Dynamiczne zużycie torowiska

Poza wpływem zjawisk fizycznych zależnych od warunków atmosferycznych, niebagatelny wpływ na zużycie torowiska ma stan techniczny pojazdów szynowych i zachowanie parametrów dynamicznych wózków oraz układu biegowego.

Podczas ruchu pojazdu szynowego po torze zarówno wózki, jak i zestawy kołowe, poza ruchem postępowym wykonują również niepożądane, chaotyczne oscylacje. Wynikają one z faktu, iż zestawy kołowe są łożyskowane z pewnym luzem i posiadają minimalną swobodę ruchu. Zakres tego ruchu zależy od stopnia zużycia pojazdu. Zużywanie się bieżni łożysk sprawia, iż fabryczny, minimalny luz powiększa się do rozmiarów wywołujących zauważalny, makroskopowy efekt. Dodatkowo, wózki posiadają pewną swobodę ruchu względem nadwozia, przy czopie skrętu. Również w tym zakresie pojazd ulega stopniowemu zużyciu. Wózki wyposażone są w tłumiki hydrauliczne. W cyklu eksploatacji, tłumiki mogą stać się nieszczelne, przez co olej wycieka. Dodatkowo, ulega on przepracowaniu w wyniku wielokrotnego przeciskania przez zawory tłumiące amortyzatora.

Wszystkie te efekty doprowadzają do rozchybotania części składowych złożonej i ciężkiej konstrukcji, jaką jest wózek pojazdu szynowego. Ruch takiego wózka wiąże się z powstawaniem sinusoidalnie zmieniających się nacisków bocznych na główkę szyny. Szyny i torowisko ulegają deformacjom.

Drganie zestawów kołowych zależne jest od krzywizny powierzchni tocznej koła. Kształt ten wraz z postępem techniki ewoluował od stożka do specjalnie dopasowanej, łukowej krzywej. Jeżeli koło posiada fabryczne parametry i kształt, to oddziaływanie na torowisko jest niewielkie. Jeśli jednak powierzchnia toczna zużyje się i ulegnie deformacji, a elementy wózka utracą fabryczne parametry, to powstaną duże siły oddziałujące na torowisko. Do zwiększania sił przyczyniają się też wadliwie funkcjonujące połączenia wózka z pudłem wagonu, a także zaniedbanie stanu tłumików hydraulicznych. Podsumowując, utrzymanie taboru w należytym stanie technicznym z zachowaniem parametrów zbliżonych do fabrycznych, wpływa istotnie na poziom zużycia torowiska.

Problem miał swoją szczególną odsłonę w Czechach. Na wyremontowanych szlakach kolejowych (np. z Pragi w kierunku wschodnim) okazało się, iż wagony osobowe wyprodukowane w NRD oraz czteroosiowe lokomotywy z prowadzeniem kolumnowym charakteryzowały się niespokojnym biegiem. Przeprowadzono szczegółowe badanie problemu. Okazało się, iż przyczyną drgania pojazdów były oszczędności w utrzymaniu pojazdów. W ich wyniku pojazdy traciły fabryczne parametry dynamiczne, takie jak sztywność prowadzenia zestawów kołowych i siła tłumienia amortyzatorów. Na odnowionych odcinkach linii kolejowych o bardzo dobrej geometrii i stabilności toru, pojazdy wpadały w samowzbudne drgania. Na odcinkach wyeksploatowanych drgania elementów jezdnych pojazdów kompensowały się wspólnie z nierównościami torowiska i bieg tych samych pojazdów był spokojniejszy.

Opis ten daje obraz temu, jak niewielkie zaniedbania w utrzymaniu taboru niweczyć mogą inwestycje warte miliardy złotych czy koron.

Podziękowania dla Jiri Bajer’a.