A sínkarbantartás elmaradása miatt 2014-ben tömegesen jelentek meg hálózatunkon a már üzembiztonsági intézkedést igénylő ilyen jellegű sínhibák.
A kerék és a sín érintkezési felületén magas, akár 1000 MPa-t is meghaladó érintkezési feszültségek lépnek fel. A sínacél osztályától függően kb. 0,3–1,2 mm vastagságban a járműkerekek által hidegen alakított réteg alakul ki, ahol megváltozik az anyagszerkezet, aminek következtében a sín anyagának keménysége jelentősen, az alapszövet keménységének akár másfélszeresére is megnövekedhet.

A Széch­enyi István Egyetemmel közösen, a „Sínfejkárosodási hibák kezelése, karbantartási technológiák kidolgozása” tárgyú kutatás-fejlesztési munka részfeladataként keménységvizsgálatot végeztünk a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépjárművek és Járműgyártás Tanszékén.
A mérések a sínfejben, 4 pontban, a felülettől 0,2–5,95 mm közötti mélységben, 0,25 mm-es mintavételi gyakorisággal történtek az 1. ábra szerinti 1.–4. tartományban. Az 5. jelű mérési pontokat a futó­felületen 42 mm hosszon mérték. A mért eredményeket a 2. és 3. ábra mutatja.
A tesztek alapján is megfigyelhető, hogy a felkeményedett kéregben bekövetke­zik az anyag alakváltozó képességének kimerülése, a kristályszerkezet jelentősen torzul, és ennek egyenes következménye a repedések kialakulása. A járműterhelés hatására ezek folyamatosan nőnek, majd összeérnek, a sín kitöredezik. Az ilyen környezetben bekövetkező törésnek az a jellegzetessége, hogy a sín a benne ébredő feszültség hatására darabokra törik (4., 5. ábra).
Az RCF-hibák kialakulását befolyásoló tényezők a járműterhelés (tengelyterhelés, átgördült elegytonna), ívviszonyok, a sín mechanikai és szerkezeti tulajdonságai, a sín- és kerékprofil kialakítása, megnövekedett gyorsító- és fékerő, vágányszabályozás és a forgalmi viszonyok (egyirányú közlekedés, lassító/gyorsító szakaszok).

Magyarországon a leggyakrabban előforduló RCF-hibák:

• sínfej-repedezettség – Head Check (HC),
• sínfejlapulás – Squat,
• repedésfészek – Belgrospi,
• nyelvszegélyképződés – Tongue Lipping.

Kialakulásuk megelőzésére megoldás a kezdeti jó minőségű sín beépítése, az át­gondolt sínkiválasztás, a már kialakult hibáknál a folyamatos ciklikus sínmegmunkálás.
Cél a sín- és a kitérők acélanyagának optimális kiválasztása, alacsony fenntartási költségek mellett, a lehető leghosszabb ideig történő üzemeltetése.

Az optimális sínkiválasztás fontosságára hívja fel a figyelmet az alábbi 3 éves vizsgálatsorozat, amelynek eredménye alátámasztja az eddig a témával kapcsolatos publikációkat.
A síngyártók folyamatos anyagminőség-fejlesztésekkel próbálják ellenállóbbá tenni a síneket a sínfejen kialakuló RCF-hibákkal szemben.

A sín anyagminőségének optimális megválasztásával nagymértékben javíthatunk a vasúti felépítmény üzemi viselkedésén, ezzel kedvező hatást gyakorolva a szükségszerű pályafenntartási tevékenységekre is. Az adott igénybevételhez megfelelő acélminőséggel – indokolt esetben az R400HT hőkezelt sínek alkalmazásával – elérhető, hogy a legfőbb károsodási mechanizmusokkal szembeni ellenálló képesség szignifikánsan növekedjen, ezáltal a tervszerű, megelőző karbantartási vagy állapotfüggő beavatkozási tevékenység és ráfordítás optimális legyen. Megfelelő anyagminőség megválasztásával a károsodásokkal szembeni ellenálló képesség jelentős mértékben javítható, így a kis sugarú, R <600 m ívekben a sínek élettartama akár a hatszorosára is nőhet.

A sínminőség kiválasztása kis sugarú ívekben

Az üzemi tapasztalatok is azt igazolják, hogy a gördülési érintkezési fáradási repedésekkel szembeni ellenállás a sínfej keménységének növekedésével egyre jobb lesz (6., 7. ábra, a voestalpine Schienen AG közlése szerint). A két ábra azt mutatja, hogy R = 1500 m, illetve R = 550 m sugarú íves vágányban azonos idő alatt 100 millió elegytonna (M et) átgördülése után milyen ütemben fejlődik a károsodási mélység a sínacél osztály függvényében.
A MÁV Zrt.-nél a 2012-től életbe lépett szabályozás rendeli el az R = 150–3000 m sugarú ívek külső sínszálában a 350HT sínek alkalmazását. A karbantartási tervek összeállításakor ezeken a helyeken a síncseréket R350 HT minőségű sínnel kell tervezni.
Ívekben a keményebb sínek nagyobb ellenállást mutatnak a kopással és a gördülési érintkezési fáradással szemben, mint a szabványos R260 minőségűek.

2016-ban a voestalpine és a MÁV közös vizsgálatot indított, ennek keretében kis sugarú ívben vizsgáltuk a különböző anyagminőségű sínek viselkedését, ellen­állását az eltérő forgalmi terhelésekre. Összehasonlítottuk a 25 M et éves terhelésű, R = 302 m sugarú ívben az R400HT és a korábban is használt R260 minőségű sínek kopással, hullámos kopással és gördülési érintkezési kifáradással, RCF-hibákkal és oldalkopással szembeni ellenálló képességét.

A tapasztalat szerint az elhasználódás és kopások következtében általában maximum 2,5 évente kellett sínt cserélni az ívekben.

Elvégzett mérések

Sínprofil (8., 9. ábra), hullámos sínkopás, örvényáramos mérés

A teszt adatai:

Helyszín: Budapest-Ferencváros–Kelenföld
Ívsugár: R = 302 m
Közlekedés: vegyes
Terhelés vágányonként: 25 M et
Tengelyterhelés: 22,5 t
Sínrendszer: 60E1
Jobb vágány: R400HT
Bal vágány: R260
Mérés gyakorisága: 2/év

45 M et után az R260 minőségű sín horizontális oldalkopása már 14 mm, ugyanennyi üzemidő alatt az R400HT minőség esetén preventív köszörülés után csak 0,9 mm (10. ábra).

Az örvényáramos méréseket 3 mérési pontban értékeltük ki a bal vágányban fekvő R260 és a jobb vágányban fekvő R400HT minőségű sínek külső és a belső sínszálaiban. 35 M et áthaladása után megállapítható, hogy a HC-hibákkal szemben megközelítőleg 3-szor jobban ellenáll ilyen kis ívsugár esetén az R400HT anyagminőségű sín (11. ábra).

A hullámos kopási méréseket 5 pontban végeztük, aminek eredményeként egyértelműen látható, hogy a hullámos sínkopással szembeni ellenálló képessége az R400HT minőségű sínnek közel 10-szerese 35 M et átgördülése után (12. ábra). A hullámos sínkopás a 13. ábrán, a nyelvszegélyképződés a 14. ábrán látható.

Vizsgálataink alapján javasoljuk kis sugarú ívek külső sínszálában a keményebb sínek alkalmazását. A beépítés költsége ugyan 10-20%-kal magasabb, de hosszú távon az üzemeltetés költsége csökken és a pálya élettartama nő. A kezdeti magas minőség megválasztása kedvezően meghosszabbítja a hasznos élettartamot, viszont a fenntartási tevékenység az, ami a kezdeti minőséget megfelelő hosszúságú üzemi élettartammá tudja változtatni.

Hálózati kitekintés örvényáramos mérések alapján

A gördülőérintkezéses fáradásos hibák fajtái közül a HC-típusú sínhibák tárhatók fel és értékelhetők ki örvényáramos méréssel, a többi RCF-hibatípus a sínfejen való elhelyezkedésük és a repedések jellege miatt nem kimutathatók, illetve a mérési eredményeik nem értelmezhetők. A HC-hibák 2014–2018 között észlelt hosszát a 15. ábrán mutatjuk be.
Az örvényáramos mérések a törzshálózaton, jellemzően a korridorvonalakon történtek 2018-ban, közel 8000 sínkilométer (skm) hosszban.

A hálózaton 2016-ban elvégzett sínmegmunkálási tevékenységnek köszönhetően közel 800 skm hibamegszüntető és hibajavító munkáltatás valósult meg. Az ezt követő 2017-es mérési eredmények elemzése alapján látható, hogy – a romlási trendeket is figyelembe véve – jelentősen növeltük a pályában fekvő sínek életciklusát. A köszörülés kedvező hatása 2018-ban még érezhető volt. A HC-hibával terhelt hibahosszak növekedési üteme lassult, de a hibák összetétele, mértéke megváltozott. 
Az azóta elmaradt munkáltatás miatt a HC-hibával terhelt sínhosszak, illetve a hiba mélysége 2018 második felétől örvényáramos mérési eredmények alapján ismételten – egyébként törvényszerűen – növekvő trendet mutatnak.
A hálózat törzshálózati részét képező vonalaknál ívekben 18-20 M et-terhelés mellett az átlagos károsodási mélység mértéke évente elérheti a 0,8 mm-t, ami évente akár 1 hibaosztálynyi romlást is jelenthet. Kijelenthető, hogy ez a romlási ütem gyors és aggasztó.
A fenti elemzésekből kitűnik, hogy a sínhibákkal, kiemelten a gördülési fáradásból eredő HC-hibával foglalkozni kell, mert észlelése esetén, az elrendelt sebességkorlátozások mellett, jelentősen kihat a biztonságos vonatközlekedés lebonyolítására is. A sínhibák időben és ciklikusan történő kezelése kedvező hatású a pályahálózat karbantartására rendelkezésre álló források hatékony felhasználására, mely a sínek, illetve a kitérőalkatrészek életciklusának növelésével érhető el.
Az alábbi elemzésben a munkáltatás fontosságára hívom fel a figyelmet a 2015–2019 közötti mérési eredmények alapján.
A bemutatott ív paraméterei:

• Terhelés: 22 M et/év
• Ívsugár: R = 1000 m
• Köszörülés éve: 2016

A 16., 17. ábrán látható grafikonokon az elemzett ív 1 m-es bázishosszon a károsodási mélységek előfordulási gyakoriságát látjuk. Az első méréshez képest gyors romlási trend figyelhető meg. 2015-re az ívben található hibák több mint fele elérte a 2 mm-es károsodási mélységet.

2016-ban az ívben hibamegszüntető köszörülést végeztek. Ennek hatására nem, vagy csak minimálisan maradtak 0,5 mm károsodási mélységnél kisebb HC-hibák. A hibamegszüntető köszörülés hatása a 18. ábrán látható.

A munkáltatás után elindult újra a trendnek megfelelő romlási folyamat. A 2017. évi mérési eredmények (19., 20. ábra) hasonlítanak a 2014-ben mértekre. Annak érdekében, hogy az elemzett ívet gazdaságosan lehessen köszörülni, az újonnan kialakult 1,5 mm-es károsodási mélység elérése után ismételt beavatkozásra van szükség. Az előzőekben bemutatott adatok alapján ez esetünkben egy 1000 m sugarú ívnél, 22 átgördült M et-t követően, 2 év után szükséges az ismételt köszörülés. Tehát változatlan terhelés esetén a köszörülési ciklusidő 2 év.

Kitérők hálózati szintű elemzése

Kitérőkön rövidebb idő alatt alakulnak ki a forgalomra veszélyes gördülőfáradásos hibák, mivel szerkezeti kialakításuk miatt érzékenyebben reagálnak a forgalmi terhelésekre.
Az időben és rendszeresen végzett karban­tar­tási és köszörülési munkákkal a HC-hibák mértéke szinten tartható, így kevésbé áll fenn annak a veszélye, hogy a sínkopás értéke elérje a sebességkorlátozás bevezetéséhez szükséges 2,7–3,0 mm-es mély­séget.
A 21. ábrán diagrammal szemléltetjük a kitérőalkatrészekben kialakult HC-hibák előfordulását, illetve ezen belül a hiba­kategóriák belső arányát.

A hálózatunkon üzemeltetett 8150 csoport kitérőből a korridorokban fekvő 3127 csoport kitérőt mérjük örvényárammal éves vagy kétéves gyakorisággal az átgördült elegytonna-terhelés függvényében. 2018-ban 2200 csoportot vizsgáltunk. A mért kitérők 98%-ában van valamilyen mértékű HC-hiba, ennek 15%-a már nem javítható, ezért alkatrészcserére van szükség.
Fontos rámutatni, hogy a kitérőkben kialakult hibák 76%-a az egyenes irányban, 24%-a pedig kitérő irányban található. Számottevő mennyiségű károsodást észleltünk a csúcssíneken. A forgalom biztonsága szempontjából a csúcssíneken levő repedések jelentik a legnagyobb veszélyt, mert a leerősítés, megtámasztás nélküli szakaszon bekövetkező törés esetén a siklás elkerülhetetlen.
A 22. ábra a kitérőalkatrészek 2018. évi hibaszámait szemlélteti, az 1. táblázat foglalja össze a hálózati szinten 2200 csoport kitérőn mért 6424 db alkatrészt.

A hibamegszüntető, majd a ciklikus köszörülés hálózati szintű megvalósítása a sínek és kitérőalkatrészek élettartamának növekedését eredményezi. A preventív jellegű köszörüléssel a cél nem a HC-hibamentes állapot elérése, hanem a sínhibák kialakulásának megakadályozása, illetve olyan tartományban tartása, ami nincs negatív kihatással a biztonságos vasúti közlekedésre, illetve a menetrendszerű vonatközlekedésre. A külföldi vasutak (pl.: ÖBB, DB stb.) is ezt a filozófiát követik.
A rendelkezésünkre álló síndiagnosztikai mérések eredményeinek elemzéséből, a vonalak terhelési adataiból kimutatható romlási trendek alapján a munkáltatás ciklikussága jól beazonosítható, azok megfelelő biztonsággal tervezhetők.
Akár a megelőző, akár a már kialakult sínfejrepedezett hibáknak – C2 hiba­kategóriáig – a sínmegmunkálással megvalósuló karbantartása nagyságrendekkel kisebb költségekkel jár, mint a sín vagy a kitérőalkatrész cseréje. A 2,7 mm mélységű C2 vagy azt meghaladó hibaosztályú síneket köszörüléssel javítani már gazdaságtalan. Az ilyen mértékben hibás sínek kicserélését kell tervezni. A síncserék nagy zavartatással járnak, míg a köszörülési munkák ütemezetten, tervezett időpontban, minimális zavartatással végezhetők.

A szolgáltatási színvonal és a vasúti közlekedés biztonsága érdekében ezeknek a hibáknak a megelőzése, illetve a meglévők minél gyorsabb kezelése elengedhetetlen, ennek leghatékonyabb és legköltségkímélőbb módja a köszörülés és a sínmarás.
A Pályalétesítményi Igazgatóság az elmúlt években megvalósult síndiagnosztikai mérések elemzésével, az azokból levezethető romlási/avulási tendenciák is­meretében, valamint a 2016–2018. évi munkáltatások eredményeinek felhasználásával, a magyar egyetemek kutatási eredményeiből, illetve külföldi vasutaktól kapott információk alapján elkészítette a MÁV Zrt. sínmegmunkálási stratégiai javaslatát.
Az optimális karbantartási stratégia kidolgozása érdekében 2017-ben megalakult a V4 országok roncsolásmentes vizsgálatok munkacsoportja, amelynek célja, hogy feltérképezzék a részt vevő országokban alkalmazott roncsolásmentes vizsgálati eljárásokat, módszereket, eszközöket, melyek alapján harmonizálni lehet a síndiagnosztikai vizsgálatok minősítési rendszerét. Továbbá a különböző pályaparaméterek (ívsugár, sebesség, anyagminőség, forgalmi terhelés, magassági és vízszintes vonalvezetés) figyelembevételével optimális vizsgálati gyakoriságra, vizsgálati módszerekre, valamint a sínek életciklusköltség-szemléletű karbantartási stratégiájára adjon ajánlást. A tevékenység spektruma kiterjed különböző igénybevételű pályaszakaszok és különböző anyagminőségű sínek vizsgálati eredményeinek elemzésére, továbbá a speciális pályaszerkezeti elemek, például mangánötvözetű csúcsbetétek anyagvizsgálati technológiájának kidolgozására.
Az egyes vasutak tapasztalatainak összegzésével, figyelembe véve a vasúti diagnosztikai eszközök fejlődését és további fejlesztési lehetőségét, a szakértői csoport a vasúti forgalombiztonság növelésére tesz fontos lépéseket.

Összefoglalás

Megállapíthatjuk, hogy a hálózaton már kialakult és folyamatosan bővülő HC-hibák kezelése érdekében szükség van a sínek, illetve kitérők – a terheléstől és ívsugártól függő, diagnosztikai elemzéseken alapuló – tervszerű ciklikus karbantartására, valamint a sínkiválasztás optimalizálására.
A pályadiagnosztika szerepe egyre fontosabb a gazdaságos karbantartás szempontjából. Szerencsés helyzetben vagyunk, ugyanis hazánk Európában vezető szerepet tölt be a síndiagnosztika területén. A legkorszerűbb mérési vizsgálati technikák, jól képzett szakemberek állnak a „sínek szolgálatában”.
Kijelenthetjük, hogy a HC-hibák jelenlegi – megfelelő források nélküli – „kezelése” rövid és hosszú távon is jelentősen megnöveli az üzemeltetési költségeket, illetve ezek hiányában csökkenti a hálózat rendelkezésre állási kapacitását.
A kitérők esetében ki kell emelni, hogy az RCF-hibák kezelése mellett elengedhetetlen a kitérőkarbantartó egységek felállí­tása, illetve a karbantartáshoz szükséges kisgépek (köszörűk) beszerzése.