A cikk szerzője:

Szemerey Ádám műszaki szakértő
MÁV Zrt. Debreceni TPK

Járműterhelés automatikus mérése

A vasúti pálya biztonságos állapotának fenntartását és ellenőrzését szolgálja a pályafelügyeleti tevékenység, és ezen belül az objektív adatokat szolgáló gépi mérések, valamint azok számítógéppel történő kiértékelése. Ehhez hasonlóan fontos, hogy a közlekedő vonatok mozgásáról, a pályára átadódó terhelésről is rendelkezzünk naprakész adatokkal, sőt rendellenesség esetén akár másodperceken belül a beavatkozás helyére is eljussanak ezek az adatok.

Az Osztrák Szövetségi Vasúttársaság (ÖBB) 2004-ben olyan mérőállomásokat állított rendszerbe, melyek feladata az adott mérőhelyen áthaladó vonatokról min­den szükséges adat begyűjtése. A Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH (HBM), az ÖBB-Infrastruktur Bau AG és a Bécsi Műszaki Egyetem közös fejlesztésében elkészült Argos-System nevű rendszer alkalmas arra, hogy a szükséges adatokat mérje, tárolja, értékelje, e-mailben továbbítsa, illetve mérethatáron túli értékek esetén automatikusan riassza a következő vasútállomást.
A rendszer méri a járműterhet, a tengelyterhelést és külön-külön, az egyes kerekek okozta terhelést, a keréklapultságot, az egyenetlen járműmozgást, illetve érzékeli, ha siklott jármű halad el fölötte. Ezeken kívül leolvassa minden elhaladó jármű azonosító számát, méri a zajszintet és az esetleges sugárzást is. Külön érzékelőket telepítettek a vágány mellé, hogy a vonatok okozta talajmozgást is regisztrálják. A mérőhelyre telepített konténerben találhatók az adatrögzítéshez, az ­adat­­továbbításhoz, valamint a kiértékeléshez szük­séges műszerek és számítógépek.
A győri Széchenyi István Egyetem Műszaki Tudományi Kar Közúti és Vasúti Jármű Tanszéke dr. Kiss László vezetésével és tolmácsolásával 2012. október 5-én szakmai kirándulást szervezett Bécsbe. A látogatás célja az automatikusan működő mérőállomás megismerése és működés közbeni bemutatása volt. Az ÖBB részéről Paul Zajic, az ÖBB Járműengedélyezési területének nyugalmazott vezetője fogadta csoportunkat.
A szakmai kirándulás során a deutsch-wagrami mérőállomást (1. ábra) tekintettük meg, mely Bécstől északkeletre, a Bécs–Břeclav–Brno–Prága kétvágányú, villamosított, 140 km/h sebességre kiépített vasútvonal mellett található.

1. ábra. A mérőhely és a mérőállomás
A mérőállomás mellett a jobb vágány kb. 50 m hosszú szakaszán vannak elhelyezve a különféle érzékelők (sugárzás, zaj- és rezgésmérők) a síngerincen és a síntalpán, a sínfej külső oldalán (2. ábra), a különleges kialakítású keresztaljakban, illetve a vágány külső oldalán a ­te­repen.

2. ábra. A sínszálakra ragasztott érzékelők, a rezgésérzékelő a sínfejen és a tengelyszámláló a sínkamrában
 A speciális ragasztóval felhelyezett mé­rőfejeket munkapadon ragasztották a sínszálra, mert így biztosítható a rázkódásmentes száradás, illetve jelentősen rövidíthető a beépítéshez szükséges vágányzári idő (6+2 óra). Az előkészített és felszerelt sínszál becserélése és ­behegesz­tése rövid éjszakai vágányzárban elvégezhető, majd másnap a vágány gépi szabályozása is megtörténhet. A kábelek bekötése és a mérőállomás üzembe helyezése már nem zavarja a forgalmat.


A mérőrendszer kialakítása és működése

A tervezési alapelvek szerint a mérésnek folyamatosnak kell lennie, a forgalom és a pályafenntartás zavarása nélkül. Az érzékelőknek a vasúti pályán és/vagy a pályában kell lenniük, s nem a járműveken.
A mérések pontossága folytán olyan ob­jektív értékekhez kell jutni, melyek összehasonlíthatók az érvényes mérethatárokkal. A mért adatokat önműködően kell feldolgoznia és továbbítania, illetve mé­ret­határon túli, mért értékek esetén alkalmasnak kell lenni a megfelelő riasztásra. A berendezésnek 300 km/h-s sebességig, sebességcsökkentés nélkül kell megbíz­ható adatokat szolgáltatni.
Első lépésként a kisiklásérzékelőt fejlesztették ki (Argos Level 1). A keresztaljakra és a sínszálakhoz erősített eszköz (3. ábra) fo­lyamatosan ellenőrzi az elhaladó vonatokat. Úgy alakították ki, hogy az aljak ­fölött – de űrszelvényen kívül – le­gyen, hogy ne akadályozza sem az ágyazati mun­kát, sem a gépi szabályozást, ezen felül minden kapcsolószer mellett al­kalmazható. Beépítését olyan helyek: alagutak, hidak, állomások és ágyazat nélküli vágányszakaszok elé javasolják, ahol különösen nagy kárt okozna egy siklás.

3. ábra. A kisiklásérzékelők
A második egység feladata a járművek és a rakomány folyamatos ellenőrzése (Argos Level 2). A tehererőt (Q) méri kerekenként, ebből számolja a tengelyterhelést és a járműterhet, illetve a külpontos rakományt, és a terheletlen kereket is ér­zékeli. Az oldalerő (Y) mérésével a billenési tényező is kiszámítható. Emellett fi­gyeli a kerék futófelület-hibáit és egyenetlenségeit (kipattogzás, lapultság, szennyeződés, külpontosság stb.) is.
Ehhez a méréshez a sínszálakon minden aljközben vannak érzékelők, és még 10 db speciális kialakítású alj is található a pályában. Az aljak és az alátétlemezek kü­lön mozoghatnak, így az aljakba épített érzékelők rögzítik az egyes kerekek okozta terhelést, majd a program kiszámítja az összes további értéket és összehasonlítja a mérethatárokkal. A 12 m hosszon, minden aljközben elhelyezett érzékelők szükségesek a kerékegyenetlenség nagy pontosságú méréséhez, mert minden keréknek legalább háromszor teljesen körbe kell gördülnie ezen a vágányszakaszon.
A mérés után 5 másodperccel már minden adat rendelkezésre áll, úgy a mérőkonténerben, mint az ellenőrző központban. A statisztika szerint a kerékhibák legalább 95%-át kiszűri ez az egység. Ezeknek az adatoknak a segítségével je­lentősen csökkenthető, illetve ­megelőz­hető a nagyobb kár mind a rakományban, mind a járművekben és/vagy a pályában.
A harmadik egység (Argos Level 3) feladata a kisiklásbiztonság folyamatos el­len­őrzése a pályára és a sínre ható függőleges és vízszintes erők mérésével, illetve az ezek hányadosából (Y/Q) számolható együtthatók elemzésével. Érzékeli a te­her­középpont eltérését és a túlterhelést (ΣY), majd kritikus értékek esetén vészjelzést küld – a haladási iránynak megfelelően – a következő állomásra, ahol legfeljebb
20 perc alatt kisorozzák az érintett kocsit a szerelvényből, a vonat pedig haladhat tovább.
Az adatok értékelésével jelzést ad a járművek és a pálya állapotváltozásáról, illetve a szükséges beavatkozásokról. Például folyamatosan követi a kapcsolószerek ru­galmasságát, az aljak rezgését és rezgésváltozását, valamint az ágyazat csillapító hatását. Ezekből az adatokból statisztikai halmazokat képez, melyek segítségével a romlási folyamatok jól követhetők, illetve megelőzhetők vagy lassíthatók.
A bizonytalan járműfutás méréséhez 50 m hosszan kell felszerelni az érzékelőket (1. ábra) minden második aljközben.
Íves pályán a mérések alapján elemzi a forgózsámolyra ható vízszintes erőket, ezen keresztül az ívbe állást, továbbá ér­zékeli a terheletlen kerekeket is.
Ehhez a szinthez tartozik a zaj- és rezgésmérő egység. Fantázianeve ACRAMOS (ACoustic RAilway MOnitoring System). Elsődleges feladata az elhaladó jármű okozta zaj és rezgés mérése. Mi­után a rendszer ezzel egy időben rögzíti az elhaladó kocsi adatait is, minden gond nélkül beazonosítható a megengedettnél na­gyobb rezgést és/vagy zajt okozó tengely, illetve jármű (4. ábra). Az együttes mérés az egyéb zavaró zajok (szél, eső, hó stb.) kiszűrését is lehetővé teszi. Az egységhez 4 db, a különféle időjárási viszonyokat jól tűrő mikrofon és 4 db rezgésérzékelő tartozik (1. és 2. ábra).

4. ábra. A kerékteher mérése speciális aljakon

Az elhaladó járművek keltette zaj mérése mellett a pályával párhuzamosan, attól 8 és 16 m-re elhelyezett mérőműszerek a vasúti közlekedés okozta talajrezgéseket és azok terjedését, illetve csillapodását is mérik. Ezeket az egységeket a piros-fehér oszlopokkal megjelölt aknákban helyezték el.
A pályát érő hatások mérését kiegészíti a sugárzásmérő (5. ábra). Érzékenységére jellemző, hogy ha egy elhaladó személyvonaton olyan utas utazik, aki sugárkezelést ka­pott, azt is érzékeli.

5. ábra. A sugárzásmérő egység
Külön szólni kell a rendszer működtetését segítő és kiegészítő járműazonosító rendszerről (RFID = Radio Frequency IDentification). Ez a készülék az egyes járművekre szerelt jeladó (transzponder) segítségével továbbítja az adott jármű azo­nosító adatait a vonatfigyelő rendszereknek (az 1. ábra jobb alsó sarkában a sárga fedelű doboz és a 6. ábra).

6. ábra. A járműre rögzített jeladó
Ennek az eszköznek a továbbfejlesztésével született meg a Rail-Reader RFID-AVI-System nevű rendszer, amelynek se­gítségével mind a jármű, mind a rakomány folyamatosan nyomon követhető, illetve minden adatuk rendelkezésre áll. Az Argos részére továbbítja a jármű minden műszaki adatát, például a különleges jelzést a rakományról, a tengelyekről és/ vagy a kerekekről, a vagon pontos he­lyét az adott vonatban és a haladási irányt.
További, a logisztikát segítő szolgáltatás a folyamatos adatgyűjtés, a jármű ér­ke­zésének előrejelzése, a vonatösszeállítás és az indulás/érkezés dokumentálása.
Az üzemeltető munkáját segíti a flottatervezéshez és a futásoptimalizáláshoz nyújtott adatokkal, valamint a fenntartáshoz, tervezéséhez szükséges adathalmazzal.
A rendszer megalkotója és tulajdonosa a Prosoft SÜD Consulting GmbH.


Néhány gondolat az adatkezelésről, -elemzésről és statisztikákról

A minden egyes vonat minden járművéhez kapcsolható adathalmazt egy erre a feladatra kialakított központban rendszerezik. A szerverek az adatforgalomban a szabványos adatkezelési felületeket használják, hogy gond nélkül bővíthetők le­gyenek, a külső rendszerek könnyen kapcsolódhassanak hozzá, és csökkentsék a meghibásodás lehetőségét.
Az adathalmaz bármilyen megközelítésben elemezhető, mert a megadott kritériumok szerint lehet leválogatni azokat (vonattípus, jármű, tengely, kerék, felépítmény stb.). Könnyen készíthetők táblázatok, diagramok, szöveges jelentések, illetve ezeket a program képes elektroniku-san továbbítani a megadott címekre. Lehetséges különféle statisztikai értékek kiszámítása napi, havi vagy éves adathalmazokból. A rendszer üzemeltetését az ADES GmbH végzi.
Az érzékelőktől induló kábelek (1. ábra) a mérőállomás konténerében kapcsolódnak az adatokat rögzítő számítógéphez, mely egyrészt rögtön elemzi az adatokat, másrészt továbbítja a központba, valamint a vonat fogadó állomására, amely te­her­vonat esetében a Bécs melletti Kle­de­ring­ben kiépített új központi teherpályaudvar.
A kiértékelő program által készített egyes diagramokat a vonat elhaladása után 5 másodperccel akár a konténerben lévő monitoron, akár a központban meg lehet nézni. A 7. ábrán látható az első fülön megjelenített diagram. A két piros nyíl között és alatta a vonat adatai olvashatók. Felül a kék oszlopok az egyes járművek okozta terhelést, míg alul a vékonyabb, zöld oszlopok az egyes tengelyekét mutatják. A képernyőn jól látható minden egyes jármű azonosító száma a kék mezőkben, illetve a zöld oszlopok kö­zött. Alul a sárga vonal jelzi a 225 kN-os terhelési határt, míg a piros vonal a 250 kN-ost. A kép jól mutatja, hogy az első jármű – a mozdony – megközelíti a megengedett terhelési határokat.

7. ábra. Tehervonat jármű- és tengelyterhelésének diagramja
A következő fülön a dinamikus kerékterhelés ellenőrizhető (8. ábra). Ez egy személyvonatról készült ábra. Itt is jól látszik, hogy csak a mozdony közelíti meg a megengedett mérethatárt. A további füleken található diagramokon az eltérések olyan kicsik voltak, hogy alig látszottak, bemutatásuktól ezért eltekintek.

8. ábra. A dinamikus kerékterhelés megjelenítése
Megismerve a teljes mérőrendszer mű­ködését, meglepve tapasztaltuk, hogy nem a Bécsbe, illetve a központi teherpályaudvarra tartó vonatokat ellenőrzi a mé­rőállomás, hanem a Prága felé tartókat. Kérdésünkre vendéglátóink elmondták, hogy a kiépítés idején ezen a vonalon még balos közlekedés volt, ezért került a jobb vágányba és mellé a mérőrendszer. A ki­építés költsége 2004-ben 400 ezer euró volt, de az áttelepítése a másik vágányba mára kb. 500 ezer euróba kerülne, és ezt az ÖBB nem tervezi.
A tájékoztatón elhangzottakat kiegészítendő, forrásként felhasználtam a rendszertulajdonos honlapját is (www.argos-systems.eu). A fényképeket a 6. ábra kivételével, amely az említett honlapról származik, magam készítettem.

A cikk folytatódik, lapozás:1
A teljes cikket megtalálja a folyóirat 2013 / 1. számában.
A lapszám PDF dokumentumként való letöltéséhez kattintson ide!
Ha szeretne rendszeresen hozzájutni a legfrisebb számokhoz, fizessen elő a folyóiratra.
A hozzászólások megtekintéséhez vagy új hozzászólás írásához be kell jelentkeznie!
Sínek Világa A Magyar Államvasútak Zrt. pálya és hídszakmai folyóirata
http://www.sinekvilaga.hu | ©