• hu
  • en

Az UIC HRMS projektje

0

A vasút biztonsága mindig is az egyik legfontosabb kérdés volt és marad a vasúti pálya tervezéséről, építéséről és karbantartásáról folytatott eszmecserékben. Bár az infrastruktúra tulajdonosai Európa-szerte megfelelő állapotban tartják a vágányokat a baleseti kockázat minimalizálása érdekében, nagy tengelyterhelésű vagy nem optimálisan karbantartott járművek is közlekedhetnek e vágányokon.

Számos országban építettek ki vágány melletti mérőrendszereket, amelyek követni tudják a túlterhelt kocsikat, azokat, amelyek kerekei nem tökéletes formájúak, a kopott kerékpárokat és az olyan kocsikat, amelyek futási viselkedése kisikláshoz vezethet. A mérőállomások autonóm lokális létesítmények, amelyek az elhaladó vonat futási viselkedéséről (pl. erőkről, terhelésekről, deformálódott kerekekről stb.), valamint zajkibocsátásáról adnak információt. A kerék és sín közötti kölcsönkapcsolat fizikai hatásait a vágányba épített szenzorok mérik.

Számos európai országban alkalmaznak tengelyterhelés-ellenőrző pontokat annak érdekében, hogy információt kapjanak a hálózatban megjelenő valós terhelésmegoszlásról. Vannak olyan rendszerek is, amelyek a vasúti járművek zajkibocsátását határozzák meg. Amerikában ezek a mérőállomások nagyon modernek. Az összes teherkocsi fel van szerelve RFID (rádiófrekvenciás azonosítás) rendszerrel,  így a mérési eredmények könnyen hozzárendelhetők a járműhöz. A pályavasút, a gördülőállomány tulajdonosa és a vállalkozó vasút egyaránt mindig nagy érdeklődéssel várja a mérési eredményeket.

tábla 2

1. Gazdasági előnyök a vasúti hálózat szempontjából

A vállalkozó vasutak számára:

• Nyilvánvalóvá válik a szállítási szerződésben meghatározott hasznos teher és a valódi terhelés közötti különbség.

A pályavasutak számára:

• A kerekek jobb állapota a pálya romlásának csökkenéséhez vezet (pl. pálya-és hídkárosodás).
• A vágányhasználati díj automatikusan kiszámítható, beleértve a túlterhelés, illetve a vágánybarát és az alacsony zajkibocsátású járművek miatt alkalmazott korrekciókat is.

A gördülőállomány kezelői számára:

• A kerékhibák felderítése meghosszabbítja a járművek hasznos élettartamát és csökkenti az életciklusköltséget.
• Elkerülhetők az olyan váratlan meghibásodások, amelyek leállásra kényszerítik a járművet.
• Az időszakos helyett a valós állapotot figyelembe vevő karbantartással javítható a karbantartási folyamat.
• A kézi vizsgálatok (kerékszögletesség mérése) lecserélhetők automata tengelyterhelés-ellenőrző ponti mérésekkel.
• Adott gördülőállomány figyelemmel kísérésénél meg lehet figyelni a kopási trendeket és tendenciákat.
• A zajkibocsátás mérése a járműhibák korai felderítésére használható.

Az átjárható mérőállomások kategóriái (aszerint, mire irányulnak a mérések):
• Instabilitás kockázata egyenes vonalon
• Kisiklás kockázata, sín- és kerékpárterhelés (feszültség) ívekben, oldalirányú kerékerők
• Függőleges kerékerők (állandó és dinamikus), túlterhelés

A mérőállomások pontos eredményeket adnak. Ezek azonban csak akkor bírnak valós értékkel, ha hozzárendelhetők egy adott járműhöz, tengelyhez vagy kerékhez, és az adatokat megfelelő módon lehet továbbítani és cserélni a rendszer érintett szereplői között. Ma már számos országban alkalmaznak hazai alapon kidolgozott „járműazonosító rendszert”. A jelen projekt célja az igények meghatározása és azok európai szinten történő harmonizálása. Egy folyamatban lévő pilot-projektben Ausztria és Svájc megosztják egymással a határ előtt közvetlenül telepített mérőállomások adatait azért, hogy a másik ország pályavasútját már azelőtt értesíthessék a vonatok műszaki állapotáról, mielőtt azok belépnek az országba.

2. A HRMS – Az átjárható mérőállomások kategorizálása

2.1. Jelenleg a legjobb

Az egyes európai vasutak eltérő mérési és értékelési alapelveket használnak a kerékerők mérésére és az azoknak megfelelő mennyiségek számítására. Számos ilyen rendszert helyi vagy országos igények kielégítésére fejlesztettek ki. Az ezekből nyert eredmények nem teljeskörűen összehasonlíthatók egymással. A vonatkozó, érvényben lévő szabványok nem felelnek meg mindenben az átjárhatóság követelményeinek. A cél egyetértés kialakítása a mérőállomások és a mért eredmények kategorizálása tekintetében (amint az az ALC-projekt eredményeiből is látszik) a szabványoknak, valamint az egyes adat-ügyfelek, pl. pályavasutak, mozdonyvezetők, kocsitulajdonosok és mások igényeinek megfelelően. (ALC: tengelyterhelés-ellenőrző pont)

2.2. Kategorizálás (táblázat)

A mérőállomásokat az alábbiak szerint kell kategorizálni:

• Kockázat kategóriája
• Ügyfelek típusa
• Mért paraméterek, mennyiségek és mértékegységek
• Mérések megkívánt pontossága

tábla 1

3. Határértékek és az értékelési koncepció

A cél közös határérték- és mértékegység-készlet kialakítása. Ezen közös határértékek alapján közös szabálykészletet, beavatkozásokat és eljárásokat kell kidolgozni. A korábbi kutatások azt mutatták, hogy az európai vasutak különböző karbantartási és biztonsági határértékeket, alapelveket és mértékegységeket használnak. A határon átlépő vonatok mérési eredményeit különbözőképpen kezelik. Eltérő értékelési mennyiségek és határértékek kerültek meghatározásra, és ezen határértékek alapján különböző szabályokat, beavatkozásokat és eljárásokat dolgoztak ki. A fő cél a túlterhelt járművek és a kerékhibák esetében használt értékelési mennyiségek és határértékek harmonizálása. A projekt az INNOTRACK eredményeire és az UIC-nél végzett munkára épít.

A határérték-meghatározási tevékenység a függőleges (ütő) terhelésekre fog összpontosítani (1. és 2. kép).Emellett a figyelem középpontjában lesz még a biztonság/kockázat értékelés is. Az eredmények műszaki-tudományos alapot képeznek a határértékek meghatározásához, melyekből kísérleti jelleggel határértékeket definiálunk, és utána értékeljük ezeknek az üzemeltetésre gyakorolt hatását. Mindemellett ajánlás kerül megfogalmazásra a riasztási határértékek kereteire is. Jelenleg az ALC és INNOTRACK eredményeit vizsgáljuk, és következtetéseket fogalmazunk meg a jelenlegi gyakorlat és az állagromlási mechanizmusok vonatkozásában.

1. kép: Függőleges kerékütés által okozott fejrepedés (head check) és a nyomtávsarokról kiinduló repedés

1. kép Függőleges kerékütés által okozott fejrepedés (head check) és a nyomtávsarokról kiinduló repedés

2. kép: Függőleges ütőterhelés által okozott repedés

2. kép Függőleges ütőterhelés által okozott fejrepedés

Az INNOTRACK eredményeit további elvonatkoztatásnak vetjük alá, hogy „legrosszabb eset” és „súlyos eset” típusú határértékeket tudjunk belőlük kinyerni. Megbecsüljük a jelenség súlyosságát, a súlyosságot befolyásoló paramétereket, a jelenlegi mérési eredményeket, valamint ezen paraméterek határértékeit. Információt gyűjtünk egyéb releváns kutatásokból is (nevezetesen a D-RAIL projektből). A középpontban a függőleges ütőterhelés, valamint a biztonság/kockázat értékelése áll. A cél a túlterhelt járművek és a kerékhibák (3. és 4. kép) esetében használt értékelési mennyiségek és határértékek harmonizálása.

3. kép: Kerékhibák által okozott fejrepedezés

3. kép Kerékhibák által okozott fejrepedezés

4. kép: Vontatás által okozott fejrepedés és head check

4. kép Vontatás által okozott fejrepedés és head check

A határértékeken és értékelési alapelveken dolgozó munkacsoport műszaki és tudományos alapot fog teremteni a határértékek számításához, ami által a középpontba a függőleges terhelés, valamint a síntörés kockázata kerül, és ezt kiterjesztjük az oldalirányú dinamikára és a sínre felfutás kockázatára is.

3.1. Törési kritérium

Ahhoz, hogy a törést adott hőmérsékleten hozzá lehessen rendelni a hajlítófeszültséghez, a törési kritériumot az alábbiak szerint határozzuk meg:

képlet

Ahol KIt a ΔT által meghatározott hőterhelésből számított feszültségintenzitás, melyet így számítunk ki:

képlet 2

mikor is T a jelenlegi, és Tn a semleges hőmérséklet és KIc a töréssel szembeni ellenállás (beleértve a biztonsági tényezőt, a ridegség befolyását stb.).

3.2. A prediktív modell összefoglalása

A három járműves modell legrosszabb esetben érvényesülő forgatókönyve esetében (az érintkezéses terhelés időbeni lefutása vonatkozásában) a hajlítónyomatékot adott ütési terhelési nagyságrendre és ágyazati merevségre számítjuk ki. A hajlítófeszültségeket és vonatkozó feszültségintenzitásokat adott repedéshosszokra (síntalp esetében 5, 10, 15 és 20 mm, sínfej esetében 25, 30, 35 és 40 mm) értelmezzük. A hőfeszültségeket és vonatkozó feszültségintenzitásokat két hőmérsékletre (jelen esetben ΔT = 20 °C és ΔT =40 °C) és adott repedéshosszokra értékeljük. A töréssel szembeni ellenállást becsüljük (itt 40 MPa√m értékre vettük fel), és csökkentjük a hőfeszültség intenzitásával (1. és 2. ábra).

1. ábra: Síntalprepedések normál vágány esetében - alacsony hőmérsékletek (40 C fokkal a feszültségmentes érték alatt) és 350 kN ütőterhelés esetén akkor a törés 5 mm-es síntalprepedéseknél, ha a töréssel szembeni ellenállás 40 MPa/v

1. ábra Síntalprepedések normál vágány esetében – alacsony hőmérsékletek (40 C fokkal a feszültségmentes érték alatt) és 350 kN ütőterhelés esetén akkor valószínűsíthető a törés 5 mm-es síntalprepedéseknél, ha a töréssel szembeni ellenállás 40 MPa/v

2. ábra Síntalprepedések alá nem támasztott aljak esetében – alacsony hőmérsékletek (40 °C-kal a feszültségmentes érték alatt) és 290 kN ütőterhelés esetén akkor valószínűsíthető a törés 5 mm-es síntalprepedésnél, ha a töréssel szembeni ellenállás 40 MPa√m

2. ábra Síntalprepedések alá nem támasztott aljak esetében – alacsony hőmérsékletek (40 °C-kal a
feszültségmentes érték alatt) és 290 kN ütőterhelés esetén akkor valószínűsíthető a törés 5 mm-es
síntalprepedésnél, ha a töréssel szembeni ellenállás 40 MPa√m

4. A zajmérések reprodukálhatósága

A vasút megítéléséhez nagyban hozzájárul az általa keltett zaj. A jelenleg használatos zajfigyelő rendszerek különféle módszerekkel határozzák meg a vasúti zajt. A határon áthaladó vasúti járművekre figyelemmel erősen ajánlott ezen módszerek európai szinten történő harmonizálása. A vasúti járművek tanúsítására meghatározott szabályok vannak érvényben. A járműveket egy ÁME-nek (átjárhatósági műszaki előírás) megfelelő tesztszakaszon kell mérni, vagyis az akusztikai sínegyenetlenség, a függőleges és oldalirányú vágányromlási sebesség (track decay rate, TDR) és az időjárási feltételek egyaránt meg kell feleljenek az ÁME-határértékeknek. Az automata infrastruktúra zajmegfigyelő rendszerek esetében nem léteznek még általánosan elfogadott szabályok vagy szabványok. A zajmérések reprodukálhatóságának garantálásához pontosan meg kell határozni a mérőfej előtt lévő pálya és talaj feltételeit (akusztikus impedancia) a sínegyenetlenség és vágányromlási sebesség szempontjából. Következésképpen meg kell erősíteni, hogy a pályához képest hová kerüljenek a mérőfejek és a szenzorok (5a és 5b kép).

5a kép: Az ARGOS rendszer szabályozó állványa

5a kép Az ARGOS rendszer szabályozó állványa

5b kép: Arcamos mérőfej zajméréshez

5b kép Acramos mérőfej zajméréshez

Értékelni kell továbbá az időjárási feltételeknek (víz a sínen, hó, szél) a zajmérés hitelességére gyakorolt hatását is. A cél a jelenleg használt típus tesztmérések reprodukálhatóságának vizsgálata, valamint az, hogy a mérőállomás mérje az elhaladó vonat minden egyes kocsijának zajállapotát. Ezen eredményekből lehet aztán általánosan elfogadott módszertant kialakítani a zajalapú pályahasználati díj meghatározásához.

5. Járműazonosítási szabvány, átjárható adatállomány és adattovábbítás

A mérőállomások által mért eredmények csak akkor bírnak valós értékkel, ha hozzárendelhetők egy adott járműhöz, tengelyhez vagy kerékhez, és az adatokat megfelelő módon lehet továbbítani és cserélni a rendszer érintett szereplői között. Ma nem léteznek még átjárható szabályok a forgalmi szakemberek, a mozdonyvezetők, a járműtulajdonosok és mindenekelőtt a pályavasutak között a mérési eredmények cseréjére. A jövő valószínűleg a paszszív vagy aktív RFID technológiáé lesz. A kamerás rendszereknek vannak gyengeségei, de különleges körülmények között jó eredményeket tudnak adni. Az osztrák vasúthálózatban mindkettőt tesztelik próba-mérőállomásokon.

6. HRMS – a jövő

A projekt végén a vasúti mérőállomásokat Európában (a HRMS projekt résztvevőinél) egy HRMS kérdőív segítségével fogjuk összesíteni. Az eredményeket zárójelentés formájában fogjuk közzétenni. Ezután a feladat az lesz, hogy találjunk szabványosított megoldást az adatok mentésére és cseréjére a saját vasúti hálózatban, sőt a határon túl is.

2014/1 šsszerak.indd

2014/1 šsszerak.indd

2014/1 šsszerak.indd

Felhasznált irodalom:

Elena Kabo, Anders Ekberg, Jens Nielsen & Björn Paulsson: HRMS WorkPackage 2: Limit values,
assessment concepts, In preparation.

CHARMEC/Chalmers University of Technology – http://www.charmec.chalmers.se

1. kép Anders Ekberg, Bengt Åkesson & Elena Kabo, Wheel/rail rolling contact fatigue — probe, predict, prevent, Proceedings of the 9th International Conference on Contact Mechanics and Wear of Rail/Wheel Systems (CM2012), August 27 – 30, Chengdu, China, pp 29–41, 2012

1. és 2. ábra Elena Kabo, Anders Ekberg, Jens Nielsen & Björn Paulsson: HRMS WorkPackage 2:
Limit values, assessment concepts, In preparation. Florian Saliger, ÖBB, ALC – Report, ÖBB Documents,
HRMS Project Documents

Laurent Schmitt, UIC, HRMS-questionnaire, HRMS Project Documents

Megosztás

Szóljon hozzá!