Egyiptomban is Ganz forgóvázak

Minden vasúti járműgyártó vállalat számára a forgóváz az egyik legfontosabb járműszerkezeti elem szerepét tölti be úgy a fejlesztés, a gyártás, mint a minőségbiztosítás vonatkozásában.

A forgóváz, mint kritikus szerkezeti elem, élet- és vagyonbiztonság szempontjából az üzemeltető számára is kiemelkedő fontosságú, amely egyébként a fokozott megbízhatóság, az egyszerű karbantarthatóság és hosszú élettartam műszaki jellemzőiben is jelentkezik, nem említve a hasonlóképpen fontos futásminőség kérdéskörét. Míg a gyártónál – már csak versenyképességi okok miatt is – a szerkezet adott funkciójának maradéktalan betöltéséhez tartozó minőség költségeinek, addig az üzemeltetőnél általában az ún. élettartamköltségeknek az optimalizálása, illetve lehetőség szerinti minimalizálása a cél.

Bár a Ganz gyár már a múlt század elején is nagy jelentőséget tulajdonított járművei futómű-kialakításának, azonban a módszeres fejlesztés kezdete tulajdonképpen a harmincas évek elejére tehető. A dolgok rendje szerint a hajtott forgóvázak kialakítása az ún. futó forgóvázak alapmegoldásainak, de a megvalósítandó hajtás műszaki jellemzőinek figyelembevételével történt.

A maga idejében rendkívül korszerű megoldás volt a teljes egészében csavarrugók beépítésével kialakított hordmű, a szoros csapágyvezetés, a szférikus görgős ágy és a különféle gumielemek kiterjedt alkalmazása, amely az ún. Ganz–Rónai-rendszerű forgóvázak létrehozásával a fejlesztés fontos mérföldkövének is tekinthető.

A forgóváz és a kocsiszekrény közötti kapcsolatban megjelent ún. Ganz–Rónai-csúszótám létrejötte a fejlődés szükségszerű következménye volt, hiszen a hajtott forgóvázaknál a motorteljesítmények és méretek növekedésével mind nehezebbé vált a hagyományos forgócsapos vagy forgótámos szekrénykapcsolat kialakítása. Ganz gyár az ún. Ganz–Rónai-alapelveken nyugvó forgóvázszerkezeteket a legkülönfélébb típusvariációkban az 1930-as évek közepétől egészen a nyolcvanas évek végéig alkalmazta.

A Ganz gyár az első nagyvasúti, dízelmotoros hajtott forgóvázát 1934-ben a MÁV-nak szállította. Ez a forgóváz kéttengelyes volt. Ilyen típusú, gyakorlatilag változatlan forgóvázak kerültek beépítésre a legendás hírű, ún. Árpád típusú sínautóbuszokba is.

Meg kell említeni, hogy a Ganz–Rónairendszerű forgóváz a legfejlettebb formáját az 1965-től szállított, 6 részű egyiptomi luxusvonatok kialakításánál érte el. A hatvanas évek vége felé, a hetvenes évek elején a Ganz-MÁVAG a fejlesztő munka következő állomására jutott el, amikor is egy új, himba és súrlódó alkatrész nélküli egységes típuscsalád jött létre. A típuscsalád létrehozásánál két fő szempont játszott szerepet. Egyrészt a vasutak karbantartó személyzetének a legkevesebb munkát adni, a fenntartás szempontjából igénytelen konstrukciót kialakítani. Másrészt olyan szekunder rugózást létrehozni, amely minden lehetséges elmozdulás irányában a megfelelő karakterisztikával rendelkezik, vagyis függőleges és keresztirányban megfelelően lágy, ugyanakkor a pályaívekben szükséges keresztirányú visszatérítő erő kellő értékű.

A kerékpárok korábban megszokott, csapágyvillás szoros vezetése helyett a Wegmann-típusú forgóvázaknál is alkalmazott, gumiba ágyazott terelőkaros vezetés került alkalmazásra.

A kerékpárok szoros, de rugalmas, hosszirányú párhuzamos vezetése mellett lágy, rugalmas, keresztirányú vezetés alakul ki. A járműszekrény és a forgóváz közötti kapcsolatot csavarrugók és azokkal sorba kapcsolt, rétegelt szekrénytám gumirugó, valamint mindkettővel párhuzamosan kapcsolt, a forgócsapot helyettesítő rétegelt gumirugók képezik. Az egész rugórendszer mind függőlegesen, mind keresztirányban megfelelő csillapítással rendelkezik.

A szekunder rugózás függőleges rugózási jellemzőit a szekrénytám gumirugó és csavarrugó nyomómerevsége és a forgócsapot helyettesítő gumirugók függőleges irányú nyírómerevsége együtt határozza meg. A függőleges statikus besüllyedés túlnyomó részét a csavarrugók biztosítják, mivel a szekrénytám gumirugók statikus besüllyedése ennél lényegesen kisebb.

A szekunder rugózás keresztirányú jellemzőit a négy csavarrugó és a velük sorba kapcsolt négy szekrénytám gumirugó, valamint a forgócsapot helyettesítő gumirugók párhuzamos működéséből származó eredő keresztirányú rugómerevség szabja meg. A forgóváz elforgatással szembeni merevségét a csavarrugók és a velük sorba kapcsolt szekrénytám gumirugók járműhosszirányú eredő rugómerevsége határozza meg.

A szekunder rugólépcsőben lévő csavarrugók és a rájuk támaszkodó szekrénytám gumirugók a forgócsapot helyettesítő gumirugókkal együtt az üzem közben fellépő erők hatására a tengelyükre merőleges merevségeik arányában térnek ki kereszt- és hosszirányban. Ennek megfelelően a téglatest alakú szekrénytám gumirugó oldal-, illetve hosszaránya és elhelyezése olyan, hogy a megfelelően megválasztott, téglatest alakú forgócsapot helyettesítő gumirugókkal együtt keresztirányban a szokásos elmozdulások mellett a kívánt visszatérítő erőt is adja, ugyanakkor járműhosszirányban kanyarba állásnál a lehető legkisebb ellenállás adódjék.

A forgócsapot helyettesítő gumirugók nyírómerevsége függőleges irányban zérus vagy negatív, ily módon a függőleges rugózást nem keményíti, de ugyanakkor járműhosszirányban a vonó, fékező és dinamikus tömegerőket rugalmasan közvetíti. A forgócsapot helyettesítő rétegelt gumi beszerelése célszerűen kialakított, állítható előfeszítő szerkezettel történik. A konstrukció további jellemzője a forgóvázkeret és a forgócsapkonzol közötti gumi oldalütköző. Az oldalütköző karakterisztikája progresszív, és törésmentesen simul a keresztirányú rugózás eredő karakterisztikájához, ily módon működésbe lépésük ütésmentes. A forgóváz szekunder rendszerében stabilizátorszerkezet került alkalmazásra, amely a forgóváz két oldalán elhelyezkedő, sorba kapcsolt rugórendszereket összeköti, és a rugók tengelyére merőleges erők hatására a kétoldali rugórendszerek szabatos, párhuzamos működését biztosítja (1. ábra).

Az ismertetett megoldás GA-1084 szám alatt szabadalmaztatásra került, megalkotása a Ganz-MÁVAG Vagontervezési Osztály munkatársai, Gáspár György főkonstruktőr, dr. Zupán Péter vezető tervező és Juhász Ernő tervező nevéhez fűződik.

Az ún. Ganz univerzális forgóvázcsalád szakmai sikerét jelzi, hogy 1972-ben a Brünni Nemzetközi Vásár szabadalmi pályázatának aranyérmét nyerte el, illetve annak licencét 1979-ben a svájci SIG, 1980-ban a spanyol Babcock Wilcox, majd pedig 1984-ben az egyiptomi SEMAF cég is megvásárolta.

Érdekességként elmondható, hogy az 1981–82-ben Bangladesbe szállított 22+38 db 1000 mm nyomtávolságú dízelhidraulikus mozdony forgóvázai is a fenti univerzális család elvein alapultak, illetve hogy a Tunéziai Vasutak számára 1984-ben szállított 20 db 2400 LE (1465 kW) névleges teljesítményű dízel-hidraulikus mozdony 140 km/h sebességre engedélyezett futóművénél is ez került alkalmazásra, miután az SNCFT a korábban számára szállított motorkocsik futóműveivel igen kedvező tapasztalatokat szerzett.

A nyolcvanas évek közepén részben a fentebb ismertetett forgóváz szerkezetekkel nyert tapasztalatok, részben a műszaki fejlődés előrehaladása következtében szükségessé vált egy újabb forgóvázcsalád fejlesztésének elindítása. Kiderült ugyanis, hogy bár az univerzális forgóvázcsalád kiváló futástechnikai tulajdonságokat mutatott a gyakorlatban is, bizonyos pályaviszonyok között relatíve rövid üzemidő után nyomkarima-élesedés léphet fel, amely arra utal, hogy a forgóvázak rendkívül érzékenyen reagálnak a pályaívekre, ugyanis a „szögemeltyűs” rendszerű ágytokbekötés mechanikai elvéből adódóan a bekötő gumielem merevségi, illetve szilárdsági viszonyait befolyásolja. Emellett ebben az időszakban már a további sebességnövelés igénye is szükségszerűen fellépett.

Így a Ganz-MÁVAG módszeresen elkezdett foglalkozni egy olyan forgóváz család kifejlesztésével, amelynél a nagyobb sebességekre való törekvés következtében az ún. kritikus sebességet magasabb sebességtartományba lehet kitolni, másrészt azonban a futó-, illetve nyomkarimafelület élettartama a korábbiakhoz képest megnövekedhet. Bár ismert, hogy a nyomkarimakopás mértéke nyomkarimakenéssel csökkenthető, azonban mégis a forgóváz paramétereit kell úgy megválasztani, hogy a kopás lehetőleg a gyakorlati üzem szempontjából elfogadhatóan kis értékű legyen.

Mint tudjuk, a nyomkarimakopás értékeit alapvetően a terelőerő, az ún. nekifutási szög határozza meg, de hatással van rá a forgóvázon belüli tengelytávolság, az ún. momentán forgási centrumtávolság, a nyomkarima, illetve futófelület kialakítása, és a futó, illetve érintkező felületeken fellépő súrlódási tényezők, valamint bizonyos értelemben a kerék/sín anyagminősége is.

A problémakör összetettsége szükségessé tette a kérdéscsoport ún. rendszerszemléletű kezelését. Ez annyit jelent, hogy a kerék-sín csatlakozástól a csapágyazás, a csapágyvezetés, a kerékpármegfogás, a másodlépcsős rugózás, a forgóváz-szekrény kapcsolaton keresztül a szekrényszerkezetig alkalmazott szerkezeti elemeket egymás kölcsönkapcsolatában, kölcsönhatásában – mint rendszert – szükséges figyelembe venni. A korábbi, ún. Haumann-féle statikus szemléletet dinamikus megközelítéssel kellett felváltani, és az ún. kúszási, „creep” erőket és azok „munkáját” is figyelembe kellett venni.

Úgy találtatott, hogy a kerék, futófelület és a sín együttműködésében progresszív kerékprofilt alkalmazva (amelyre példa az MÁV S1002 vagy a K5, illetve a K6 profil) egy kerékpár két kerekének kerék-sín érintkezési pontjain fellépő sugárkülönbség következtében a pályaív külső sínszálán futó kerék nagyobb utat tesz meg, mint a belső sínen futó. Ha ezt egy viszonylag lágy kerékpárvezetéssel kialakulni engedjük, úgy automatikusan a kerékpár radiális beállása következik be, amely egyúttal a nekifutási szög csökkenését és ezzel együtt a nyomkarimakopás jelentős csökkenését eredményezi.

Ezt a hatást a merev kerékpárvezetés nem engedi kifejlődni, sőt állandó kerékcsúszásokat eredményez. Elméletileg és kísérletileg is igazolható, hogy egy forgóváz képes egy adott sugarú pályaívbe csúszás és kerékkarima- sínérintkezés nélkül beállni, amennyiben a hosszirányú kerékpárvezetés kellőképpen rugalmas, és a kerék-futófelület ún. egyenértékű kúpossága 0,2 érték feletti.

Tudomásul kellett azonban venni, hogy a rugalmas hosszirányú vezetés nem alkalmazható tetszés szerinti mértékben, hisz annak csökkentése egy bizonyos határ alá a stabil futás határsebességének csökkenéséhez vezet. Ugyanez a hatása az effektív kúposság növelésének is. Ezért a két érték bonyolult számításokkal történő igen gondos megválasztása szükséges ahhoz, hogy mind a futásjóság, mind pedig a nyomkarimakopások szempontjából kielégítő kompromisszum jöjjön létre, de – mint fentebb már jeleztük – figyelemmel kellett lenni a kerék anyagminőségére is. A fenti meggondolások alapján került kialakításra az új forgóvázcsalád, amely először a MÁV részére készített BDV típusjelű elővárosi villamos vonat futóműveként került beépítésre, úgy hajtott, mint futó változatban (1. és 2. kép).

Ezen új forgóváz-típuscsaládnál a forgóváz és a kocsiszekrény között az univerzális családnál már jól bevált szekunder rugórendszer gyakorlatilag változatlanul alkalmazásra került, de a kerékpárvezetési rendszer gyökeresen megváltozott. A korábbi típuscsaládnál alkalmazott, igen merev kerékpárvezetéssel szemben itt a hosszirányú merevség jelentős mértékben csökkentésre került, a keresztirányú merevség gyakorlatilag változatlanul tartása mellett. A munka támogatására a vállalat konstrukciós fejlesztő részlegénél telepítésre került egy ún. CAD számítógépes tervezést segítő rendszer, valamint egyúttal a méréstechnikai háttér is korszerű mérő- és kiértékelő eszközökkel lett megerősítve.

A fejlesztési munka során az is kiderült, hogy a forgóvázak gyártási pontosságának rendkívüli fontossága van. Az elméleti vizsgálatok azt igazolták, hogy a kerékpárok vezetésében jelentkező ±1 mm nagyságrendű ún. párhuzamossági hiba a kerékpárok ±6 mm értékű keresztirányú kilendüléséhez is vezethet, ami már tartós nyomkarimán való futást és az ezzel járó jelentős kopást eredményezhet. Ezért igen fontos szempont volt a forgóvázkereten a kerékpárvezetés geometriájának szigorú tűrésezése, és ezen tűrések betartása a gyártás során, valamint korrekt ellenőrzésük megvalósítása. Az elvégzett elméleti vizsgálatok és gyakorlati konstrukciós tevékenység alapján 2 db kísérleti GH250 típusú forgóváz készült abból a célból, hogy azokon a Bundesbahn Zentralamt München Intézetnél az UIC szerinti, ún. görgős próbapadi vizsgálatok elvégeztethetők legyenek.

A 2 db forgóváz 5055 2205 018-4 pályaszámú Bmx kocsi alá került beépítésre, majd a Bundesbahn Zentralamt telephelyén 1991. 04. 19. 13:14 és 1991. 04. 25. 14:36 időpontok között került sor az effektív vizsgálatok lefolytatására (3. kép).

A forgóváz végül is az UIC 515 szerinti vizsgálati eljárások során megkapta a 250 km/h engedélyezett sebességű futástechnikai minősítést. A GH250 típusjelű forgóvázcsaládhoz tartozó forgóvázak szállítási adatait a táblázat tünteti fel. Külön fel kell hívni a figyelmet a MÁV BVmot sorozatú, ún. intercity, valamint Bhvmot ún. elővárosi aszinkron villamos vonatai alatt alkalmazott hajtott forgóváz (4. kép) megoldásokra, amelyek elvben azonosak, csak az engedélyezett sebesség különbözőségéből adódó áttételben van közöttük eltérés.

A vontatómotorok „rugózottan” kerültek beépítésre, amelyek egy megfelelő tengelyhajtóművön keresztül kapcsolódtak a kerékpártengelyhez. A forgóvázak mechanikus fékezése a kerékpártestre helyezett féktárcsákon keresztül valósult meg. A vontatómotorokat, illetve a tengelyhajtóműveket az ADtranz cég szállította. Az időközben felmerült – elsősorban export – igények alapján az 1000 mmes nyomtávolság figyelembevételével a kilencvenes évek elején kifejlesztésre került a GH150 típusjelű, légrugós forgóvázcsalád, amely felsővezetékes villamos vonatok hajtott és futó forgóvázaként került alkalmazásra, illetve értékesítésre (5. kép).

A Ganz-MÁVAG, illetve a Ganz-Hunslet Rt. utódjaként a Ganz Holding Zrt. Ganz Motor Kft. nevű cége folytatta tovább az elődök forgóvázfejlesztési és –építési gyakorlatát. Az említett korábbi előzmények alapján folytatódott az egyiptomi SEMAF cég részére jelentős mennyiségű ún. Ganz univerzális személykocsiforgóváz-részegység szállítása, amelyekből a helyszínen szerelték össze a kész forgóvázakat (6. kép).

A közelmúltban a vállalat szerződést kötött az MÁV FKG Felépítmény-karbantartó és Gépjavító Kft. 4 db darus szakszolgálati járművéhez szükséges 4 db hajtott (2. ábra) és 4 db futó forgóváz szállítására, amely forgóvázak a korábbi BDV motorkocsi hajtott és futó forgóvázainak műszaki megoldásait követték.

Fontos körülményként meg kell említeni, hogy a vállalatnál GH250-2.1 típusjel alatt megtervezett szerkezetek a ma érvényes szabványelőírásoknak megfelelően kerültek kialakításra és effektív legyártásra. Külön rá kell mutatni, hogy a teherviselő szerkezetek az MSZ EN 13749, a kerékpárok az MSZ EN 13260, a csavarrugók az MSZ EN 13906, míg a hegesztett szerkezetek az MSZ EN 15085 szabványok előírásait teljesítik, amelyet Notified Body cégként a szlovén SIQ intézet által kiállított Suitability for USE Certificate 1304-7-CV-2012-RST-EN-06 számú, 2012. december 12-i keltű dokumentum is bizonyít. A forgóvázkeretet a Ganz Holding Zrt. tagvállalata, a Ganzeg Kft. készítette. Az első futó forgóváz 56001F gyári szám alatt még 2012. december 28-án, az 56002H hajtott forgóváz pedig 2013. január 14-én átadásra került a megrendelő részére (7., 8. és 9. kép).

A Ganz Motor Kft. 2013. december 19-én szerződést kötött az időközben a MÁV-Start Zrt.-be szervezetileg már beolvadt MÁV-Gépészet Zrt.-vel, mint megrendelővel, a MÁV Központi Felépítményvizsgáló Kft. mint végső felhasználó részére az FMK 008 jelzésű mérőkocsihoz készítendő 2 db GH250 2.1M hajtott forgóváz szállítására. A forgóváz 120 km/h engedélyezett sebesség, valamint 17 t ún. szolgálati tengelyterhelés figyelembevételével került kialakításra, amelynek műszaki megoldásai lényegében a korábbi BDV motorkocsi forgóvázát követik, de természetesen a ma érvényes szabványelőírásoknak megfelelően. Érdemes megjegyezni, hogy a 63010H gyári szám alatt (másodikként) készülő hajtott forgóváz lesz a GH250 típuscsalád 600. elkészített darabja. Az effektíve a mai előírásoknak megfelelően létrehozott forgóváztípus, amely a fentiek szerinti megfelelő minősítésekkel rendelkezik, alapot nyújt arra, hogy azokból az ún. családelv alapján további változatok szállítására kerülhessen sor.