hirdetés
hirdetés

Vasúti búgócsigák

Vonat egy sínen

Léteznek olyan járművek, amelyek egy sínen futnak: az egy nyomon haladó giroszkópos (pörgettyűs) vonatok. Hogy mi értelme van egy sínszálra állítani a vonatokat, ha a két sínszálon futó társaik is jól működnek? Cikkünkből kiderül. 

hirdetés

A GyártásTrend magazin számos különleges vasúti meghajtással és megoldással foglalkozott már; volt szó mágneses városi vasútról, légcsavaros vonatokról, vákuumcsöves- és vízi vasutakról. Ha a szerint csoportosítjuk őket, hogy hány sínszálon haladtak, akkor a következő a helyzet: mágnesvasút nem használt hagyományos síneket, a légcsavaros- és vákuumcsöves vasutaknak a hétköznapi kötöttpályás járművekhez hasonlóan kettő-, míg a „vízi villamosnak” négy szál sín kellett a haladáshoz. A jelen cikkben tárgyalt giroszkópos (pörgettyűs) vonatoknak egy sínszál is elegendő a működéshez.

Az elmélet

Az egy nyomon haladó vonat ötlete elsőre furcsának hangozhat (sőt, az igazat megvallva, másodszorra is), hiszen azt gondolhatnánk, hogy stabil támaszték híján a vasúti járművünk egyszerűen feldőlne. Tisztán fizikai értelemben azonban egyáltalán nem lehetetlen a megvalósítása egy ilyen elképzelésnek (persze felmerül a kérdés, hogy mi értelme; erre kicsit lejjebb térünk rá).

Az élet rengeteg területén hasznosított pörgettyűknek (idegen szóval giroszkópoknak) van egy nagyon fontos tulajdonságuk: forgássíkjukat igyekeznek megtartani pörgés közben, azaz ha nagy fordulatszámra pörgetik fel őket, a velük kényszerkapcsolatban levő szerkezet is nehezen billen ki az egyensúlyából, azaz nem fog feldőni. A pörgettyűhatás előnyeivel nap mint nap találkozhatunk: ennek köszönhetően képesek egyenesben maradni az egy nyomon haladó járművek, mint például a motorkerékpárok és a biciklik is. Minél gyorsabban mennek, annál nagyobb fordulatszámmal forognak a kerekek, annál erősebb a pörgettyűhatás, annál stabilabb a jármű.

Első hallásra felmerül a kérdés, hogy mi értelme van egy sínszálra állítani a vonatokat, ha a két sínszálon futó társaik is jól működnek. Nos, több oka is volt, hogy 100 évvel ezelőtt egymástól függetlenül több mérnök is elkezdett dolgozni a vasúti búgócsigákon.

A legfontosabb előny, hogy az egy sínszálon futó vonatok futását nem akadályozza a „hunting oscillation”-nek nevezett jelenség, ami abból adódik, hogy vaskerekek szélére sajtolt, a vonatot a sínen megvezető nyomkarima és a sínszálak belső éle közötti kis távolságok (a kerék játéka) miatt a „kétnyomú” vonatok valójában sosem haladnak egyenesen a sínen, hanem kismértékben imbolyognak (innen a jelenség angol neve, ami szó szerinti fordításban „vadászó rezgést” jelent, mert a kerék az egyensúlyra „vadászik”). A káros jelenség nagy sebességnél már számottevően gátolja a vonatok haladását, emellett tönkreteheti a síneket és a kerekeket is (a modern vonatkerekek megjelenéséig komoly probléma volt ennek a leküzdése – 200-220 km/h felett már igen komoly hatásai voltak a vadászó rezgésnek, akadtak olyanok, akik úgy gondolták, hogy a hagyományos vonatokkal ekkora sebességet lehet csak elérni, ez a technika határa).

További óriási előny volt, hogy az egysínű megoldásnál a vonatok sokkal stabilabban viselkedtek az ívekben is. Míg napjaink nagy sebességű vonalain 7-8 kilométeres ívsugarú íveknél nemigen találunk szűkebbet (és sokszor ott is „be kell dönteni” a síneket – szakszóval túlemelést alkalmazni -, illetve bonyolult ívbillentő mechanizmussal ellátott szerelvényeket járatni), addig az egy nyomon haladó társaik egyszerűen csak bedőltek az ívekben, mint a versenymotorok a kanyarokban. Ezzel a megoldással (elméletileg) jóval szűkebb ívek is megengedhetők voltak ugyanakkora sebesség mellett.

Kismértékű előnyt jelentett a pálya és a vonatok futőművének az egyszerűbb felépítése és kisebb tömege is (állítólag a megépült modellek mintegy 5%-kal kevesebbet nyomtak, mint egy ugyanolyan használhatóságú kétnyomú változat). De akkor miért közlekedünk a mai napig hagyományos vonatokkal, miért nem hódították meg a világot a „motorkerékpár-vonatok”? A válasz kiderül a múlt század elején elkészült néhány kísérleti jármű történetéből.

A Brennan monorail

Brennan giroszkópos vonata. Jól látszik, ahogy a motorkerékpárokhoz hasonlóan bedől az ívben
Brennan giroszkópos vonata. Jól látszik, ahogy a motorkerékpárokhoz hasonlóan bedől az ívben

Az első komoly giroszkópos vonat tervek a múlt század legelején jelentek meg. 1903-ban az ausztrál feltaláló, Louis Philip Brennan beadta szabadalmát az első egy nyomon haladó, pörgettyűvel stabilizált vasúti járműre. Az elkövetkező években több kisebb modellt is épített. Az első egy kezdetleges, mindössze 80 centi hosszú, 30 centi széles doboz volt, amely csak arra szolgált, hogy bemutassa; a gyakorlatban is működőképes ez az elképzelés. A második modell már valamivel nagyobb és teljesen funkcionális volt; a csaknem két méteres járműbe egy kisebb termetű ember is belefért. A különleges modell nem acélsíneken gördült, hanem gázcsöveket használt megvezetésnek, a tesztpályának a kifejezetten szűk ívek és meredek (50 ezrelékes) emelkedők mellett egy igen különleges, kötélből készült híd is része volt, amelyen a tökéletesen stabil vonat szintén végig tudott “egyensúlyozni” anélkül, hogy a mélybe zuhant volna.

Brennan végleges, életnagyságú, utasok szállítására is alkalmas szerelvénye végül 1909-ben készült el. A jármű 12 méter hosszú volt, 34 utasnak volt rajta hely. A pörgettyűhatást két, egymással ellentétes irányban forgó, pneumatikus meghajtású és vezérlésű giroszkóp biztosította, a kocsit egy 20 lóerős benzinmotor hajtotta, maximális sebessége 35 km/h volt. A motor nem közvetlenül hajtotta a kerekeket, hanem generátorokon és villanymotorokon keresztül, emellett a levegős működésű giroszkópok forgatását is ez a gép látta el.

A különleges vonatot egy 1910-es londoni kiállításon mutatták be, ahol egy teszpályán 50 utast tudott vinni egyszerre. Az utasok között volt az akkori brit Admiralitás Első Lordja, a későbbi brit miniszterelnök, Winston Churchill is, akinek állítólag nagyon tetszett a futurisztikus jármű. Brennan vonata a kiállításon óriási sikert aratott ugyan, a befektetők figyelmét nem keltette fel, így a látványosságból nem lett semmi, a két megépült példányt eladták ócskavasnak.

Scherl egysínű vasútja

Brennannal szinte egyszerre, 1909-ben fejlesztette ki a német August Scherl saját girovonatát. A jármű jóval kisebb, mindössze 5 méter hosszú volt, a fedélzeten elhelyezett két padon összesen négy utas foglalhatott helyet. 1909 novemberében Berlinben közlekedett először (ezzel egy évvel megelőzte Brennan vonatjának a bemutatását; Brennan emiatt felgyorsította saját járművének a fejlesztését, ezért több módosítást is el kellett hagynia). A szintén két, egymással szembe forgó giroszkóppal stabilizált járművet a bemutatón komoly érdeklődés övezte, azonban a befektetők ebben az esetben sem voltak meggyőzve, és a pénzügyi források kiapadása miatt Scherlnek – aki egyébként saját maga finanszírozta a fejlesztést, az építést és a tesztelést – is be kellett fejeznie a giroszkópos vonattal végzett kísérleteket.

Scherl kicsi egysínű prototípusa 1909-ből
Scherl kicsi egysínű prototípusa 1909-ből

Tanulságok

Hiába volt néhány előnye az egysínű, giroszkóppal egyenesben tartott vonatoknak a hagyományos társaikkal szemben, a gyakorlatban sokkal több és súlyosabb hátulütővel kellett számolni. Nagy hátránya volt a giroszkópos vonatoknak az is, hogy esetükben nemcsak a mozdonyon, hanem a vagonokon is szükség lett volna a pörgettyűkre, és természetesen az azokat forgásban tartó erőforrásra is, amelyeket ráadásul állóhelyzetben is működtetni kellett volna. Az feleannyi kerékből származtak hátrányok, egy ugyanannyi tengelyes vonatnak kisebb volt a fékezésnél és gyorsításnál (vonoerő-kifejtésnél) életbevágóan fontos tapadási tömege, és ugyanakkora teljesítményt több „tengelyen” lehetett csak átvinni az egy sínszálra.

Egyéb ötletek és típusok

A forgó lendkerekeket nemcsak a giroszkópos egysínű vasutaknál használtak technikatörténelem során. A múlt században nem egy esetben teljesen más célból, energiatárolásra használták az óriási fordulatszámra felpörgetett, nagy tömegű lendkerekeket, amelyek a mai Forma-1-es autókban használt KERS-rendszerekhez hasonlóan villanymotorokon keresztül hajtották meg a tengelyeket. Itt azonban hagyományos, két nyomon haladó vonatokról beszélünk, a pörgettyűhatást nem alkalmazták a szerelvények stabilizálásra (sőt, bizonyos sebesség felett kimondottan gondot jelentett).

Elképzelések persze voltak még a múlt század közepén is. A képen egy futurisztikus elképzelés a nagy sebességű, egy sínen közlekedő városi vasutakról
Elképzelések persze voltak még a múlt század közepén is. A képen egy futurisztikus elképzelés a nagy sebességű, egy sínen közlekedő városi vasutakról

Nemcsak a vasúton, hanem a közúton is lehetett egy időben találkozni az energiát hatalmas, 2-3 méteres lendkerekekből nyerő autóbuszokkal (“girobuszokkal”). Egysínű vasutakat pedig több nagyvárosban lehet látni napjainkban is, de ezek nem a már ismertetett módon működnek; az egy darab különleges sínszálat nyereghez hasonlóan “ülik meg” a szerelvények, így nem dőlnek fel. Az egysínű vasutaknál is lehetett a múltban találkozni különleges próbálkozásokkal (pl. a giroszkópos vonatokhoz hasonlóan egy sínszálon közlekedő vagonok, amelyek a pálya felett elhelyezett speciális szerkezetben vannak megvezetve, de ide sorolhatjuk a híres wuppertali függővasutat is, amelynél a futómű a vonat tetején kapott helyet), de ezek mind megmaradtak a giroszkópos vonatokhoz hasonló merész vagy furcsa tervek szintjén.

Veit András
a szerző cikkei

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
hirdetés
hirdetés
hirdetés
hirdetés