Výhybky se zpružněnými uzly upevnění v ŽST Ústí nad Orlicí

• Foto

ÚVOD
Výhybky, resp. i jiné kolejové konstrukce (kolejové křižovatky apod.), jsou oproti běžné koleji konstrukčně složitější. Jejich větší ohybová tuhost ve svislém směru je dána tím, že jsou v příčném řezu tvořeny mnohem větším počtem ocelových prvků – mimo obvyklých 2 kolejnicových pásů jsou zde jazyky, srdcovka/y, přídržnice a další, které významně ztužují výhybku. Ocelové konstrukce jsou současně ukládány na mnohem robustnější a delší betonové pražce než v běžné koleji. Při přechodu vozidla z běžné koleje do výhybky dochází zároveň k přechodu do oblasti s vyšší tuhostí, což s sebou nese, především při vyšších rychlostech, větší dynamické namáhání, které zapříčiňuje dřívější degradaci výhybky, tedy obvykle rozpad GPK, rychlejší opotřebení a častější výskyt vad jednotlivých prvků výhybky (zejména jazyků a srdcovek). Cílem projektu je vyrovnání tuhosti po délce výhybky a její naladění na srovnatelnou úroveň s přilehlými úseky běžné koleje. Tímto bude dosaženo nejen zvýšení jízdního komfortu pro cestující, ale i snížení nákladů za údržbu jak samotných výhybek, tak vozidel.

VÝVOJ SYSTÉMU UZLU UPEVNĚNÍ
DT – Výhybkárna a strojírna, a. s. připravila návrh zpružnění umístěného přímo v uzlu upevnění. Vycházeli jsme z předpokladu, že čím blíže působišti sil bude zpružnění realizováno, tím větší efekt zpružnění by měl nastat. Vývoj výhybky postupoval následujícími kroky. Byl vytvořen 3D numerický model výhybky tvaru J60-1:12-500-I, který byl zatěžován statickými a dynamickými silami, které simulují zatížení odpovídající reálnému provozu (viz [5]). Z výsledků výpočtového modelování vyplynulo, že nejtužšími místy ve výhybce jsou výměnová část a srdcovka. Následoval vývoj vlastního konstrukčního řešení uzlů upevnění, předepsaná série laboratorních zkoušek (viz [1]) a nakonec výroba dvou kusů výhybek tvaru J60-1:12-500-I s těmito speciálně vyvinutými zpružněnými uzly upevnění. Výhybky byly v srpnu roku 2014 vloženy do jednoduchých kolejových spojek mezi hlavními kolejemi právě modernizované ŽST Ústí nad Orlicí (výhybky č. 2 a 3). Zbývající výhybky ve spojkách (č. 1 a 4) jsou standardní konstrukce, při čemž výhybka č. 4 bude sloužit jako referenční pro zhodnocení přínosu zpružnění (viz [2]).

Výsledným technickým řešením se zpružněné výhybky zásadním způsobem neliší od standardně dodávaných výhybek. Zpružnění je řešeno v místě kluzných stoliček a podkladnic pod srdcovkou. Při vývoji těchto uzlů upevnění byl brán ohled na stávající polohu hmoždinek na pražcích, aby bylo možné použít pražce používané do standardních výhybek. Ostatní části výhybek jako opornice, jazyky, přídržnice, srdcovka, betonové a žlabové pražce, závěrové mechanismy apod. zůstávají stejné, tzn., že je zajištěna jejich vzájemná zaměnitelnost a nedochází tak k nárůstu sortimentu náhradních dílů.

Kluzná stolička standardních výhybek má pryžovou podložku umístěnou pouze pod opornicí. Opornice tedy spočívá na relativně pružné podložce a je obvykle upevněna z vnější strany pružnou svěrkou Vossloh Skl24 (Skl12) a z vnitřní strany speciální pružnou sponou procházející kluznou deskou. Částečná pružnost opornice je tedy v tomto případě na rozdíl od jazyka zajištěna. Samotný jazyk se ale pohybuje po kluzné ploše, která je pevnou součástí ocelové podkladnice, čímž svislou tuhost uzlu upevnění zvyšuje. Dochází zde k disproporci v tuhosti mezi opornicí a přiléhajícím jazykem, což je nežádoucí. Snahou tedy bylo, aby byl nově pružný prvek umístěn nejen pod opornicí, ale i pod jazykem. Toho bylo docíleno konstrukcí odnímatelné kluzné plochy (kluzná plocha již není pevnou součástí kluzné stoličky), která leží, stejně jako opornice, na pružné podložce (obr. 1). Výsledná tuhost vyráběných podložek byla optimalizována vzhledem k zajištění homogenních poklesů na ostatních částech výhybky dle výsledků výpočtového modelu [5]. Pro porovnání materiálu pro výrobu těchto podložek byli vybráni dva dodavatelé. Ve výhybce č. 2 jsou instalovány podložky z materiálu EPDM Cellentic od firmy Vossloh a ve výhybce č. 3 jsou podložky z pryže od firmy Renogum.

Upevnění srdcovky vychází také z původního provedení uzlu upevnění, ve kterém spodní část odlitku srdcovky leží na žebrových podkladnicích s pružnou podložkou. Bylo vyvinuto řešení, ve kterém byla vytvořena podkladnice s žebry a vyfrézovanou kapsou, do které je vložena rozvinutelná pružná podložka tloušťky 8 mm s roznášecí deskou (viz obr. 2). Až na této roznášecí desce je uložena obvyklá pružná podložka pod srdcovku a na ní leží odlitek srdcovky upevněný standardními pružnými svěrkami Skl24. Zpružnění je realizováno v srdcovkové části pouze pod odlitkem srdcovky, jedná se o 9 uzlů upevnění. Tuhost podložky byla, stejně jako v případě kluzné stoličky, optimalizována podle výpočtového modelu. Rozvinutelné podložky jsou u obou výhybek vyrobeny z materiálu EPDM Cellentic. Horní podložka pod srdcovku je pak již z obvyklé pryže a její účel je především separační, aby neležel ocelový odlitek srdcovky přímo na ocelové roznášecí desce.

SLEDOVÁNÍ VÝHYBEK
Výhybky byly vyrobeny a následně vloženy do koleje v ŽST Ústí nad Orlicí v srpnu roku 2014 [2] a jsou nyní v provozních podmínkách v pravidelných intervalech sledovány, kontrolovány a měřeny. Sledování stavu výhybek je velmi komplexní a zajišťuje ho hned několik subjektů, a to především DT – Výhybkárna a strojírna, VUT v Brně, ČVUT v Praze a Univerzita Pardubice. Monitoring je prováděn od účinků na železniční spodek (zemní pláň, pláň tělesa železničního spodku) přes železniční svršek (vady mikrogeometrie kolejnic, GPK) až po vliv na samotná vozidla (dynamické účinky na podvozku lokomotivy). U všech naměřených dat je sledován rozdíl mezi zpružněnými výhybkami č. 2 a 3 a referenční standardní výhybkou č. 4. Díky nainstalovanému měřiči projeté zátěže TON1 lze všechna data vztáhnout k projeté zátěži. Většina měření je prováděna 2× ročně, některá měření 4× ročně.

DT – Výhybkárna a strojírna, a. s. provádí měření GPK výhybek (rozchody koleje, ojetí hrotu srdcovky) a pomocí 3D skeneru sleduje ojetí vybraných namáhaných částí výhybek (jazyky, srdcovky). Je rovněž sledován a evidován výskyt nejrůznějších vad kolejnic (headcheck, převalky apod.).

ČVUT v Praze sleduje podélnou výšku kolejnicových pásů metodou přesné nivelace, poklesy pražců pod zatížením při průjezdu vlaku, čímž vyhodnocuje také stav a změny kvality železničního svršku a spodku. Dalším sledovaným parametrem je hluk emitovaný průjezdem vlaků přes výhybky.

VUT v Brně provádí měření na zabudovaných tlakových snímačích a měřicích kamenech, čímž zjišťuje dynamickou odezvu od projíždějících vlaků ve třech výškových úrovních (zemní pláň, pláň tělesa železničního spodku, kolejové lože). Dále pomocí snímačů posunutí měří pohybové chování konstrukce výhybky a jejich částí pod zatížením a také hodnotí šíření vibrací v jednotlivých částech výhybky.

Účinek zpružnění z pohledu vozidel je vyhodnocován ve spolupráci s Dopravní fakultou Jana Pernera Univerzity Pardubice. Měření je prováděno na ložiskových skříních náprav lokomotivy, kam jsou umístěny snímače zrychlení. Toto měření bývá obvykle prováděno v rámci běžného provozu, kdy je vybrána lokomotiva vhodného vlaku, zpravidla kategorie EC, a na ni je před jízdou umístěna veškerá potřebná měřicí technika. Hlavním kritériem je, aby vlak, který měří, projížděl stanicí Ústí nad Orlicí po hlavních kolejích, aby průjezd přes sledované výhybky byl při maximální možné rychlosti (v případě vlaku EC, který je řazen z vozidel umožňující průjezd obloukem s nedostatkem převýšení I = 130 mm, je maximální rychlost v místě výhybek 130 km/h). Potřeba přiblížení se co nejvíce maximální možné rychlosti
je dána tím, že při zvyšující se rychlosti se zvětšuje dynamické namáhání a tím také dynamická odezva výhybek.

Na sledování kvality GPK koleje se podílí také TÚDC prostřednictvím výstupů z měřicího vozu železničního svršku, který stanicí projíždí 3× ročně. Výstupem jsou data různých veličin GPK, např. rozchod a zborcení koleje, převýšení, podélná výška kolejnicových pásů apod. Těmito daty jsou doplňována a zpřesňována ostatní prováděná měření. Po ročním sledování zkušebního úseku nelze vzhledem k malé projeté zátěži vyvozovat žádné konečné závěry. Objektivní zhodnocení vlivu navrženého zpružnění výhybek lze očekávat po 5 letech provozního ověřování. Z provedených měření výškové polohy koleje lze zatím pozorovat pomalejší a rovnoměrnější sedání zpružněných výhybek oproti srovnávací výhybce. Na základě měření APK (absolutní prostorové polohy koleje) po přibližně půlroce provozu bylo rozhodnuto, že vzhledem ke stabilitě GPK bude upuštěno od třetího podbíjení v oblasti výhybek č. 2 a 3.

V roce 2016 je plánováno vložení 2 kusů zpružněných výhybek stejné geometrie se shodnými zpružněnými uzly upevnění na Slovensko k testování u ŽSR (Železnice Slovenskej republiky) do ŽST Sekule (trať Břeclav – Kúty – Bratislava), kde bude probíhat obdobné sledování a vyhodnocování vlivu zpružnění jako u SŽDC. Pokud testování dopadne pozitivně, budeme moci následně očekávat další rozšíření uplatnění zpružněných výhybek nejen v České republice ale i v zahraničí.

Článek vznikl za podpory výzkumného projektu Technologické agentury ČR, identifikační číslo TA01031297 „Zvýšení kvality jízdní dráhy ve výhybkách pomocí zpružnění“.

Autoři: Ing. Lukáš Raif, Ing. Bohuslav Puda, Ing. Jiří Havlík, Ing. Marek Smolka,

Recenze:
Ing. Miroslava Hruzíková, Ph.D.
VUT v Brně, Fakulta stavební,
Ústav železničních konstrukcí a staveb

POUŽITÁ A DOPORUČENÁ LITERATURA:
[1] BRUNA, František, Juraj SLOBODA, Filip BALÁŽI, Petr HAVLÍČEK a Josef ZBOŘIL. Skúšky konstrukčných prvkov železničného zvršku podľa európskych noriem. Nová železniční technika. 2013, číslo 1/2013, s. 22–28. ISSN 1210-3942.
[2] HAVLÍK, Jiří, Bohuslav PUDA, Lukáš RAIF a Marek SMOLKA. Výroba a vložení funkčních vzorků výhybek se zpružněním v uzlu upevnění. Nová železniční technika. 2015, číslo 5/2015, s. 12–16. ISSN 1210-3942.
[3] SMOLKA, Marek, Jaroslav SMUTNÝ a Hana KREJČIŘÍKOVÁ. Průběžná zpráva o realizaci projektu TA01031297 za rok 2013. Prostějov, 2013. Odborná zpráva o postupu prací a dosažených výsledků pro Technologickou agenturu České republiky.
[4] SMOLKA, Marek, Jaroslav SMUTNÝ a Hana KREJČIŘÍKOVÁ. Průběžná zpráva o realizaci projektu TA01031297 za rok 2014. Prostějov, 2014. Odborná zpráva o postupu prací a dosažených výsledků pro Technologickou agenturu České republiky.
[5] SMOLKA, Marek a Josef ZBOŘIL. Řešení problematiky zpružnění ve výhybkách. Nová železniční technika. 2011, číslo 2/2011, s. 24–28. ISSN 1210-3942.

Railway Switches with the Flexible Fastening of Track Attachment Nodes at the Railway Station in Ústí nad Orlicí
Since 2011, DT – Výhybkárna a strojírna, a.s. has been dealing with the project supported by the Technology Agency of the Czech Republic concerning the development of railway switches with the flexible fastening of track attachment nodes. The project has been also dealt with by the Institute of Railway Structures and Constructions of the Faculty of Civil Engineering of the Brno University of Technology and by the Department of Railway Structures of the Faculty of Civil Engineering of the Czech Technical University in Prague. Within the construction of “The Passage across Ústí nad Orlicí Crossing”, two switches with the flexible fastening of track attachment nodes were installed into the track at the Railway Station Ústí nad Orlicí in August 2014. The first two manufactured switches with flexible fasting are now being tested in simulated conditions at the Railway Infrastructure Administration of the Czech Republic. The testing of operation includes the monitoring of switches from the viewpoint of wear of the replaced operating parts and crossings, disintegration of geometrical parameters of track, noise caused by the vehicles in motion, tension in the underlying sleepers and last but not least, from the perspective of the dynamic response of passing railway vehicles.

Autoři

• Ing. Raif Lukáš
• Ing. Puda Bohuslav
• Ing. Havlík Jiří
• Ing. Smolka Marek

Výhybky se zpružněnými uzly upevnění v ŽST Ústí nad Orlicí