MÉRNÖKI MÓDSZEREK III.

1. BSC KÉPZÉS MÉRNÖKI MÓDSZEREK III. 9. téma SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM Dr. Horvát Ferenc főiskolai tanár

2. 1. A VASÚTI PÁLYA ÉLETTARTAMA A vasúti pálya élettartama Az eltérő anyagokból gyártott szerkezeti elemek, a különböző mértékben elszenvedett igénybevételek miatt nem lehetséges az al-és felépítményre osztott vasúti pályára egyetlen élettartam adatot megadni. Ez akkor sem volna lehetséges, ha a pályák azonos fenntartási színvonalon működnének. Az állapot azonban erőteljesen befolyásolja az élettartamot, s minél inkább hiányos a karbantartás, annál gyorsabban játszódik le a tönkremeneteli folyamat. Különösen nehéz teljes vasúti hálózati szinten érvényes adatokat mondani olyan körülmények között, mint amilyenek a MÁV hálózaton uralkodnak, ahol a legfontosabb fővonalakat is az jellemzi, hogy az alulfinanszírozottság miatt nem kaphatják meg teljes mértékben a műszaki okból szükséges karbantartást. Ez a pálya elemeinek idő előtti elhasználódásához, tönkremeneteléhez vezet, vagy indokolatlanul hosszú fekvésidőt (túlhasználatot) eredményez például a mellékvonalak esetében, de ennek ára a sebességkorlátozásokkal biztosított igénybevétel csökkentés. Ez azonban sem műszakilag, sem gazdaságilag nem egészséges módon biztosított élettartam, tehát ebből következtetéseket levonni nem szabad, még ha jelentős hosszúságú hálózati rész ezen a módon működtethető.

3. 1. A VASÚTI PÁLYA ÉLETTARTAMA Valós élettartam adatokért olyan vasutak tapasztalataira kell hagyatkozni, amelyek nem küzdenek teljes alulfinanszírozottsággal. A táblázat a Német Vasutak (DB) nem nagysebességű fővonalaira vonatkozó adatokat közöl a munkáltatási ciklusokról és az élettartamokról (Lichtberger, 2004). Munkáltatási ciklus és élettartam adatok a DB nem nagysebességű fővonalaira

4. 1. A VASÚTI PÁLYA ÉLETTARTAMA Összpontosítsuk figyelmünket a felépítményre. Az alábbi ábra mutatja a vágányminőség jellemző változását egy élettartam ciklus során, amit 30 évnek vegyünk fel. Az új vágány jó fekvésminősége a forgalmi terhelés és a szerkezeti kialakítás függvényében addig csökken, amíg a beavatkozási határt el nem éri. A szabályozási munka megemeli a minőséget, ám a kezdeti minőséget már nem éri el, ami által a következő szabályozásig tartó időszak hossza rövidebb lesz. Ez az ismétlődő folyamat a vágány fekvési minőségének ismétlődő romlásához vezet, egészen addig, míg a felépítményt felújítják. Ennek a romlásnak meghatározó oka az ágyazati anyag kopása és elszennyeződése, ami miatt teherelosztó hatását elveszíti. Megnövekszik az alj alsó síkján az ágyazati nyomás és az alépítményre jutó nyomófeszültség, a szabályozási munka pedig nem hoz tartós eredményt. A vágányminőség változásának sémája

5. 1. A VASÚTI PÁLYA ÉLETTARTAMA Vizsgálatok alapján ismeretes, hogy egy jó állapotú vágány geometriája a rossz állapotúéhoz képest százalékosan jobban javítható. Ezt az összefüggést mutatja az alábbi ábra (Lichtberger, 2004). Egy 0,01 mm/millió et. geometriai romlási ütemmel bíró vágány karbantartó géplánccal (FKG-vel) 75%-kal javítható. Ha például egy ilyen vágány beavatkozási határa 1 mm, akkor FKG által a maradó hiba szórásának nagysága 0,25 mm-re javítható. Egy 0,2 mm/millió et. romlási rátával jellemzett mellékvonali vágány esetében, annak ellenére, hogy a vágány geometriai minősége csak 50%-kal lenne növelhető, a beavatkozási határ 2 mm-ről 1 mm-re lenne csökkenthető. Tehát a szerkezetileg igényesebb és jó geometriájú vágány könnyebben és gazdaságosabban tarható magas színvonalon, mint a kevésbé igényes szerkezetű és állapotú vágány. Összefüggés a vágányminőség romlása, a fekvési idő meghosszabbodása és a vágánygeometria javítása között

6. 1. A VASÚTI PÁLYA ÉLETTARTAMA A kitérőkélettartama A kitérők szerepüknél, kialakításuknál fogva, a vonatterhek alatti viselkedés, az elhasználódás tekintetében a folyópályától sok vonatkozásban eltérő szerkezeti egységet jelentenek. Folyóméterhosszra vetített bekerülési költségük pedig kb. 4-szerese a folyópálya egy méter hosszú szakasza árának. A fejlődés során geometriájuk és szerkezeti kialakításuk szempontjából nagy változásokon mentek keresztül, s különösen jelentősen eltérőek a megoldások a nagyobb- és nagysebességű közlekedést szolgáló kitérők esetében. Hagyományos kitérő fő részei

7. 1. A VASÚTI PÁLYA ÉLETTARTAMA A kitérők élettartamát az alábbi tényezők határozzák meg: - a vasúti forgalom nagysága, - a kitérő geometriai kialakítása, - a szerkezeti megoldások, - a metallurgiai jellemzők, - a gyártástechnológia, - az építéstechnológia, - a karbantartási gyakorlat, - az alépítmény állapota, - a kitérő fekvésgeometriája, - az áthaladó járművek állapota. A kitérők a karbantartási munkák során geometriai szabályozást, alkatrész vagy fődarab cserét igényelnek. A kitérőaláverő géppel végrehajtott geometriai szabályozás a fekszintviszonyok rendezésére hivatott. Általában a kitérők vízszintes helyzetű irányítására csak ritkábban van szükség, mert a szerkezeti sajátosságok miatt nagy oldalirányú helyettesítő inerciával rendelkezik, s így a vonat- és a hőmérsékleti terhek az irányviszonyokban nehezebben tudnak fekvéshibát okozni. Ugyanakkor nagyon szigorúan szükséges azon geometriai jellemzők ellenőrzése és a hibák megszüntetése, amelyek a szerelvény kitérőn való biztonságos áthaladásához szükségesek (pl. csúcssínnyitás, vezetéstávolság).

8. 1. A VASÚTI PÁLYA ÉLETTARTAMA Az elhasználódásnak legjobban kitett alkatrészek a terelő (íves) csúcssín, a könyöksínek, a keresztezési csúcs (ld. képet) és vezetéstávolsági hiányosságok esetén a vezetősínek. Ezek kitérőben történő javítására léteznek módszerek, de végső esetben csak a fődarabcsere segít. Nagyon erősen kopott könyöksínek és keresztezési csúcs

9. 1. A VASÚTI PÁLYA ÉLETTARTAMA A cserék közül leggyakoribb a kitérőirányba történő terelést biztosító íves csúcssín cseréje. Nagyon nagy kitérőirányú forgalom esetén ez akár 2-3 év után is bekövetkezhet. A korszerű kitérőkben a vezetősín olyan megoldású (UIC 33-as profil), hogy a kopásokat utánállítással ki lehet egyenlíteni. Pályában történő javítás hatékony módja a felrakó hegesztés, amelynek két fajtája az ívhegesztés és a javító-feltöltő aluminotermikus hegesztés (HR hegesztés). Az ilyen hegesztés során a sínanyaggal / kitérőalkatrész-anyaggal egyező, vagy ahhoz hasonló anyagú, keménységű, kopásálló varrattal kell a szerkezetet felhegeszteni, de az élettartam-növelés szempontjából előnyös és elfogadott megoldás, ha a varratanyag keménysége jelentősen meghaladja a szerkezet keménységét. Egy-egy ilyen javítással az illető szerkezeti rész élettartama 2-3 évvel meghosszabbítható. Az ÖBB által kidolgoztatott kitérő stratégia (Strategie Oberbau Weichen) az alábbi legfontosabb megállapításokat tartalmazza a kitérőállománnyal történő gazdálkodás területére (Veit, 2004): - a gazdaságos karbantartási tevékenység alapja a magas kezdeti minőség, - a lassújelek alkalmazása a legnagyobb mértékben gazdaságtalan megoldás, - az alépítmény megfelelő időben történő javításában nagy költségmegtakarítási lehetőség rejlik. A stratégia kialakítását szolgáló munka érdekes eredménye volt a kitérők költségeinek a folyópályáéval történő összehasonlítása. A megállapítások szerint, azonos forgalmi terhelés és alkalmazott sínrendszer esetén az egyes kitérő fajták az alábbi vágányhosszaknak felelnek meg az éves költségek (értékcsökkenés + karbantartási költségek + forgalomzavarási költségek) összehasonlítása alapján: - egyszerű kitérő 190 m mellékirányú sugárral 340 m, - egyszerű kitérő 300 m mellékirányú sugárral 380 m, - egyszerű kitérő 500 m mellékirányú sugárral 450 m, - egyszerű kitérő 1200 m mellékirányú sugárral 650 m.

10. 1. A VASÚTI PÁLYA ÉLETTARTAMA Az élettartamot kedvezően befolyásolja fejlett technikájú kitérődiagnosztikai rendszer alkalmazása. Induktív érzékelők és nyúlásmérő bélyegek segítségével a legfontosabb geometriai méretek, az állítóerő, a csúcssín kopása és alakváltozása, a reteszszerkezet játéka és a hajtómotor áramellátása távellenőrzéssel megvalósítható. A beérkező adatok az idő függvényében feldolgozhatók, a trendvonalak a megállapított határértékekkel összehasonlíthatók, s a karbantartás szükségessége meghatározható. Nagyforgalmú fővonalakban fekvő, 60 rendszerű hagyományos kitérők élettartama, természetesen rendben végrehajtott karbantartási munkák és elvégzett cserék, javítások esetén 20-25 évre tehető (Lichtberger, 2004). Osztrák adatok alapján egy faaljas kitérő élettartama 20 évre, egy betonaljas kitérőé 30 évre becsülhető.

11. 1. A VASÚTI PÁLYA ÉLETTARTAMA A vasúti pálya egyes alkotóelemei élettartamának növelése újrahasznosítással A vasúti pálya alkotóelemeinek magas kiindulási minősége, a karbantartási beavatkozások időben történő végrehajtása hosszú elvárható élettartamot biztosít. Az élettartam vége azonban nem minden esetben jelenti azt, hogy az illető alkatrész, fődarab, pályaelem használhatatlan. Ellenkezőleg, alacsonyabb sebességi viszonyok közötti, kisebb igénybevételt és forgalmi terhelést jelentő körülmények között, megfelelő előkészítés és javítás után beépíthetők lesznek. Környezetvédelmi és gazdaságossági okokból is kifejezetten kívánatos a műszakilag még használható alkotóelemek újrafelhasználása. Nyereséget a nyersanyag megtakarítása, az előállításhoz szükséges energia fel nem használása jelenti. Ugyanakkor a bontási és szállítási munkák, valamint a javítás (felújítás) jelent ugyan anyag- és energiafelhasználást, de ez az új gyártás esetéhez képest csak töredék mértékű. Az újrahasznosítást a MÁV Zrt. utasításban szabályozta (2005.). Ez az utasítás az alapja a vágányok továbbüzemelési feltételei meghatározásának, valamint a bontott felépítményi anyagok és szerkezetek újrafelhasználásának. Az egységes minősítést a mintavételezési folyamat szabályozása, az elvégzendő vizsgálatok körének meghatározása, az újrafelhasználás követelményeinek és paramétereinek megfogalmazása garantálja. A vizsgálati körbe a sínek, a keresztaljak, a kapcsolószerek és az ágyazat tartoznak bele. Az előzetes minősítés pályában történő szemrevételezéssel és méréses vizsgálattal történik. A részletes minősítés szintén pályában, esetleg depóniában tárolt elemeken történik, s részletes méréseket, vizsgálatokat jelent. Az érvényes utasítások, műszaki specifikációk, előírások vizsgálati és minősítési határértékei alapján történik ez a minősítés, amely után tervezhető a bontott anyagok, szerkezetek újra beépítése. A használt anyagból épített vasúti vágányok és egyéb szerkezetek megfelelőségének megítélése a végső minősítés keretében történik meg. Ekkor derül ki, hogy a szükséges javítások maradéktalanul, s megfelelő eredménnyel történtek-e meg, kielégítik-e a használt anyagból épített vágányokkal szemben támasztott követelményeket (pl. az Ahasznált mérethatárok teljesítése). Alapját részletes mérések és vizsgálatok adják.

12. 1. A VASÚTI PÁLYA ÉLETTARTAMA • A minősítés során többféle kritériumot kell figyelembe venni • Alapkritérium: az előminősítés szerinti megfelelőséget biztosítja. Az előminősítés célja a vizsgálandó halmazból az avult elemek, a nem használható anyagok kiszűrése. Csak az alapkritériumnak megfelelő anyagok, szerkezeti elemek mehetnek részletes vizsgálatra. • Vizsgálati kritérium: az a kritérium - egy meghatározott vizsgálati mód esetében, - amelyhez viszonyítani lehet a tényleges vizsgálati adatokat, ha az az alapkritériumnak megfelelt. • Javítási kritérium: az a kritérium, amelynek eléréséig a szerkezeti elem javítható. • Avult, azaz újra beépítés szempontjából szóba sem jöhető felépítményi anyagok a következők: • Sín: • 48-as rendszernél kisebb tömegű sínrendszer, • 48-as rendszerű esetben az 1970 előtt gyártott és a nem Diósgyőrben hengerelt sínek, • 80 évesnél korosabb sín, • 650x106 bruttó elegytonna forgalmi terhelést elviselt sínek. • Keresztalj: • vasanyagú alj • 30 évnél korosabb faalj, • 50 évnél korosabb betonalj, • B, U, és E jelű lágyvasbetétes betonaljak. • Kapcsolószer: • 30 évesnél korosabb, • sínszeg. • Ágyazat: • olajsáros ágyazat, • salak, homokos kavics, mészkő anyagú ágyazat.

13. 1. A VASÚTI PÁLYA ÉLETTARTAMA • A továbbiakban csak a sínanyaggal foglalkozva, a nem avult, tehát elméletileg újrafelhasználható sínek előzetes vizsgálata során a kizáró kritériumok az alábbiak: • - a kiegyenlített magassági kopás értéke a D.54. sz. Útmutató szerint V < 30 km/h sebességhatárnak nem felel meg, • - forgalommal összefüggő, nagy mennyiségű, összefüggő felületi hibák vannak a futó- és a vezető felületen, • - erős a korróziós károsodás, illetve a szorító elemek erős berágódása tapasztalható, • - nagymértékű egyenetlen sínkopás, • - görbeség, torzult sínprofil, • - 1 vagy annál nagyobb fajlagos UH és síntörési hányaddal bíró sínek, • - hagyományos vágányban 6 méternél rövidebb sínek, ha arra az előminősítéskor külön ren- • delkezés nincs, • - lánggal vágott furatokkal rendelkező rövid sínek, • - ha három vagy több különböző korú és minőségű hegesztés található a 21-24 méteres alap- • hosszon belül. • A részletes minősítés tartalma sebességhatárokhoz kötött: • I. fázis - max. 40 km/h sebességig történő beépítés esetén: • - vizuális vizsgálat (kopás, legyűrődés, kiköszörülés, futófelületi hibák), • - sínkopás vizsgálata (síndiagnosztikai /SDS/ mérőkocsi, kézi mérőeszköz), • - belső sínhibák UH vizsgálata (SDS mérőkocsi, kézi vizsgáló eszköz), • - hegesztések vizsgálata belső hibákra (SDS mérőkocsi, kézi vizsgáló eszköz), • - korrózió vizsgálat. • II. fázis - max. 80 km/h sebességig történő beépítés esetén: • - hegesztések geometriai vizsgálata, • - vizsgálat átgördült elegytonna szempontjából, • - sínvéglehajlás vizsgálata, • III. fázis - max. 120 km/h sebességig történő beépítés esetén: • - hullámos sínkopás vizsgálata.

14. 1. A VASÚTI PÁLYA ÉLETTARTAMA A végső minősítést a használt felépítményi anyagból épült pálya forgalombahelyezése (műszaki átadása) előtt kell elvégezni. A végső vizsgálat elemei az alábbiak: - vágánygeometriai mérés (300 méternél nagyobb hossz esetén gépi mérés és területi elvű minősítés), - UH sínvizsgálat, - beépített elemek minősítési dokumentumainak ellenőrzése, - valamennyi beépített elem vizuális ellenőrzése, - hézagnélküli vágány esetén a hegesztések minősítésének, valamint a tényleges semleges hőmérsékletet dokumentáló jegyzőkönyvek ellenőrzése, - hagyományos (hevederes) vágány esetén a záródási hőmérsékletet dokumentáló jegyző- könyvek ellenőrzése.

15. 1. A VASÚTI PÁLYA ÉLETTARTAMA A vasúti pálya életciklus költségei A vasúti pályával kapcsolatos döntések költségvonzata tekintetében a hazai gyakorlat csak az egyszeri, a tervezett munkák finanszírozásához szükséges beruházási költségeket veszi figyelembe. Nem vizsgálja, hogy az így elköltött pénz milyen arányban van az érintett pálya(szakasz)ra jellemző teljes életciklus (élettartam) költséggel. A fejlett Nyugat-európai vasutaknál az életciklus költségek (LCC = Life Cycle Costs) nagyságának és alakulásának elemzése egyre fontosabb. Segítségével a döntés gazdaságossága megalapozható (vagy éppen cáfolható), a különböző változatok gazdasági alapú összehasonlítása elvégezhető. Az EN 60300-3-3 szabványban az életciklus költségek definíciója a következő: egy termék élettartama során kumulált költségei. Az alábbi egyszerűsített kifejezés megadja a számítási módot is: ahol B = beruházási költség, t = létesítmény élettartama, k = éves karbantartási és egyéb költségek. Az életciklus költség a kifejezésben szereplő mindhárom mennyiséggel befolyásolható, azonban a lényeg éppen az, hogy a meghatározó faktort felismerjük és azt kedvezően változtassuk, anélkül, hogy az a másik kettőre káros hatással lenne. A beruházási költség csökkentése nem mehet a műszaki színvonal rovására, nem károsíthatja az ún. RAMS elvet: Reliability = megbízhatóság, Availability = használhatóság, Maintainability = karbantarthatóság, Safety = biztonság. Amint az a korábbiakból kiderült,stratégiai fontosságú a kiinduló jó minőség, ez pedig igényes és emiatt költséges megoldást jelent.

16. 1. A VASÚTI PÁLYA ÉLETTARTAMA Az élettartam meghosszabbításának nem egészséges módszere a teljes elhasználódásig való használat. Ez ráadásul akadályozná az egyes elemek, szerkezetek újrafelhasználhatóságát is. Az éves karbantartási és egyéb költségek csökkentése miatt szintén az igényesebb megoldást és a korszerű technológiával történő, jó minőségű építést kell előnyben részesíteni. A jó minőség miatti kevesebb karbantartási beavatkozás, a vágányzárak számának csökkenése, a lassújelek elmaradása nagyon jelentős megtakarításokat jelenthet a pálya élettartama során. A Nemzetközi Vasútegylet (UIC) tanulmányban foglalkozott egyes vasutak életciklus költségeinek összehasonlításával. Ennek során 12 fejlett Nyugat-európai, két Észak-amerikai és négy ázsiai (3 japán és egy Dél-koreai) vasút adatait dolgozták fel. A teljes hálózatok (fő- és mellékvonalak) költségeit vették figyelembe, amelyeket azután egységes metodika alapján harmonizáltak. A költségek alakulását befolyásolta a kitérők fekvési sűrűsége, a hidak és alagutak hossza, a többvágányú pályák hossza, a vonalvezetés (ívesség), a villamosítottság foka, a közlekedő vonatok száma, a szállítási teljesítmény (Lichtberger, 2004). Egyes vasutak életciklus költségei (1999. évi szint)

17. 1. A VASÚTI PÁLYA ÉLETTARTAMA A vasúti pálya élettartam költségei Élettartam 30-50 év Az élettartam költségek 30-40 év távlatában nem stabilak (pl. árváltozások, új technológia, megoldások megjelenése). Az élettartam költségek nem stabilak (30-40 év távlatában), de az ezeken a költségeken alapuló műszaki lehetőségek sora jól ismert (a technika mai színvonalán). Ezért az élettartam költségek alapján ma egyértelműen eldönthető, hogy melyik műszaki megoldás a gazdaságos. A vasúti pálya élettartam költségeinek megoszlása Forrás: BalfourBetty Co.

18. 1. A VASÚTI PÁLYA ÉLETTARTAMA Az ÖBBStrategieFahrwegmás vasutak számára is nagyon hasznos eredményei a következők: a vasúti pálya kiindulási minőségének döntő szerepe van a működtetés műszaki és gazdasági vonatkozásaira, a kulcsa az élettartam költségek (LCC) csökkentésének, csak kiváló minőségű elemek segítik kedvezően a fekvésidő meghosszabbítását, a rossz minőségű elemek indokolatlan pályában tartása (túlhasználat) hibás megoldás, a lassújelek bevezetése a gondok gazdaságtalan kezelését jelenti, közepes és nagyobb forgalmú pályákon az alépítmény felújításának gazdasági előnyei is vannak.

19. 1. A VASÚTI PÁLYA ÉLETTARTAMA Az életciklus költségeket az elszállított egységekre (utaskilométer vagy nettó árutonnakilométer) vonatkoztatott mutató az illető vasút versenyképességét is jellemzi. Egyes vasutak életciklus költségei az elszállított egységekre vonatkoztatva

20. 2. A VASÚTI PÁLYA ÉLETTARTAM MENEDZSMENTJE Élettartam menedzsment Célja: a műszakilag és gazdaságilag optimális élettartam elérése. A finanszírozási és a karbantartási döntések egymástól nem elválaszthatók, együttes szempontokon alapuló stratégiát kell alkalmazni. Csak megfelelő karbantartás révén használható ki a potenciális, megfelelő hosszúságú fekvésidő. A hiányos minőségű karbantartás csökkenti a forrásfelhasználás hatékonyságát. A vasúti vágány igen „türelmes” szerkezet és nem reagál azonnal az elégtelen karbantartásra. Azonban amikor „észreveszi” az elégtelen karbantartást, s erre reagál, akkor már túl késő a pótlólagos karbantartást elvégezni.

21. 2. A VASÚTI PÁLYA ÉLETTARTAM MENEDZSMENTJE Az élettartam menedzsment pillérei Beépített anyagok, szerkezetek Felújítás Állapot Karbantartás Működőképesség Zavarelhárítás Biztonság / Minőség Felügyelet / Gondozás Forrás: Dr. Schilder, ÖBB