicat ca grosimea minimă a inimii șinei să fie egală sau mai mare decât cea a unei șine standardizate.

O rezolvare constructivă deosebit de avantajoasă, care îmbină o capacitate portantă 95 ridicată cu un nivel coborât al emisiei de zgomot în atmosferă, se obține atunci când distanța dintre axa care trece prin centrul de greutate și suprafața de rezemare a tălpii șinei se situează, între 0,50 și 0,38 sau, de preferință, între 0,47 și 0,41 din înălțimea totală (A) a profilului de șină.

RO 117716 Β1

Există un mod simplu de a elimina în mare măsură sau, cel puțin, de a reduce la minimum sensibilitatea la vibrații a părților exterioare ale brațelor tălpii și care constă în micșorarea lățimii și/sau mărirea grosimii tălpii prin comparație cu dimensiunile adoptate la profilele standardizate.

Dacă, așa cum se consideră indicat, coroana și îndeosebi zona de rulare a unei șine concepute potrivit indicațiilor acestei invenții, sunt realizate dintr-un material de duritate ridicată, este posibilă o diminuare sensibilă a emisiei de zgomot prin comparație cu profilele standardizate la care această zonă constituie o sursă importantă de radiații sonore; dacă, în afară de aceasta, talpa șinei și îndeosebi acea zonă a șinei ce cuprinde suprafața de rezemare și este dispusă simetric în raport cu axa sunt executate dintr-un material de duritate ridicată, se obține o rezolvare constructivă caracterizată printr-o stabilitate deosebită și un nivel ridicat al parametrilor de exploatare.

în cele ce urmează se dă un exemplu de realizare a invenției, bazată pe rezultatele cercetărilor întreprinse și cu referire la fig. 1-6, care reprezintă:

- fig.1, secțiune transversală printr-o șină standarizată UIC 60;

- fig.2, secțiune transversală printr-o șină conform acestei invenții și la care zona tălpii apare îngroșată;

- fig.3, secțiune transversală printr-o șină la care suprafețele laterale ale inimii prezintă în partea inferioară racordări fără puncte de frânare;

- fig.4, secțiune transversală printr-o șină la care suprafețele laterale ale inimii sunt complet rotunjite;

- fig.5, reprezintă un grafic cu nivelul total de zgomot emis de o șină standardizată UIC 60 B, precum și de șinele (C, D și E),conform invenției, prezentate într-o comparație relativă;

- fig.6, reprezintă un grafic cu greutățile șinelor (B, C, D și E), într-o comparație relativă.

Profilul de șină de cale ferată cu nivel redus de zgomot, conform invenției, prezentată în fig.1, în secțiune transversală, o șină 1 standardizată tip UIC 60. Șina 1 are o înălțime totală A egală cu 172 mm, o înălțime a coroanei egală cu 47,5 mm și măsurată între suprafața de rulare 41 și muchia de racordare 34 cu suprafața laterală a inimii 31, și o lățime a tălpii notată cu B și egală cu 150 mm. Distanța S măsurată între axa X ce trece prin centrul de greutate și suprafața de rezemare 21 a tălpii 2 este egală cu 80,95 mm.

O asemenea șină 1 standardizată UIC 60, cu o greutate sau masă de 60,34 kg/m, a fost adusă în stare de vibrație prin aplicarea de impulsuri laterale, excentrice față de suprafața de rulare 41 și transversal, față de axa longitudinală. Vibrațiile au fost dirijate, atât orizontal, cât și vertical, și s-au determinat apoi atât nivelul total maxim de zgomot cât și zgomotul emis. Valorile determinate pentru o șină standardizată și reprezentate prin blocul B din fig.5, constituie parametrii de bază ai șinei 1 UIC 60 și au fost luate ca termen de comparație pentru rezultatele experimentale obțunute pentru tipurile de șine potriviit prevederilor acestei invenții. în fig.2 este arătată o șină 1 conform prevederilor acestei invenții, ce are o talpă 2 îngroșată, la care grosimea H a tălpii 2 este mai mare decât cea a unei șine 1 stadardizate UIC 60. în consecință, la o aceeași înălțime totală A a șinei 1, se micșorează distanța S măsurată de la axa orizontală X a centrului de greutate la suprafața de rezemare 21 și, așa cum arată blocul C din fig.6, crește într-o oarecare măsură greutatea șinei. în condițiile unor vibrații întreținute identice, se constată o diminuare a nivelului total de zgomot și o diminuare sensibilă a nivelului de zgomot transmis prin aer-vezi blocul C, din fig.5.

în fig.3 apare un profil de șină conceput potrivit prevederilor acestei invenții la care talpa 2 prezintă o înălțime H conform cu profilul standardizat UIC 60, cu deosebirea că porțiunea inferioară 31' a suprafeței laterale 31 a inimii 3, cuprinsă între muchia de racordare

RO 117716 Β1 cu zona tălpii 2 și intersecția cu axa orizontală X ce trece prin centrul de greutate, prezintă o racordare simetrică, după un arc de cerc și este lipsită de puncte de frângere. Prin 150 această alcătuire a fost posibil să se obțină, prin comparație cu o șină stadardizată și în condițiile unei excitații pulsatorii indentice, un nivel total de zgomot sensibil redus (vezi blocul D din fîg.5), și un nivel de zgomot emis diminuat, cu 1,05 nB, fără a se înregistra o creștere notabilă a masei șinei (vezi blocul D din fig.6).

în fig.4 apare un alt profil de șină 1 ,de asemenea, potrivit prevederilor acestei invenții, 155 care prezintă laturi de eclisă complet rotunjite, respectiv, la care suprafețele leterale 31 ale inimii 3 nu prezintă nici un punct de frângere între muchia de racordare 32 cu zona tălpii 2 și muchia de racordare 34 cu coroana 4 și la care porțiunile plan-paralele din zona mediană a inimii 3 din dreptul axei X ce trece prin centrul de greutate, se racordează tangențial cu porțiunile curbe. Este însă adevărat că prin îngroșarea continuă a inimii 3, între coroana 4 160 și talpa 2, conduce -așa cum se vede din blocul E din fig.6 - la o creștere a masei liniare a șinei 1. Așa cum se vede din blocul E din fig. 5, nivelul maxim total de zgomot reprezintă doar o fracțiune redusă din cel al unei șine 1 stadardizate UIC 60, iar nivelul însumat de zgomot emis se reduce cu circa 3,0 dB.

Prin comparație cu alte profite de șină standardizate, profilele de șină realizate potrivit 165 prevederilor acestei invenții prezintă, de asemenea, diminuări corespunzătoare ale nivelului total de zgomot emis.

Claims (9)

1. Revendicări

   170

   1. Profil de șină de cale ferată cu nivel redus de zgomot alcătuit dintr-o talpă de șină (2) având o suprafață de rezemare (21), o inimă de șină (3) și o coroană de șină (4) cu o suprafață de rulare (41), cu o înălțime totală a șinei (A, având un moment de inerție și un moment de rezistență în raport cu axa ce trece prin centrul de greutate și ale căror valori corespund, în principiu, cu cele ale unei șine standardizate de aceeași capacitate de 175 încărcare, caracterizat prin aceea că prezintă o secțiune transversală prin profilul de șină (1) simetrică în raport cu axa verticală (Y), iar porțiunea inferioară (3Γ) a suprafeței laterale (31) a inimii (3) de șină (1) cuprinsă între muchia inferioară de racordare (32), respectiv, muchia ce se formează în punctul de racordare dintre talpa (2) de șină și suprafața laterală (31) a inimii de șină, și axa orizontală (X) ce trece prin centrul de greutate al secțiunii, 180 prezintă o racordare curbă concavă, fără puncte sau zone de frângere.
2. 2. Profil de șină, conform revendicării 1 .caracterizat prin aceea că într-o variantă de realizare, are înălțimea (H) tălpii (2) șinei (1) mai mare decât cea a unei șine standardizate.
3. 3. Profil de șină, conform revendicărilor 1 sau 2, caracterizat prin aceea că por- 185 țiunea inferioară (3Γ) și porțiunea superioară (31) a suprafeței laterale (31) a inimii de șină (3) , cuprinse între muchia inferioară de racordare (32) și muchia superioară de racordare (34), respectiv muchia ce se formează în punctul de racordare dintre suprafața laterală (42) a coroanei de șină (4) și porțiunea superioară (3Γ’) a suprafeței laterale a inimii (3) de șină sunt astfel alcătuite, încât secțiunea transversală prin șina (1) să prezinte la exterior o 190 racordare curbă concavă, fără puncte sau zone de frângere.
4. 4. Profil de șină, conform uneia din revendicările de la 1 la 3, caracterizat prin aceea că, într-o altă variantă de realizare suprafața laterală (31) ce apare în secțiunea transversală a șinei (1) este alcătuită dintr-o porțiune inferioară (31') și o porțiune superioară (31*’) în formă de arc de cerc sau de elipsă și că mai cuprinde, eventual, o porțiune mediană sau 195 intermediară plană, racordată tangențial și dispusă în dreptul axei orizontale (X), care trece prin centrul de greutate.

   RO 117716 Β1
5. 5. Profil de șină, conform uneia din revendicările de la 1 până la 4, caracterizat prin aceea că, distanța (S) măsurată între axa (X) ce trece prin centrul de greutate al șinei (1) și suprafața de rezemare (21) a tălpii (2) de șină (1), reprezintă o fracțiune cuprinsă, între 0,50 și 0,38 din înălțimea totală (A) a șinei (1).
6. 6. Profil de șină, conform uneia din revendicările de la 1 până la 5, caracterizat prin aceea că, într-o ultimă variantă de realizare are distanța (S), măsurată între axa (X) ce trece prin centrul de greutate al șinei (1) și suprafața de rezemare (21) a tălpii (2) de șină, ce reprezintă o dimensiune cuprinsă, între 0,47 și 0,41 din înălțimea totală (A) a șinei (1).
7. 7. Profil de șină, conform uneia din revendicările de la 1 până la 6, caracterizată prin aceea că, prin comparație cu un profil de șină standardizată talpa (2) șinei (1) are o lățime (B) mai mică decât cea a șinei standardizate.
8. 8. Profil de șină, conform uneia din revendicările de la 1 până la 7, caracterizat prin aceea că, zona suprafeței de rulare (41) de pe coroana (4) a șinei (1) este realizată dintr-un material cu o duritate mai ridicată decât cea a materialului din care sunt executate inima (3) și talpa (2) șinei, cu păstrarea efectului de zgomot redus.
9. 9. Profil de șină, conform uneia din revendicările de la 1 până la 8, caracterizat prin aceea că, zona care cuprinde suprafața de rezemare (21) a tălpii (2) dispusă concentric și simetric în raport cu axa verticală (Y) a șinei (1), este executată dintr-un material cu o duritate mai mare decât a materialului din care este executată inima (3) a șinei (1).