A monitoringrendszer célja

Egyes műtárgyak szemrevételezéssel vagy időszakos műszeres célvizsgálattal végzett felügyeletét a műtárgyra telepített, rendszerbe kötött érzékelőkből álló monitoring veszi át. A monitoringrendszernek az alkalmazásától függően számos célja lehet. Ezek:

• a műtárgy vagy szerkezeti elemének a gyártástól kezdődő állapot követése (például hegesztett szerkezet feszültségállapotának követése alapanyag-állapottól beépítésig és üzembe helyezés után);
• a tervezés közben feltételezett tulajdonságok követése üzembe helyezés után (például kábelek feszítőereje, önrezgésszám, a szerkezetek elmozdulása stb.);
• a rendszeres szemrevételezéses vizsgálat gyakoriságának csökkentése;
• a már kialakult hibák (például repedések) vagy kóros szerkezetek időbeli változásának követése;
• igénybevétel-változás hatása a műtárgy viselkedésére.

A MÁV Zrt. üzemeltetésében lévő, monitoringrendszerrel felszerelt hidak bemutatásánál látni fogjuk e célok megvalósulását.

Jogi környezet, műszaki előírások

A közlekedési műtárgyak monitoring­rendszeréről először a 93/2012. (V. 10.) kormányrendelet intézkedett [1]. A rendelet az egyedi méretű vagy egyedi szerkezeti kialakítású híd monitoringrendszerrel való ellátásáról intézkedik. A MÁV Zrt. 2000-ben telepíttette az első beépített érzékelőkkel ellátott rendszereket, amelyet kiegészített helyi adatgyűjtővel telepített rendszerekkel. A Vasúti hídszabályzatban (VHSZ) a monitoringrendszerekre vonatkozó előírások a 2019. évi kiadásban jelentek meg [2].
A VHSZ H.1.9. részletesen foglalkozik azzal, hogy mikor kötelező új építésű műtárgyaknál monitoring létesítése, melyek a tervezés szempontjai, melyek a lehetséges műszerei, berendezései, milyen feladatok vannak az MMR-be való bekötésnél és az üzemeltetésnél. A MÁV-MMR alkalmas az időszakonként végzett mérések eredményeinek felvitelére is (például geodéziai mérések, Barkhausen-mérések).
A VHSZ H.1.9-ben a leggyakrabban mért jellemzők (paraméterek), az ezek mérésére javasolt érzékelők és az azoktól elvárt mérési tulajdonságok (tartomány, felbontás stb.) meghatározásra kerültek (1. táblázat).

A mérendő jellemzők (paraméterek) összeválogatása a műtárgy monito­ringcéljainak megfelelően kell történjen.
Néhány tipikus eset:

• szerkezeti hőmérséklet és elmozdulás mérésével vizsgálható, hogy a szerkezet hőmozgása szabad vagy gátolt;
• a szerkezet teher alatti viselkedésének vizsgálatára tengelyterhelés-mérő (TTM) alkalmazása, elmozdulás-, lehajlás- és a kritikus helyeken feszültségmérés szükséges;
• TTM alkalmazásával a szerkezet-élettartam becsléséhez szükséges terhelési adatok nyerhetők;
• a szerkezetben feltárt repedések terjedésének, új repedések keletkezésének detektálására akusztikus módszerek alkalmazhatók;
• a szerkezet igénybevételének modellezésére vagy a szerkezetből kivett anyagmintán végzett kísérletekkel feltárt előrehaladott fáradási állapotban lévő szerkezeti elemeken az anyagfáradásra érzékeny mérési módszerek érzékelői telepíthetők;
• alépítményi, pillérmozgások saruerő­mé­réssel detektálhatók.

A MÁV online műtárgymonitoring-rendszere

A MÁV Zrt. a Déli összekötő vasúti híd monitoringeszközökkel való felszerelésére 2015-ben kiírt beszerzési eljárása tartalmazta az adatok fogadására, feldolgozására, tárolására, megjelenítésére, riasztásra alkalmas informatikai rendszer kiépítését is. A rendszer szerverét a MÁV-informatika biztosította. A Metalelektro Méréstechnika Kft. által kivitelezett Déli összekötő monitoringrendszer rugalmassága lehetővé tette további műtárgyak adatainak fogadására, így vált a MÁV műtárgymonitoring-rendszerévé.
A továbbiakban áttekintjük a monito­ringrendszerrel rendelkező vasúti hidakat.

Nagyrákosi völgyhidak

A műtárgy és a beépített monitorin­g­eszközök leírását az olvasó a [3] irodalomban találja meg. A mért jellemzőket a 2. táblázatban foglaltuk össze. A 2000-ben telepített monitoringrendszer helyi adatgyűjtéssel rendelkezett. Az adatgyűjtés az A, C és D jelű hidakon valósult meg. Tápellátása és adattárolási képessége éves üzemidőt biztosított a rendszernek. Az adatokat negyedévente olvasták ki. A monitoringrendszer telepített eszközeit 2019-ben kötötték be az MMR-be. A beépített rendszerek (saruerőmérés, feszítőkábelek erőmérése) nem lettek az MMR-be bekötve. Az MMR-be bekötött szenzorok 230 V tápellátással és GSM-kapcsolattal rendelkeznek (1. ábra).

Újpesti vasúti híd

A híd 2008. évi átépítésekor az új saruelrendezés és a hidraulikus féktámasz mozgásának ellenőrzésére helyi adatgyűjtésű monitoringrendszert építettünk be [4]. Tápellátása saját elemről történik. A mért paramétereket a 3. táblázat tartalmazza. A monitoringrendszer bekötése a MÁV MMR-rendszerébe még nem történt meg.

Várpalota elkerülő út vasúti hídjai

A 8-as számú főút Várpalotát délről elkerülő szakaszán két hídra, a B2 és B4 jelűre 2016-ban készült monitoringrendszer. A hidak leírása megtalálható a [3] irodalomban. A monitoringrendszer célja az alábányászott területen létesült hidak esetében a támaszmozgások figyelése. Ezt a célt szolgálja az erőméréssel rendelkező saruk beépítése. A hidakon mért paramétereket a 4. táblázatban foglaltuk össze. A monitoringrendszer napelemes tápellátással és GSM-adattovábbítással üzemelnek. Az adatok 2016 óta jelennek meg az MMR-ben.

Déli összekötő vasúti híd

A Déli összekötő vasúti híd két szerkeze­tére 2016-ban telepítettünk mo­ni­toringrendszert. A hídról a BME Hidak és Szerkezetek Tanszéke 2013-ban készített szakértői jelentése több hibát mutatott ki, úgymint repedéseket, egyes tartóelemek és csomópontok átlagosnál nagyobb mértékű igénybevételét, amelyek a híd fokozott felügyeletének bevezetését igényelte. A forgalom akadályoztatása nélküli felügyelet megoldása az online monitoringrendszerbe kötött érzékelők telepítése volt.
A két szerkezetre telepített érzékelőket az 5. táblázat foglalja össze. A saruk és a szerkezet mozgásának mérése a szerkezet szabad hőmozgásának ellenőrzésére szolgál. Ugyancsak a szabad mozgást vizsgálja a hossztartó-megszakítások elmozdulásának mérése. Több helyen nyúlásmérő bélyegek telepítésével mérhetők a teher áthaladás alatti feszültségcsúcsok. A feltárt repedések terjedésének ellenőrzésére a repedéscsúcsoknál elhelyezett mérőbélyegek szolgálnak. A hossztartókon akusztikus szenzorokat telepítettünk keletkező vagy már meglévő és terjedő repedések figyelésére. A szakértői jelentésben kritikusnak talált szerkezeti elemeken és csomópontokon az anyagfáradás követésére mágneses Barkhausen-szenzorokat telepítettünk. A vonat alatti méréseket a tengelyterhelés-mérő rendszer végzi mindkét szerkezeten. A monitoringrendszer kiépítését, eredményeit a [4–6] irodalmak ismertetik. Az adatok 2016 óta jelennek meg az MMR-ben.

Gubacsi híd

A Soroksári út és Csepel elosztó közti MÁV-vontatóvágány gubacsi Duna-ág felett átívelő hídjának állapota sebességkorlátozás bevezetését indokolta a hídon. Felmerült még a megengedett tengelysúly túllépésének valószínűsége is. Ezek ellenőrzése érdekében a MÁV tengelyterhelés-mérő és sebességmérő monitoringeszközök telepítését kezdeményezte 2018-ban. A híd, pontosabban a hídfák állapota miatt a TTM telepítését nem javasoltuk a hídra, az a Soroksári úti rendező pályaudvar kijárati végénél nyert elhelyezést. A hídon helyi adatgyűjtéssel működő sebességmérő rendszert telepítettünk. Az adatok kiolvasása a TTM-ből GSM-kapcsolaton keresztül időszakosan történik. A TTM tápellátása 230 V-ról történik, a sebességmérő pedig saját akkumulátorral rendelkezik. A telepített rendszerek adatait a 6. táblázatban foglaltuk össze.

Érd, Velencei út feletti vasúti híd

A műtárgy leírását az olvasó a [7, 8] irodalomban találja meg. A műtárgy viszonylag rövid, azonban újszerű kialakítása miatt igényelte a monitoringrendszer kiépítését, amelynek célja a pályatáblák egymáshoz képesti elmozdulásának, illetve a főtartók lehajlásának figyelése (2. ábra). A rendszer 2020-ban került bekötésre az MMR-be. Az adatok a MÁV-intranet hálózat segítségével kerülnek fel az MMR szerverére. A telepített rendszerrel mért paramétereket a 7. táblázatban foglaltuk össze.

Kvassay MÁV-HÉV híd

A MÁV-HÉV Zrt. a Kvassay-zsilip mellett elhelyezkedő híd felújítása során monitoringrendszer kiépítését rendelte meg. A monitoringrendszer telepítése 2020-ban történt. A hídról, annak felújításáról a [9] irodalomból tájékozódhat az olvasó. A híd monitoringrendszere által mért paramétereket a 8. táblázat tartalmazza. A monitoring tápellátása 230 V-os hálózatról történik. A monitoringrendszer adatainak központi rögzítésére a MÁV MMR mellett más alternatívák is szóba kerültek, azonban az egységes szakmai szempontok és a már üzemelő MÁV MMR ez utóbbi mellett szólt. A MÁV MMR-be való bekötést a rendszert használók jogosultságainak szabályozása előzte meg. A rendszer GSM-kapcsolaton keresztül csatlakozik az MMR-hez. Az MMR-be 2021-ben kötötték be.

Kaposvári Esterházy gyalogos-kerékpáros híd

A kaposvári intermodális csomópont 2020 őszén épült meg. A projekt keretében készítették el a függesztett acélszerkezetű Esterházy hidat (3. ábra).

A híd leírását a [10] irodalomból ismerhetjük meg. A MÁV Zrt. mint hídkezelő a monitoringrendszert a híd felügyeleti rendszereként kezelői feladatainak ellátásának megkönnyítése érdekében kérte megvalósíttatni, amelynek segítségével a szerkezet viselkedése, illetve az időbeli változása nyomon követhető. A megrendelő kérésének megfelelően a mérőrendszer nyers adatainak helyi feldolgozása után a MÁV MMR-be már a statisztikai adatok továbbítása történik meg 15 perces intervallumonként.

A mért paramétereket a 9. táblázatban foglaltuk össze. A feldolgozott és továbbított adatok a következők: minden mérési csatorna esetén a minimum-, maximum-, átlag-, szórásértékek, gyorsulásmérők esetén mérési csatornánként megállapított első 20 saját frekvencia értéke. Az adatok továbbítása GSM-rendszeren keresztül történik a MÁV MMR-be.

Déli összekötő vasúti Duna-híd korszerűsítése: monitoringrendszer a B1 hídon

A Déli összekötő vasúti Duna-híd két régi szerkezetét három új szerkezet váltja fel. A felszerkezetek a meglévő pillérekre épülnek. 2020-ban indult az első, B1 jelű szerkezet építése, forgalomba helyezésére 2021 áprilisában került sor. A híd szerkezetéről, építéséről a [11–13] irodalmakból tájékozódhatunk. A híd jelentősége, mérete, kialakítása, sarukiosztása indokolta monitoringrendszer telepítését. A monitoringrendszer kiviteli tervét a FŐMTERV–Kontúr Csoport konzorcium készítette. A kiviteli terv alapján a gyártmánytervet a Metalelektro Méréstechnika Kft. mint a hidat kivitelező Duna Aszfalt Zrt. szakalvállalkozója készítette el. A mérendő paramétereket a 10. táblázatban foglaltuk össze.

A hídon kiépítendő monitoringrendszer elemeit a tervező három csoportba sorolta:

• lassú (folyamatos) mérések:
   – szerkezeti, lég- és sínhőmérséklet mérése,
   – sarureakció erő mérése,
   – saruelmozdulás mérése,
   – sín–híd relatív eltolódás mérése;
• gyors mérések:
   – kerékérzékelő,
   – kerék/tengelysúly mérése,
   – feszültségmérés (nyúlásmérés),
   – vonatfelismerő rendszer,
   – rezgésmérés;
• időszakos mérések:
   – Barkhausen-zaj mérése,
   – geodéziai mérések.

A lassú és gyors méréseket végző rendszerelemek alkalmasak mind az óránkénti, tehermentes állapotban, mind a vonatáthaladás alatti mérésekre. A hídra telepített érzékelők elhelyezkedését a híd sematikus ábráján jelenítjük meg a felhasználó számára az MMR-ben (4. ábra), az érzékelők listájából kiválaszthatók azok, amelyek eredményével foglalkozni kíván (5. ábra).
A felhasználó meghatározhatja a vizsgálni kívánt időintervallumot és választhat az időalapú (óránkénti) vagy vonatáthaladás közbeni mérések között. A 6. ábra három nyári napon át követi a három szerkezeti és egy sínhőmérőn mért eredményeket.
A 7. ábra nyúlásmérő bélyeggel mért, egy, a hídon áthaladó szerelvény hatására létrejövő feszültségváltozást mutat. Új elem a többi hídon korábban nem alkalmazott vonatfelismerő rendszer. Feladata a vonat elejéről és végéről készített egy-egy képet a vonatáthaladás során mért adathalmazhoz rendelni. Célja a mozdonyazonosító számot a képből helyreállítva a mozdony azonosítása, ismert tengelyterhelés esetén a TTM mérési pontosságának ellenőrzési lehetőségének biztosítása.
A mérőrendszer elemei mérési adatgyűjtőkbe csatlakoznak, majd az adatok helyi, zárt hálózaton át jutnak a hídőrség épületébe telepített mérőközpontba. A mérőközpontban elhelyezett mérést vezérlő számítógépről a MÁV intranetes hálózatán át jutnak az adatok a MÁV MMR-szerverére. Adatkapcsolati problémák esetére a mérő számítógép alkalmas 30 nap mérési eredményének helyi tárolására.
A mágneses Barkhausen-zaj-mérés célja a híd acél tartószerkezeti anyagát a gyártás kezdetétől érő hatások – amelyek változást eredményeznek a maradó feszültségben – kimutatása. A mérési pontok a hegesztett szerkezet feszültséggyűjtő helyeiből azoknál lettek kijelölve, amely helyeken az üzemeltetésből származó feszültségek, feszültséglengések maximálisak. Az alapanyagon és a hegesztés utáni állapotban a mérésekre Lengyelországban, a gyártóműben kerül sor. A Barkhausen-zaj-mérés megfelelő technológia alkalmazása esetén nagyfokú stabilitást mutat az időben, jól ismételhető, ezért a szerkezeti anyag hosszú távú változásainak megfigyelésére alkalmas. Erre a célra a hídon a 64 mérési helyből 32-ben van mérőfej, míg a jól megközelíthető további 32 helyen mérést pozícionáló elemek vannak felrögzítve. Az időszakos mérések eredményeit az MMR-be lehet feltölteni és ott elemezni.

Összefoglaló

A MÁV Zrt. vasúti hídjain 2000 óta telepítenek diagnosztikai módszereken alapuló monitoringrendszereket. Ezek a rendszerek a MÁV szerverén üzemelő műtárgymonitoring-rendszerbe (MMR) kapcsolódnak be. A rendszer online hozzáférést tud biztosítani a szakemberek számára az eredményekhez. A Vasúti hídszabályzat megfelelő jogi környezetet biztosít a rendszer telepítéséhez és üzemeltetéséhez. Az újonnan épült Déli összekötő vasúti hídra telepített monitoringrendszer néhány mérési eredményén keresztül mutatja be a szerző az MMR működését.