Bevezetés

2021 a vasút éve volt az Európai Unióban, amellyel a vasúti közlekedést mint a legbiztonságosabb és fenntartható közlekedési formát kívánták népszerűsíteni [1]. Reformjával kapcsolatos egyik legfontosabb kezdeményezés, a Shift2Rail 2014-ben indult meg, amely zöldebbé, biztonságosabbá és intelligensebbé teszi a közlekedést. Ez a legnagyobb vasúti rendszereket érintő európai kutatási projekt, amely egyfelől olyan területeket érint, mint a digitalizáció, fenntarthatóság, másfelől természetesen magában foglal klasszikus témákat is, mint a költségek és vágányok rendelkezésre állásának optimalizálása [2, 3].
A 70 éves működése alatt ~43 000 kitérőt legyártó VAMAV Kft. tulajdonosain keresztül aktívan részt vesz a Shift2Rail­ben, hiszen üzleti és kutatási partnereivel együtt elkötelezett a vasút versenyképességének növelése mellett. Olyan megoldásokat keresünk, amelyek segítségével meg tudunk felelni azon vevői elvárásoknak, mint a nagyobb idejű üzemképes állapot vagy a kényelmi szempontok, a különleges utazási élmény. Mindezeket fő feladatunkra, a kitérőgyártásra összpontosítva tesszük meg, különös tekintettel a kitérőt alkotó sínekre, biztosítóberendezési elemekre, erőátviteli rendszerekre és különféle diagnosztikai vagy egyéb tradíciót az innovációval ötvöző digitális megoldásokra. Tehát már nemcsak egyszerűen kitérőket, hanem komplett felépítményi rendszereket, komplex megoldásokat, ezzel gyakorlatilag rendelkezésre állást kínálunk ügyfeleinknek.

A hazai kitérőgyártás fejlesztésének fő fókuszai 2030-ig

Az Erópai Unióban az üvegházhatást okozó gázok 25%-ának kibocsátója a közlekedés, amelyből körülbelül 75%-ért a közút, 14%-ért a vízi és légi közlekedés és mindössze 1%-ért a vasút a felelős. Míg Magyarországon például 2016–2020 között a közúti személyautós közlekedés esetében az ötéves fajlagos emisszióérték 176 g CO₂e/utas-km, addig a vasúti közlekedésre ennek negyede, 45 g CO₂e/utas-km volt [4].
Az uniós elvárások alapján 2050-re 90%-kal kell csökkenteni a károsanyag-kibocsátást. Ennek értelmében 2030-ra a 300 kilométernél hosszabb tranzit közúti közlekedés 30%-át, 2050-re pedig az 50%-ot kell fenntartható közlekedési módra terelni, amely Magyarországon gyakorlatilag a vasútat jelenti [5].
Ebből következik, hogy a vasút egyre attraktívabbá és fontosabbá válik a személyszállítás és teherfuvarozás szempontjából, amely növekvő utasszámot és árumennyiséget jelent [6, 7].
Emiatt az infrastruktúra működtetői számára fontos olyan eszközök, berendezések alkalmazása, amelyek megbízhatóan képesek kielégíteni ügyfeleink igényeit, garantálják a biztonságot és a pontosságot. Azért, hogy ezeknek a követelményeknek megfeleljünk, tulajdonosainkkal, a MÁV Zrt.-vel és a voestalpine Railway Systems GmbH-val kooperálva folyamatosan olyan innovatív termékeket, megoldásokat keresünk, amelyekkel ezeknek a feltéteknek eleget tesznek.
Kutatási projektjeink célja olyan kísérleti kitérők, illetve egyéb vasúti berendezések beépítése, valamint szolgáltatások nyújtása a következő három-öt évben, amelyek hosszabb élettartamot biztosítanak, így alacsonyabb élettartamköltséget jelentenek és magasabb rendelkezésre állást eredményeznek a felhasználónak. Ezen fejlesztések által csökkenthető az olyan költségintenzív munkáltatások száma, mint a nagy igénybevételek miatt szükséges ágyazattisztítás vagy a kitérőszerkezetek idő előtti cseréje. A fő irányok meghatározásához alapvető fontosságú a felépítményi szerkezetek élettartamát meghatározó paraméterek vizsgálata.

A vasúti pálya állapotát befolyásoló tényezők

Ezek sokfélék lehetnek, amelyek közül a legfontosabbak [8]:
a) az üzemi igénybevételek nagysága és minőségi paraméterei (átgördült elegytonna, sebesség, tengelyterhelés, vontatási nem stb.);
b) a felépítményi szerkezet minőségi paraméterei (korosság, felépítményi rendszer, ezen belül a sínrendszer, aljtípus, aljtávolság, leerősítések típusa, ágyazat anyaga, vastagsága, és közvetve az alépítmény koronavédelme, a vízelvezetés, valamint az alépítmény teherbírása);
c) a felépítménycserék módszere és gyakorisága;
d) a pályafenntartási munkák időbelisége, mennyisége és minősége.
Míg a c) pontban említett paraméterek pozitív hatása azonnal, addig az a), b) és d) pontban említett paraméterek miatti romlás általában lassabban jelentkezik. Mindegyikben közös azonban, hogy az időbeli lefolyástól függetlenül nagyban tudják befolyásolni az üzemképes idő, a rendelkezésre állás alakulását.

A rendelkezésre állás három alappillére

A nagyobb rendelkezésre állást a kompetenciakörükbe tartozó berendezések:
– üzembiztonságának szavatolásával,
– üzemeltetési folyamatainak egyszerűsítésével,
– és a vasúti pálya forgalomból történő kizárásának minimalizálásával, a javítási idő csökkentésével kívánjuk elérni.
Az üzembiztonság szavatolása érdekében különböző digitális megoldásokat nyújtunk, amelyek fő területei a jármű- és infrastruktúra-diagnosztika. Az üzemeltetési folyamatok egyszerűsítését az alkalmazott eszközök zavarmentes működésével, azok robusztus kialakításával kívánjuk elérni. A vasúti pálya forgalomból történő kizárásának minimalizálása érdekében alacsony karbantartási igényű szerkezeteket, berendezéseket fejlesztünk ki, amelyeket különböző proaktív szolgáltatásokkal támogatunk.

Digitalizáció

A vasúti pálya állapotát befolyásoló tényezők megfigyelése, az adatok gyűjtése és feldolgozása megfelelően megválasztott és telepített szenzorokkal lehetséges. Az így nyert adatokból szerzett információk a felépítményi szerkezetek karbantartási módszereinek kiválasztásán túl a szerkezetek további fejlesztéséhez is felhasználhatók.
Ezek olyan megbízható diagnosztikai és felügyeleti rendszerek, amelyekkel a járművek, infrastruktúra-elemek, vágánykomponensek, valamint az egyéb környezeti jellemzők figyelemmel kísérésére van lehetőség [9–12]. A berendezések kivitelénél a moduláris kialakítást preferáljuk. Ezzel pontosan definiálható, hogy az adott felépítményi szerkezeten milyen fizikai paraméterekkel rendelkező jármű haladt át, mik voltak a környezet legfontosabb jellemzői az áthaladáskor, és ezek hogyan befolyásolták a felépítményi szerkezet funkcionális működését.

Az említett diagnosztikai rendszer a voestalpine Railway Systems GmbH által gyártott új PhoenixMDS platform, ami olyan hálózatba kötött intelligens eszközöket jelent, amelyek legcélszerűbben a pálya egy adott pontjára koncentráltan telepített különféle szenzorok és IOT-megoldások kombinációit jelentik. Az ellenőrző kapu (checkpoint) kialakítása során egyedi vevői igények is figyelembe vehetők (1. ábra).

A leggyakoribb kialakítás a rakszelvényfigyelő kaput, hőnfutás-jelző beren­de­zéseket, csapágyfigyelő egységet, dina­mi­kus mérleget, laposkerék-ellenőrző egységet és pantográf monitorozóberende­zést foglalja magában. Ezek közül a MÁV vonalaira eddig 34 hőnfutás-jelzőt telepítettünk (2. ábra).

A berendezésekből származó adatokat az úgynevezett CMS-alkalmazás segítségével lehet feldolgozni (3. ábra).
A CMS-alkalmazás legfontosabb feladata, hogy a különféle diagnosztikai rendszerek központi felügyeletét lássa el (central monitoring system). Az alkalmazott szoftver egy platformfüggetlen kliensszerver-alapú megoldás, amelynél nincs hardverhez vagy helyszínhez való kötöttség. A rendszer moduláris felépítésű, amelyben többek között a rendszerfelügyelet, a riasztás és intézkedés, az infrastruktúra-felügyelet és az állapotfüggő karbantartást támogató funkciók találhatók meg.
Nagyon fontos jellemző, hogy a rendszerbe egyéb, más gyártók által telepített járműdiagnosztikai rendszerek is könnyen integrálhatók, illetve további pálya menti monitoringelemek is csatlakoztathatók. Ez utóbbiak közül a legáltalánosabban használt hazánkban a Roadmaster 2000 kitérődiagnosztikai eszköz, amelyből eddig országszerte közel 200 darab került telepítésre (4. ábra).

A Roadmaster 2000 kitérődiagnosztikai rendszer feladata a kitérők várható hibáinak korai felismerése, előrejelzése, trendek megállapítása, statisztikák készítése, ezzel a karbantartás tervezhetőségének javítása.
Működési elve szerint állításkor méri az állítómű motorjának feszültségét és áramerősségét, amely kapcsolatot teremt az áram és az állítóerő között. Üzembe helyezéskor egy referenciagörbe készül, amihez viszonyítva a berendezés észleli, ha a mért értékek túllépik a normál üzemi jellemzőket, ekkor riasztást ad. A rendszer vizuálisan megmutatja az állítási nehézségeket, statisztikákat készít és hibakatalógust is tartalmaz, amelynek segítségével az állítási nehézségek okaira lehet következtetni (5. ábra). Természetesen lehetővé teszi a távoli webalapú hozzáférést, illetve szükség esetén a VAMAV Kft. konzultációval és mérnöki támogatással áll az üzemeltetők rendelkezésére.

Tehát összefoglalva: A digitális megoldásunk integrált komponens, és kölcsönhatásmenedzsment-rendszer, amely képes a járműből, a felépítményi szerkezetekből és a környezeti jellemzőkből származó adatok gyűjtésére. A diagnosztikai rendszer tetszés szerint, modulárisan összeállítható, szenzorai szinte gondozásmentes önhitelesítő szenzorok, illetve szoftveres döntéssegítő alkalmazást is tartalmaz, amellyel segíti az üzemeltetőt, hogy jelzés esetén mit tegyen.

Az általunk forgalmazott berendezéseknél törekszünk arra, hogy az eszközök és szoftverek komplexitását/bonyolultságát a lehetőség szerinti minimumra csökkentsük, külső zavaró tényezőkkel szembeni ellenállását növeljük, tehát robusztus megoldásokat nyújtsunk.

Robusztusság

Robusztus megoldásaink fő alapgondolata, hogy a szenzorok fogalmát kiterjesszük a kitérőalkatrészekre is. A vállalatcsoportunknál bevezetett úgynevezett SMART célkitűzési rendszert használjuk, amely szerint termékeink komponenseinek megfelelő használatával a forgalom biztonságos működéséhez szükséges információk megszerezhetők. Ilyen például a kitérők csúcssínjeinek intelligens tervezése, ami azt jelenti, hogy a biztonságos állapot visszajelzése a csúcssínek segítségével is elvégezhető egyéb elektromos érzékelők (például ELP) nélkül (6. ábra).

Nagy sugarú kitérők esetében, a hagyományos csúcssíneknél, annak érdekében, hogy például egy, a tősín és a csúcssín közé kerülő 10 mm-es akadályt, ami már meg nem engedhető nyomszűkületet, ezáltal kisiklást okozhatna, biztonsággal ki tudjunk mutatni, közbenső csúcssínvégállás-ellenőrző (ELP) beépítése szükséges. Célunk ezen kitérők akadályérzékenységének mérséklése, miközben a közbenső csúcssínellenőrzők számát csökkentjük. Az alkalmazott új csúcssínprofil a 60E1A-84. A 7. ábrán kék színnel láthatók azok a helyek, ahol anyagtöbblet került elhelyezésre az általánosan használt 60E1A1 csúcssínprofilhoz képest. Az új profilnál az oldalirányú inercia közel kétszeres, a függőleges 10%-kal nagyobb, miközben a csúcssín tömege mindössze 15%-kal több (~84 kg/m). Az ezzel kapcsolatos MÁV-VAMAV üzemi tesztet 2020 októberében kezdtük Tócóvölgy 8. (B60-800-1:15,44) számú kitérőjével, az eddigi tapasztalatok pozitívak [13].

A vasúti pálya üzemeltetésének további feladatai, amelyek szintén nagymértékben befolyásolják a rendelkezésre állást, illetve sebességkorlátozásokat eredményezhetnek, a járművek áthaladása következtében a síneken kialakuló kopások, legyűrődések, valamint RCF- (rolling contact fatigue – gördülő érintkezési kifáradás) jelenségek. A sínkárosodáshoz vezető és karbantartási igényt okozó degradációs mechanizmusok leküzdéséhez korszerű sínanyagok szükségesek. A jelenleg alkalmazott egyik legmodernebb sínanyag a 400 UHC® HSH®, amely finomperlites szövetszerkezetű, a mechanikai igénybevételeknek jobban ellenáll, kifáradással szemben nagyobb rezisztenciát mutat (8. ábra) [14].
A 400 UHC® HSH® sínanyaggal a 8. ábrán látható módon nagyobb sínprofil-stabilitás érhető el, tovább fenntartható a magas kezdeti minőség, kedvezőbbek a kerék-sín érintkezési feltételek, így kisebb mértékű kopások keletkeznek, valamint kevesebb a gördülő érintkezési kifáradásból adódó hibák darabszáma. Az erre vonatkozó MÁV-VAMAV üzemi tesztet 2017-ben kezdtük el Tápiógyörgye vasútállomáson, a 6-os és 8-as számú kitérőben (B60 XI-300-1:9, 1:20 és 1:40 síndőléssel) [13], valamint 2020 októberében Vác állomás 1. számú kitérőjében (B60 XI-300-1:9 síndőlés nélkül). Az új anyag az eddigiekben a várakozásoknak megfelelően teljesít [13].
Összefoglalva tehát: a robusztusság a SMART kitérőkialakításokban és optimalizált érzékelő megoldásokban jelenik meg, amely nagyobb rendelkezésre állást biztosít, amelynek sarokkövei a 400 UHC® HSH® sínacél, illetve az önellenőrző csúcssínek alkalmazása.
A digitális megoldások, valamint a robusztus kialakítású termékek által biztosított növelt rendelkezésre állást különböző proaktív módszerekkel tovább lehet javítani.

Proaktivitás

A proaktivitás főleg a szolgáltatásainkon, az élettartamköltség-vizsgálatainkon és az oktatási tevékenységünkön keresztül nyilvánul meg.
A fentiekben említettük, hogy egy időben próbálunk az egyszerűségre törekedni, illetve a szerkezet minden részéről még több információt gyűjteni. A voestalpine Railway Systems GmbH technikai támogatásával rendszerszintű megoldásokban gondolkodunk, ezt bemutatjuk ügyfeleinknek, akik ízlés szerint válogathatnak az egyszerűbb és a komplexebb megoldások között (9. ábra).

Partnereinket természetesen a berendezések telepítésének tervezése, beépítése és üzemeltetése során is támogatjuk termékeinkkel kapcsolatos műszaki tanácsadással, helyszíni felméréssel, felülvizsgálattal, egyedi tervezéssel, telepítéstámogatással vagy tervezői művezetéssel (10. ábra).

Kitérőinket, vágányátszeléseinket, vá­gány­­kapcsolatainkat, illetve egyéb szükséges rövid vágánymezőket nemcsak részben összeszerelve, alkatrészként, hanem igény esetén betonaljakra szerelve egyben szállítjuk a kívánt határidőre a telepítés helyszínére.

A felépítménycserék során a legjobb minőséget, tapasztalataink szerint, akkor lehet elérni, ha a szerkezetek gyári előszereléssel készülnek és ferde szállítókocsis kiszállítást követően vasúti daruval, deformációmentesen építik be a megfelelően előkészített alsó ágyazatra (11. és 12. ábra).
A felépítményi szerkezetek beépítéséhez dokumentációt biztosítunk, de természetesen igény esetén készek vagyunk beépítési támogatást is nyújtani vagy a termékeket önállóan beépíteni. Erre nagyobb bonyolultságú berendezéseink esetén lehet szükség, ilyenek például a hőnfutás-jelzők vagy a Hydrolink erőátviteli rendszerrel szerelt nagy sugarú kitérők, a hidakra/hidakhoz telepített dilatációs készülékeink, esetleg az egyedi termékeink. A termékekhez szükséges alkatrészekből, a vevői igényeknek megfelelően, készek vagyunk vészhelyzeti készletet is tárolni, ezzel is megkönnyítve az ügyfeleink raktározási és adminisztrációs terheit.

A termékeinkkel kapcsolatos további információk megszerzésére, az üzemeltetési teendők elsajátítására a 2018-tól ügyfeleink rendelkezésére álló oktatóközpontunkban van lehetőség (13. ábra). Az oktatóközpont infrastruktúráját használja többek között a MÁV BGOK és a Gleisbild Bt. is.

Vállalkozunk élettartam-vizsgálatokra is, legnagyobb referenciánk a MÁV-hálózaton Tápiógyörgye állomáson folyó adatgyűjtés. Itt egy időben, azonos technológiával, előszerelten 10 darab különböző sínanyagú és síndőlésű kitérőt építettünk be a MÁV Zrt. és a MÁV FKG Kft. segítségével, amelyet rendszeres időközönként a MÁV-val közösen vizsgálunk és tartunk karban. A folyamat során szerzett adatokat rendszerezve gyűjtjük és cél a berendezések élettartamköltségének elemzése, valamint annak a meghatározása, hogy melyik az üzemeltetési gyakorlatnak legjobban megfelelő kitérőfejlesztési irány.

Összefoglalás

A vasút nagy kihívások előtt áll a következő évtizedekben, ha teljesíteni kívánjuk az EU 2050-es klímacéljait. Ezzel összhangban megindult a Shift2Rail európai kezdeményezés, amely célja, többek között, a növekvő követelményeknek való megfelelés biztosítása, a vasúti pálya rendelkezésre állásának növelése. Anyavállalatain keresztül a VAMAV Kft. is részt vesz ezekben a fejlesztésekben, amelynek három fő pillére a digitalizáció, robusztusság és proaktivitás. A címszavak mögött álló konkrét lépések, amelyek a következő évtized vasúti felépítményi szerkezeteinek, különösen a kitérőknek a fejlesztését is meghatározzák, a berendezések élettartamköltségeinek meghatározása (például Tápiógyörgye LCC-teszt), az ehhez szükséges adatokat biztosító mérőberendezések, digitális megoldások alkalmazása (például Phoe­nix Checkpoint, Roadmaster 2000, PhoenixCMS), új, nagyobb teherbírású sínanyagok (például 400 UHC® HSH®) és sínprofilok (például 60E1A-84) kikísérletezése, a termékekkel kapcsolatos teljes körű szolgáltatások nyújtása a tervezéstől a gyártáson keresztül a beépítésig, a vészhelyzeti készletek tárolásán és a karbantartások elvégzésén keresztül a termékekkel kapcsolatos oktatásokon át a berendezések újrahasznosításáig, ezzel is támogatva a vasút versenyképességét más közlekedési ágazatokkal szemben.