A mérővonatokkal történő hullámos sínkopás mérésének bemutatása

A jeladók (sínszálanként egy-egy darab) a mérő forgóvázba vannak beszerelve. A szolgáltatott jelek a sín és a mérőfej távolságával arányosak. Az induktív érzékelők 230 mm-es bázishosszon, a sín futófelületétől 5 mm-es vezetéssel képesek mérni a villamos jeleket, amelyekből a későbbiek folyamán egy szoftver meghatározza és útarányosan ábrázolja a hiba nagyságát a hozzá tartozó amplitúdóértékekkel. A mérési eredményeket számítógépes programmal értékelik ki, amely alapvetően három különböző diagramon ábrázolja mindkét sínszálra vonatkozóan – eltérő színnel jelölve – a kopásokat. Minden egyes szelvényszámhoz hozzá van rendelve a hullámhossz mértéke mm-ben, valamint a hullám Cs–Cs (csúcstól csúcsig) amplitúdó értéke és az RMS-amplitúdó értéke (négyzetes átlagérték).

A mérővonatokkal történő sín­pro­fil­mérés bemutatása

A sínprofilmérés során a rendszer a sín keresztprofilját méri, valamint hasonlítja össze azt a sín eredeti profiljával. A mérőrendszer érzékelőfejei a sínek fölött haladnak, közvetlenül nem érintkeznek a sín felületével. A vizsgálat során sebességtől függetlenül 7,5 kép készül másodpercenként, amelyeknek a mérési pontossága körülbelül 0,25 mm. Egy mérési keresztmetszetben nagyjából 400-500 pontot rögzít a rendszer. A rendszer mérései alapján következtetni lehet a futási instabilitás (kígyózó mozgás) kialakulásának valószínűségére.

Kézi mérőműszerek

Kézi mérőműszerekkel történő vizsgálatra több esetben is szükség lehet, egyrészt a mérővonatok által készített ultrahangos felvételek helyeinek pontos beazonosításához, másrészt azokon a helyeken, ahol egyébként nem megoldható a mérővonatokkal történő diagnosztizálás, mint például egyes mellékvonali szakaszok vagy a kitérők esetében.
Az USK típusú műszerek kézi ultrahangos mérőműszerek. Több fajtáját különböztetjük meg, ilyenek az USK-002, USK-004R, USK-005. Alapvetően mindegyik USK műszer ugyanúgy épül fel. Az újabb kiadású változatok esetében egy-két dolgot újítottak a régebbi típusokhoz képest. Funkciójukat tekintve a sínekben előforduló gyártási és fáradásos anyaghibák kimutatására használják azokat, mint például fáradásos repedések, továbbá sín- és hegesztési hibák feltárása. Főképp mérővonatok által kiértékelt hibák pontos helyeinek meghatározása a fő cél, mint utóvizsgálatot elvégző műszerek, továbbá a kis súlyuk, könnyű kezelhetőségük miatt mellékvonalak, kitérők esetén is alkalmasak a mérések elvégzésére. A műszerek felépítése hasonló a mérővonatokon található ultrahangos sínvizsgáló rendszerekhez, ugyanis az alapja egy ugyanolyan ultrahangos mérőfej, mint amely a mérővonatokon is alkalmazásra került. A mérőfejek a mért adatokat egy oszcilloszkópos USM 35/USM 36 műszerre továbbítják. Az adatok kiértékelése helyben történik.
A GF-04 berendezés örvényáramos elven működő kézi mérőműszer, amely az RCF-hibák kimutatására alkalmas. Négy darab – változtatható helyzetű tartókban lévő – szonda található benne, amelyek különböző szögben képesek a sín letapogatására. A mérési eredmények helyben is kiértékelhetők, ugyanis az eredményeket a készülék számítógépe folyamatosan megjeleníti, illetve a program jegyzőkönyvet is készít. A jegyzőkönyvben az adott szakaszon mért maximális károsodási mélységek értékei oszlopdiagramként vannak ábrázolva, továbbá meg van jelenítve egy adott határérték, illetve az azt meghaladó hibák száma is. A károsodási értékek kategóriák szerint különböző színnel vannak jelölve.
A HC szkenner egy egycsatornás kézi örvényáramos készülék. Ennek segítségével egyrészt meghatározhatók az RCF-hibák helyei, mértékei, illetve a műszer alkalmas a probléma megszüntetésére szolgáló köszörülés ellenőrzésére is, amelyet főként szúrópróbaszerű, pontszerű mérések elvégzésére szoktak alkalmazni. A mérőfejet kézzel kell vezetni a sín felületén, és a műszer e vezetés során kiírja a károsodási mélységeket, amelyek alapján meghatározza a károsodási kategóriákat.
Az RI-1000 és az RID-1000 mérőműszerek a vasúti sín egyenetlenségének vizsgálatára szolgálnak, amely egyaránt elvégezhető a sín futófelületén és a vezetőfelületén is. Különbség a két műszer között, hogy az RI-1000 esetében ahhoz, hogy a sín futó- és vezetőfelületén is elvégezhető legyen a mérés, át kell azt helyezni. Ezzel szemben az RID-1000 műszer – ahogy a nevében is benne van (D = dual) – egyszerre képes mérni a két felületet. Az eszközök acél-, acélötvözetű és alumíniumfelületeken egy másodperc alatt képesek elvégezni a méréseket. Ezekből 1 m-es bázishosszra számítják ki a felület egyenestől való eltérését.

A PATER rendszer bemutatása

Annak érdekében, hogy a vasúti pálya állapota és az azon elvégzett különböző mérések eredményei mindig naprakészen hozzáférhetők legyenek, a MÁV KFV Kft., az Axis Rendszerház Kft. és a Printer-fair Kft. közösen fejlesztett egy adatbázist, amely nem más, mint a PATER rendszer. A PATER egy úgynevezett kliensszervermodell, hiszen szerverként működik, azonban emellett ahhoz, hogy a kliensgépek rá tudjanak kapcsolódni a szerverre – amely önmagát folyamatosan frissíti, ezáltal biztosítva az állandó naprakészséget –, rendelkezniük kell egy felhasználófiókkal, amely által adott jogosultságokat kaphatnak a rendszerhez.
A programban tárolásra kerülnek az egyes diagnosztikai bejárások, a diagnosztikai mérések során kapott egyes lokális hibák (süppedés, irányhiba, síktorzulás, nyomtávolság, különböző sínhibák, stb.) eredményei és az általános vágánygeometriai minősítés (SAD-szám). Előnye, hogy egy adott pályaszakaszhoz az összes mérési eredmény megtalálható, amelyből megtudható, hogy az adott szakasznak milyen az állapota, így az egyes újonnan elvégzett munkák mindig felkerülnek a rendszerbe, ezáltal az adott pályaszakasz romlási folyamata jól szemmel követhető, javulása esetében pedig valószínűsíthető (külön be is vihető a rendszerbe), hogy valamilyen beavatkozás történt a pályában. Mindezek mellett a rendszerben tárolásra kerülnek különböző infrastruktúraadatok, dokumentumok, fényképek is.
A program azon kívül, hogy képes tárolni az előbb említetteket, a másik lényeges feladata és tulajdonsága, hogy különböző információkat képes szolgáltatni. Az egyik legfontosabb a mérési eredmények megjelenítése, amelyet az egyes felhasználók adnak meg, hogy milyen módban kívánják megtekinteni, attól függően, hogy éppen mi a céljuk az adatokkal, milyen nézetben kell látniuk. Ezek a nézetek például az útalapú megtekintés, az időalapú kimutatás, a térképes megjelenítés és a táblázatos lekérdezés. Időalapú elemzéssel például jól szemléltethető, hogy az egyes években a SAD-szám mekkora volt, mennyire volt a hibaértéktől, hogyan változott az értéke az idő előrehaladtával.
A PATER rendszer az eredmények megjelenítésén túl különböző javaslatokat is tud tenni. Az egyik ilyen például a sebességjavaslat, amely a hibaérték nagyságától függ, illetve az egyes karbantartási munkák szükségességére vonatkozó javaslatok, amelyek lehetnek vágánygeometriai szabályozás, sínköszörülés, síncsere, ágyazatrostálás, stb. Az előbb említett funkciók mellett a program képes elemzéseket is végezni különböző években elvégzett mérések eredményei alapján. Erre tökéletes mód az időalapú ábrázolás, ahol megjeleníthető, hogy egy adott paraméter a különböző években miként változott. Betáplálható továbbá az is, hogy ha a pályaszakaszon a megengedett sebességet csökkentik, akkor hogyan változik a lokális hibák darabszáma és aránya.

A karbantartási filozófia változása, és az előforduló sínhibák kezelésének lehetséges megoldási módszerei

A vasúti pályafenntartásban, a karbantartási filozófiát tekintve, az 1990-es évek előtt a ciklikus, tervszerű megelőző karbantartás volt jellemző, amelyet azután fokozatosan felváltott a javító jellegű karbantartás. A 2000-es évek elejétől, a diagnosztikai módszerek fejlődésének és egyre szélesebb körű alkalmazásának köszönhetően, megjelent a diagnosztikai alapú, a pályaállapotot figyelembe vevő karbantartási stratégia, amely 2016-tól kiegészült a megelőző jellegű (preventív) szemlélettel. Jelenleg tehát a karbantartási stratégia alapvetően diagnosztikai alapú és pályaállapot-függő, azokon a pályaszakaszokon, ahol az állapot azonnali beavatkozást igényel, ott javító jellegű, míg az új építésű vagy felújított pályaszakaszokon megelőző jellegű.
Mindezek mellett fontos, hogy a sín állapotának felmérése még nem jelenti az esetleges problémák megoldását, még akkor sem, ha megtörtént a hibák azonosítása, és feltárásra kerültek a kiváltó okok is. Ezt követi a következő fontos lépés, hogy meg kell találni a legmegfelelőbb megoldást az adott probléma megszüntetésére vagy a jövőbeni megelőzésére. A megoldási módszereket alapvetően két csoportra lehet osztani, függően a céljuktól és az időzítésüktől. Az első csoportba azok a megoldások tartoznak, amelyek alkalmazásával megelőzhető a sínek romlása, vagy legalábbis meghosszabbítható a romlás bekövetkezéséig eltelt idő. A másik csoportba pedig azok a megoldások tartoznak, amelyek alkalmazásával kezelhetők és javíthatók a már kialakult sínhibák.

A sínhibák kialakulásának megelőzési módszerei

A sínhibák kialakulása megelőzhető vagy késleltethető bizonyos módszerek alkalmazása által. Ilyen módszerek közé tartozik a sínacél helyes megválasztása, a sínfej úgynevezett „anti head check” profillal történő kialakítása, a sínkenés alkalmazása, valamint a preventív és ciklikus síncsiszolási módok.
Különböző vizsgálatok és elemzések bizonyítják, hogy a keményebb sínnek nagyobb a fáradással szembeni ellenálló képessége és a szakítószilárdsága, amit a magasabb szén- és egyéb ötvözőanyag-tartalommal lehet elérni. Tehát ez egy jó megoldás a kopások mérséklésére, a HC-hibák és a legyűrődések kialakulásának késleltetésére. Lényeges, hogy mivel a kopások a sínfejnek jellemzően körülbelül csak a felső 10 mm-es részén jelentkeznek, ezért nem szükséges a teljes sín keresztmetszetének kopásállóbb anyagból készülnie, elég, ha csak ezt a kritikus zónát alakítják kopásállóvá, jellemzően a sínfejek edzésével, az úgynevezett edzett fejű sínek alkalmazásával.
Tekintettel arra, hogy a HC-hibák megjelenése és fejlődése függ a sín- és kerékprofil alakjától, így megelőző jellegű módszer a sínfej úgynevezett „anti head check” profillal történő kialakítása, amely történhet közvetlenül a sín gyártása során vagy síncsiszolás alkalmazásával utólag is.
A sínkenés és a sínkenő berendezések használata csökkenti a sín és a kerék között fellépő súrlódási erő nagyságát, ezáltal csökkenti az anyagkopás mértékét és a zajszintet. Alapvetően háromféle sínkenő rendszert lehet megkülönböztetni aszerint, hogy maga a berendezés ténylegesen hová kerül felszerelésre. Létezik a pályához kötött rendszer, a jármű kerekére szerelt rendszer és a stacionárius rendszer. Továbbá a rendszerek között a szerint is különbséget kell tenni, hogy a berendezés által a sín vezetőélére vagy a futófelületére kerül felhordásra a kenőanyag. Nagyvasúton napjainkban már nem alkalmaznak olyan megoldást, amely során a sín fejét át kellene fúrni, ennek elkerülésére a stacionárius rendszert alkalmazzák, annak is azt a fajtáját, amely a vezetőélet keni. Tekintettel arra, hogy a sín anyagának kopása leginkább az íves pályaszakaszokon jelentkezik, a járműkerék nyomkarimájának a sínfejhez történő nyomódásakor, éppen ezért a sínkenő berendezések jellemzően az átmeneti íves vagy íves pályaszakaszokon kerülnek beépítésre. Emellett még célszerű lehet az alkalmazásuk kitérők esetében is, ahol a sínkenésnek köszönhetően a csúcssín meghibásodása késleltethető.
Preventív síncsiszolási módszert akkor lehet alkalmazni HC-hibák megjelenése esetében, amikor még csak úgynevezett mikrorepedések találhatók a sínszál felületén, azaz még szemmel nem láthatók a repedések. Annak érdekében, hogy ez a fajta síncsiszolás hatékony legyen, azt minél előbb – a beépítést követő időszakban – el kell végezni. Célja, hogy egy optimális sínprofil legyen kialakítva, ezáltal csökken a sín és a jármű kereke közötti kontaktfeszültség értéke. A beépítést követő síncsiszolás mellett az is fontos azonban, hogy a csiszolás egy rendszeres tevékenység legyen, mert így lehet hatékonyan megakadályozni hosszú távon az egyes repedések továbbfejlődését. A megelőző síncsiszolással ellentétben a ciklikus módszer akkor alkalmazható, amikor a repedések már szabad szemmel is láthatók, azonban a hosszuk még nem haladja meg a 15 mm-t.

A kialakult sínhibák kezelési lehetőségei

Abban az esetben, ha már kialakult a sínhiba, akkor a legfontosabb szempont megakadályozni azt, hogy súlyosabbá váljon, illetve meggátolni azt, hogy balesetveszélyes állapotok alakulhassanak ki. A sínhibák kezelésére alkalmas módszer a sínköszörülés, a síncsiszolás, a síngyalulás, a sínmarás, illetve végső megoldásként a síncsere. Az, hogy melyik módszert kell alkalmazni, az a probléma előrehaladottságától függ. Minél mélyebbre hatol például egy felszínről induló repedés, annál durvább sínmegmunkáló módot kell választani.
A legkisebb felületi hibák eltávolítása sínköszörülő és síncsiszoló gépekkel történik. Háromféle sínköszörülési elvet különböztetünk meg, attól függően, hogy milyen a megmunkáláshoz alkalmazott köszörűtest alakja, illetve, hogy a sínszálhoz képest milyen mozgással munkálja meg a sínfej felületét. Alkalmazhatók rotációs köszörűtárcsák, merev csúszókövek és rezgő csúszókövek. Abban az esetben, ha a sínfejen kialakult hibák előrehaladottabb állapotban vannak, akkor csiszológépeket alkalmaznak.
Síngyalulás során a sín megfelelő profilját a sín keresztmetszetére merőlegesen elhelyezett gyalukések segítségével alakítják ki. A végleges profil kialakításához szükség van a sín futófelületének és a sín futóélének újraprofilozására is. A futófelület profilozása történhet egy darab egyenes vágókéssel, mely a sínfej közepén távolítja el a sínanyagot, illetve két egyenes vágókés alkalmazásával, amely során a két vágókés egymáshoz képest enyhe hajlással van kialakítva. Sínmarás során egy marófogakkal teli marófejet szorítanak a sín felületéhez, amelynek köszönhetően a nagyobb mértékben károsodott sínfelületekről is eltávolítható kellő mértékben az anyag. Síngyalulási és sínmarási feladatok elvégzéséhez egyaránt nagy teljesítményű gépcsoportok szükségesek.
Végső esetben, ha a sínhibák olyan kritikus mértékűek, hogy azokat nem lehet kezelni vagy nem lenne gazdaságos a köszörülési, gyalulási munkák elvégzése, akkor az adott szakaszon a sín cseréje szükséges. Ezt a módszert azért lehet csakis a legvégső esetben alkalmazni, mert ennek lényegesen nagyobb a költsége, mint a többi megoldási módszer alkalmazásának.

Összefoglalás

A technológia fejlődésének köszönhetően az elmúlt évtizedekben megváltozott a diagnosztizálás folyamata, a mérővonatokkal és a kézi mérőműszerekkel történő mérés fejlődésének eredményeként a legmodernebb eszközök segítségével egyrészt olyan paraméterek mérésére is mód nyílt, amelyre korábban nem volt lehetőség, másrészt akár már helyben és valós időben is kiértékelhetők az eredmények. Mindezekkel együtt a pályafenntartási szemlélet is átalakult, a korábban főként tervszerű megelőző karbantartásokat felváltotta először a javító jellegű, majd a diagnosztikai alapú állapotfüggő és a megelőző jellegű szemlélet. A PATER rendszer lehetővé teszi, hogy az összes diagnosztikai mérési eredményből kinyerhető pályahiba összegyűjthető egy nagy adatbázisba, amely a MÁV és a GYSEV rendelkezésére áll, ezáltal figyelemmel kísérhető a pálya romlási folyamata. A diagnosztikai eredményekből készített elemzések és tervek alapján előre tervezhetővé válnak az egyes pályaszakaszok gépi műszerekkel történő további diagnosztikai vizsgálatainak időpontjai, valamint a szükséges beavatkozási módszerek és határidők.
Mivel a napjainkban legjellemzőbb sínhibáknak (RCF-hibáknak) nagy az előfordulási száma, ezért a gazdasági szempontokat is figyelembe véve a preventív, azaz a megelőző jellegű karbantartási szemléletet a korábbiakhoz képest sokkal jobban előtérbe kell helyezni. Ez azt jelenti, hogy egy összetett megoldási stratégiát kell alkalmazni. A módszer összetettsége abból adódik, hogy a sínek életciklusának növelése akkor lehetséges, ha megelőző sínmegmunkálási módszerek kerülnek alkalmazásra. Azonban ehhez arra van szükség, hogy a meglévő vonalhálózat állapotát egységesen egy bizonyos szint fölöttire javítsuk, amihez viszont a javító jellegű (hibamegszüntető) szemléletet kell képviselni. Tekintettel arra, hogy a vonalhálózat állapota nem homogén, a megoldás a két szemlélet és módszer közös alkalmazása.
A karbantartási stratégia során, a sínhibák kialakulásának megelőzése érdekében, az újonnan beépítésre kerülő sínek kiválasztásánál fontos szempont a sín anyaga és keménysége, továbbá a beépítést követően a megelőző síncsiszolási munkák elvégzése javasolt a sínhibák megjelenésének késleltetése érdekében. Ezek mellett természetesen folyamatosan figyelemmel kell kísérni a beépített sínek állapotát (különös tekintettel a nemzetközi és a hazai fővonalakra), továbbá az avulási folyamatok monitorozása mellett a szükséges helyeken – azonnal vagy tervezetten – be kell avatkozni, például síncsiszolással, sínmarással, síngyalulással vagy végső esetben síncserével.

Köszönetnyilvánítás

Ezúton köszönjük meg Marosi Ákosnak, a MÁV Központi Felépítményvizsgáló Kft. Síndiagnosztikai Osztály osztályvezetőjének, továbbá Szabóné Csiszár Andreának, a MÁV Zrt. PLI Diagnosztikai Osztály szakértőjének, hogy szakértelmükkel a segítségünkre voltak.