A laboratóriumi mérési-vizsgálati eredményeink alapján 2016 júniusától, kísérleti jelleggel, a polimer-kompozit ragasztott-szigetelt sínkötések – Apatech gyártmányú hevederrel szerelve – és a kont­rollvizsgálatra kijelölt, acélanyagú hevederekkel szerelt, ragasztott-szigetelt sínkötések beépítése a MÁV Műszaki Felügyeleti és Technológiai Igazgatóság Pályalétesítményi Főosztály Pályafenntartási Osztály (jelenleg Üzemeltetési Vezérigazgató-helyettesi Szervezet Pályalétesítményi Igazgatóság) engedélye alapján megtörtént [1], [2], [3]. A beépítéshez a ragasztott-szigetelt sínillesztéseket és az AT hegesztéseket a MÁV-Thermit Kft. biztosította – a vizsgálatok során kiválasztott A típusú ragasztóanyag alkalmazásával –, amelyek a Kelenföld–Hegyeshalom oh. 1-es számú vasúti fővonalon a következő helyszíneken épültek be:

Biatorbágy állomás:

• Polimer-kompozit hevederes ragasztott-szigetelt sínillesztés, bal átmenő fővágány, 60 r., 296+42 szelvényben, V = 140 km/h (a beépítés időpontja: 2016. szeptember 12–13.).
• Kontroll GTI ragasztott-szigetelt sínillesztés, bal átmenő fővágány 4-8 kitérők között, 60 r., 295+36 szelvényben, V = 140 km/h (a beépítés időpontja: 2016. június 21–22.).

Tatabánya állomás:

• Polimer-kompozit hevederes ragasztott-szigetelt sínillesztés, 54 r., jobb vágány 711+68 szelvényben, V = 120 km/h (a beépítés időpontja: 2016. augusztus 29–30.).
• MTH-P kontroll ragasztott-szigetelt sínillesztés, 54 r., jobb vágány 702+80 szelvényben, V = 120 km/h (a beépítés időpontja: 2016. május 5–6.).

Győr állomás:

• Polimer-kompozit ragasztott-szigetelt sínillesztés, V. vágány végponti oldalán, 48 r., 1416+03 szelvényben, a k járati jelző és a 33. sz. kitérő között, V = 40 km/h (a beépítés időpontja: 2016. szeptember 16–17.).
• MTH-P kontroll ragasztott-szigetelt sínillesztés, VI. vágány kezdőponti oldal kijárati jelzőnél az 1412+77 szelvényben, 48 r., V = 40 km/h (a beépítés időpontja: 2016. november 4.).

Lébény-Mosonszentmiklós állomás:

• Polimer-kompozit ragasztott-szigetelt sínillesztés + ágyazatragasztás, jobb átmenő fővágány 2–8. kitérők között, 60 r., 1598+55,80 szelvényben, V = 160 km/h (a beépítés időpontja: 2016. szeptember 26.).
• Kontroll MTH-P ragasztott-szigetelt sín­illesztés + ágyazatragasztás, bal átmenő fővágány 6–12. kitérők között, 60 r., 1598+97 szelvényben, V = 160 km/h (a beépítés időpontja: 2016. szeptember 27.).

A Győr állomás V. és VI. vágányaiban beépített kísérleti kötéseknél kizárólag TrackScan eszközzel végrehajtandó vágánygeometriai mérés lehetséges. A kiértékelés során ezekkel a beépítési helyszínekkel nem foglalkozunk.

Vasúti pályában végzett vizsgálatok

Az FMK–007 mérővonati adatokat a MÁV KFV Kft. bocsátotta rendelkezésünkre a 2015 és 2018. augusztus közötti időszakra. Mindhárom vizsgált helyszín a Kelenföld–Hegyeshalom 1-es számú vasúti fővonalon található, amely a transz­európai vasúti áruszállítási hálózat részeként működő vasúti pálya.
Egyenességmérést végeztünk a kísérleti jelleggel pályába épített polimer-kompozit hevederes ragasztott-szigetelt sínkötések és a kontrollvizsgálatra kijelölt, acélanyagú hevederekkel szerelt ragasztott-szigetelt sínkötések sínszálain a futó- és vezetőfelületeken, melyek megfigyelése (figyelemmel kísérése) még a jövőben is folytatódik.

A mérővonati eredmények elemzése

Az FMK–007 felépítményi mérőkocsi mé­rési adatainak – nyomtáv, túlemelés, síktorzulás, görbület – kiértékelése és eredmény­megjelenítése egységes. Az irány- és fekszint- (süppedés) adatok esetében azonban többféle grafikon nyerhető ki egy-egy mérési fájlból. A pályaállapot változásának nyomon követéséhez, az adatok kiértékeléséhez elsősorban a 25 cm-enkénti süppedésadatokat vettük figyelembe a jobb és bal sínszálakra (a ragasztott-szigetelt sínillesztések egyenes pályaszakaszba kerültek, így az irányparaméter vizsgálatát nem ítéltük fontosnak, a síktorzulás-paramétert pedig túl rövid bázishosszra lehetett volna vizsgálni). Az adatszolgáltatás torzításmentes mérési eredményei D1 hullámhossztartományon történnek. Ez azt jelenti, hogy az eredeti húrmérést a rendszer átszámítja úgy, hogy az elvileg semmiféle húrelrendezésre vonatkozó jellegzetességet (pl.: torzítást) ne tartalmazzon, továbbá kiszűri a 3 m-es hullámhossznál kisebb, illetve a 25 m-es hullámhossznál nagyobb összetevőket. A mérési adatok kiértékelése során azt a tényt is figyelembe kellett vennünk, hogy a vizsgált időszakban vágányszabályozások és egyéb karbantartási munkák is történtek.
Fontos megjegyeznünk, hogy az adatok kiértékelésével az a célunk, hogy megállapítsuk a kijelölt kontroll- és polimer-kompozit hevederes kötések környezetének geometriai állapotát és annak változását (romlási trendjét).
A mérővonati vágánygeometriai adatok közül a 25 cm-enként felvett süppedésértékeket dolgoztuk fel 200 vm (vágányméter) hosszon a 2015. március és 2018. augusztus közötti időszakra vonatkozóan. A kiértékelés során szükségesnek ítéltük a 25 cm-enkénti süppedésadatok hossz szerinti ábrázolását. Az adatok felrajzolása után, a mérővonat indítási kezdőszelvény pontatlansága miatt szükség volt az adatok szelvényezés menti korrekciójára, amelyet úgy végeztünk el, hogy kiindulásként kiválasztottuk a leginkább „problémás” szelvényt (hibamaximum), és ehhez a ponthoz képest korrigáltuk-toltuk el az adatsorainkat a hossz mentén. Ügyelnünk kellett arra, hogy a korrekció mértéke egy időpontnál mindegyik állapotminősítő adatsornál ugyanolyan mértékű és irányú legyen. A korrekció végeztével a kapott görbék (mérési adatsorok) jobban illeszkedtek egymásra, így láthatóvá váltak a süppedés szempontjából rosszabb minőségű szakaszok. Biatorbágy állomás 294+89–296+89 szelvények közötti korrekció utáni süppedésértékek vonal menti ábrázolását szemlélteti az 1. ábra (2015. március – 2018. augusztus).

Megvizsgáltuk a süppedésértékek alakulását 200 m-es minősítési hosszra, helyszínenként, külön a jobb és a bal sínszálra a polimer-kompozit és kijelölt kontroll acélhevederes ragasztott-szigetelt illesztések esetében. Megjegyezzük, hogy a ragasztott-szigetelt kötések a vasúti vágány pontszerűnek minősíthető elemei. Ezek hatása az illesztés igen rövid tartományára tehető csak, ami a 200 m-es minősítő szakasz hosszának mindössze néhány %-a. Tehát az illesztés tartományának geometriai állapotváltozása nem befolyásolja jellemzően a teljes szakasz mérő-, illetve minősítő számainak alakulását. A gépi vágányszabályozás a teljes minősítő szakasz hosszában állapotjavító hatású, amelynek hatékonyságát az alépítmény és a zúzottkő állapota is befolyásolja. A 200 m-es minősítési hosszal történő értékelés nem ad valós képet a kijelölt kontrollkötés és a polimer-kompozit hevederes ragasztott-szigetelt sínkötés pályakörnyezetének állapotváltozásáról, ezért következő lépésként leszűkítettük a minősítési hosszt 30 m-re a sínillesztések környezetében (a sínillesztések tengelye ±15 m).
Kigyűjtöttük a süppedési adatokat a bal és a jobb sínszálra, majd elkészítettük a hisztogramokat, és az adatsorokból kikerestük a 15, az 50 és a 85%-hoz tartozó kvantilisek (i15%, i50%, i85%) értékeit. A leolvasott értékekből meghatároztuk a Vaszary-féle alakszámmal rokon állapotjellemzőt a következő összefüggéssel:

Másik megközelítésként számítottuk és összehasonlítottuk a jobb és a bal sínszálon mért süppedésadatokból keletkező grafikonvonal és a tengelyvonal közötti területek nagyságának változását (a mérési adatok 25 cm-enkénti abszolút értékét vettük figyelembe) külön helyszínenként és mérési időpontonként.

Egyenességmérési eredmények elemzése

A pályában lévő kísérleti és a kijelölt kontrollkötések vizsgálatánál helyszíni be­járások alkalmával egyenességméréseket végeztünk a MÁV-Thermit Kft. és a MÁV Zrt. munkatársaival a ragasztott-szigetelt sínillesztések sínszálainak futófelületein és vezetőfelületein. Példaként Tatabánya állomás jobb vágány, jobb sínszálán (polimer-kompozit kötés) a futófelület egyenességmérése során kapott értékeket szemlélteti a 2. ábra. Az egyenességmérés mágneses elven működik, azonban a sínvég anyagából kiindulva, a sínvégillesztések közelében, a sínvéghézagnál és a sínvégbetét­nél elhelyezkedő pontokban drasztikusan megváltoznak a mért értékek, emiatt az illesztés tengelyében (a sínvégbetét tengelyétől számított ±2 mm hosszú tartományban) korrekcióra van szükség.

Ebben a tartományban a különböző, általunk számított jellemzők meghatározásánál a mért értékeket nem vettük figyelembe. Mivel a D.54. előírás 51. fejezete [4] csak a 2,0 m-es vasvonalzóval mért egyenességmérési paraméterekre ad meg határértékeket, ezért az 1,0 m-es gerendával történt egyenességmérések eredményeit nem tudtuk összehasonlítani ezekkel az értékekkel.

Első közelítésként a futófelület és vezetőfelület egyenességmérési eredményeiből az alábbi képzett paramétereket kalkuláltuk:

• minimum,
• maximum,
• „min/max abs” (a legkisebb és legnagyobb mért érték különbségét jelenti),
• átlag, illetve
• szórás.

A „min/max abs”, az átlag- és a szórásparaméterek változását a sínillesztés beépítésétől számított átgördült bruttótonna függvényében ábrázoltuk. Korrelációt kerestünk a paramétereknél az átgördült bruttótonna függvényében. Az általunk számított paramétereknél a beépítést követő első mérést tekintettük kiinduló állapotnak. Megemlítjük, hogy a precízebb korrelációs függvény meghatározásához a beépítéskori időpontban szükségünk lett volna egy kiegészítő egyenességmérésre.
Ezután megkíséreltünk kapcsolatot felírni (területelven történő kiértékelés segítségével) a beépítéstől kezdődően a hevederes illesztéseken átgördült bruttótonna adatok, a beépítéstől eltelt napok száma és a polimer-kompozit, illetve a kontrollvizsgálatra kijelölt acélhevederes ragasztott-szigetelt sínillesztések geometriai torzulása között a futófelületen mért adatok alapján.

A mérési eredmények kiértékelése

Ebben a fejezetben a mérési adatsorok kiértékelése során kapott eredményeket közöljük, beépítési helyszínenként.

Az FMK vágánygeometriai mérési adatok kiértékelése

A vizsgált polimer-kompozit és acélheve­deres ragasztott-szigetelt sínillesztéseknél a hevederek 900 mm hosszúságúak, ami még a 25 cm-enkénti FMK mérési adatok esetén is legfeljebb csak 4 mérési pontot jelent egy illesztésre vonatkozóan, ebből adódóan a kötések állapotának változására nem adható pontos/reális kép a 30 vm hosszra vetítve. Figyelembe kell venni, hogy a vizsgált tartomány a hevederes illesztések közepétől, a sínvégbetét tengelyétől számítva ±15 vm, beleértve a hegesztési tartományokat is, megemlítve az időközi pályában végrehajtott munkáltatásokat is, amelyek nagymértékben befolyásolják a mérési eredmények alakulását. Az értékek elemzése a 2015–2018 közötti süppedésadatokra értendő. A süppedésadatok kiértékelésekor összehasonlítottunk és ábrázoltunk – a mérési időpontok, az eltelt napok száma, valamint az átgördült bruttótonna függvényében – több paramétert, amelyek a következők:

• a hiba számainak százalékos eloszlása során kapott 15%, az 50% és a 85%-hoz tartozó kvantilisek értékeit,
• megvizsgáltuk külön sínszálanként a mérési adatsorok szórását külön jobb és bal sínszálra, ezt követően
• a sínszálakon mért adatok abszolút értékének görbéje alatti terület nagyságának változását elemeztük ki.

Biatorbágy állomás

A 2015–2018 közötti süppedésadatok hossz mentén történő ábrázolása (30 vm hosszban) és korrekciója után azt tapasztaltuk – megvizsgálva a kísérleti kötések beépítését megelőző időszakot –, hogy a bal vágányban a polimer-kompozit hevederes kötés környezetében a süppedést jellemző paraméter értéke kiugróan magas, és hektikusan változik a csatlakozó szakaszokhoz képest. A hektikusság oka az időközben végrehajtott KIAG, illetve FKG szabályozás, ezeket figyelmen kívül hagyja az illesztett függvényvonal. Az idő előrehaladtával, a beépítés utáni időszakban, mindkét kötés környezetében – a bal vágányban – a pálya állapotában jelentős javulás tapasztalható. Ennek oka, hogy 2016. október 12/13-án KIAG szabályozás történt, valamint 2017. május 24/25-én a MÁV FKG Kft. végzett a kitérőkön és a ragasztott-szigetelt sínillesztéseken nagygépes szabályozást.
Az adatsorokra a 2017. augusztus 7. és 2018. augusztus 27. közötti időszakra illesztett egyenesek közül a polimer-kompozit hevederes kötésé a (3. ábra) meredekebb. Megjegyezzük, hogy ez az érték a beépítést követő mérés során számítotthoz viszonyítva is csak kisebb mérvű növekedést jelent. Az adatsorok szórása és a görbék alatti területek abszolút értékének vizsgálata során is a polimer-kompozit hevederes kötésének trendvonala meredekebb, mint a kijelölt kontrollkötésé.

Tatabánya állomás

A kísérleti kötések beépítése után, a jobb vágányban (a polimer-kompozit és az acélhevederes ragasztott-szigetelt kötések esetében is) a pálya állapotában nagyobb mérvű romlási folyamat indult el a vizsgált 30 m-es kiértékelési hosszat tekintve. 2017. november 16/17-én KIAG szabályozás történt, amely jelentősen csökkentette a süppedésértékek nagyságát a kiértékelési hosszon. A területelven történő kiértékelés során a számított értékek változását az első (2015. március 30.) vizsgálati időponttól eltelt napok számának függvényében a 4. ábra szemlélteti.

Lébény-Mosonszentmiklós

A ragasztott-szigetelt sínillesztések beépítése előtt a kontrollkötés és környezete nagyobb fekszinthibákkal volt terhelt a polimer-kompozit hevederes illesztés beépítési helyszínéhez viszonyítva. A beépítés után (2016. szeptember 27.) mind a két ragasztott-szigetelt sínillesztésnél a vizsgált szakaszon a pálya állapota „beállt”, a trendvonal meredeksége közel konstans értéket mutat. Ez nagy részben annak köszönhető, hogy kísérleti jelleggel mindkét hevederes illesztés alatti aljközben és mélyebb zónákban, a szomszédos aljközökben is, ágyazatragasztást készített a beépítéskor a MÁV-Thermit Kft. Az 5. ábra mutatja a területi elven történő számítás során kapott értékek alakulását a polimer-kompozit hevederes és az acélhevederes ragasztott-szigetelt illesztés esetében az átgördült bruttótonna függvényében (az első vizsgálati időpontot véve forgalmi terhelési zéró pontnak).

Az egyenességmérés során kapott adatok kiértékelése

A Kelenföld–Hegyeshalom oh. 1-es számú vasúti fővonalon kísérleti jelleggel pályába épített polimer-kompozit hevederes ragasztott-szigetelt sínkötések és a kontrollvizsgálatra kijelölt, acélanyagú hevederekkel szerelt ragasztott-szigetelt sínkötések megfigyelése jelenleg is zajlik. Egyenességmérést végeztünk a kötések futó- és vezetőfelületein. A beépítési időpontoktól kezdődően minden mérési időpontra megállapítottuk a kötéseken az adott időpontig átgördült bruttótonna értékeket és az eltelt napok számát, megvizsgáltuk a mérések során regisztrált mérési grafikonok alatti területek változását, a jobb és a bal sínszálon mért értékek szórását, amellyel jellemeztük a sínillesztések állapotváltozását.

Biatorbágy állomás

A kontroll acélhevederes ragasztott-szigetelt sínillesztéseknél a mérési időpontok függvényében ábrázolt paraméterértékek alakulása mindkét sínszál esetében közel konstans. A polimer-kompozit hevederes ragasztott-szigetelt sínillesztések futófelületen mért egyenességértékek esetében jól látható a trendvonalak illeszkedéséből, valamint azok meredekségéből, hogy az idő előrehaladtával romlik a kötések állapota. A kijelölt acélhevederes ragasztott-szigetelt kötéshez képest az utolsó mérési időpont során közel 4-szer nagyobb értéket kaptunk a görbe alatti terület nagysága paraméterre, ami a nagyobb sínvég le-, illetve felhajlás eredményeképpen alakulhatott ki, és a 6. ábra szemlélteti.

Tatabánya állomás

A 7. ábrán közöljük a futófelületen mért értékek területelven történő számítása során kapott adatokat az első egyenességmérési időpont óta eltelt napok számának függvényében mindkét kísérleti kötés esetében, a jobb és bal sínszálakra.

Az acélhevederes ragasztott-szigetelt illesztés esetében javulás tapasztalható az utolsó mérést követően, míg a polimer-kompozit ragasztott- szigetelt illesztés esetében az 1,0 m-es bázishosszon, a futófelületen mért értékek területelven történő kiértékelése esetében, az illesztett lineáris egyenes meredekségének aránya kb. 4 : 1. Az acélhevederes illesztésnél a kötés és környezete kisebb hibával terhelt az első vizsgálattól eltelt napok számának figyelembevételével. Látható, hogy a kontrollkötés mindkét sínszálán nagy javulás tapasztalható, ami a pályában történő munkáltatás következménye lehetett, amelyről azonban információval nem rendelkezünk.

Lébény-Mosonszentmiklós

Az első egyenességmérést követően ábrá­zolt, területelven kiértékelt adatok változását az átgördült bruttótonna függ­vényében a 8. ábra tartalmazza. A polimer-kompozit hevederes ragasztott-szigetelt illesztés esetében a regressziós egyenes meredekségéből következtethetünk a kötés állapotjavulására az 1,0 m-es bázi­son a jobb és bal sínszál esetében is. Az acél­hevederes ragasztott-szigetelt kötésnél kismértékű állapotromlás tapasztalható az illesztett egyenes trendjének változását tekintve az első méréstől számított átgördült bruttótonna adatok függvényében. Továbbá kijelenthetjük, hogy az ágyazatragasztás sokat segít az állapot stabilizálása szempontjából a kísérleti kötések környezetében.

Összefoglalás

A közölt összehasonlító elemzésekre és ezek eredményeire hivatkozva az alábbi megállapításokat fogalmazzuk meg:
A kísérleti polimer-kompozit hevederes ragasztott-szigetelt sínillesztések a beépítésüktől eltelt több mint 2 év alatt – a Lébény-mosonszentmiklósi kötéseknél a 2016/2017 telén tapasztalt 4-5 mm-es hézagmegnyílást és az ezzel kapcsolatos óvintézkedéseket, valamint a fokozott pályafelügyelet és sebességkorlátozás elrendelését leszámítva (ezeket 2017. februárban visszavonták) – különösebb probléma nélkül viselték el az átgördült 20-25 millió bruttótonna terhelést, jelenleg is lehet tartani a pályasebességet ezeken a szakaszokon.
A Lébény-mosonszentmiklósi ágyazatragasztásos speciális esetet leszámítva – ahol már szinte teljesen „beállt” a vágányok fekszintje mind a kísérleti, mind a kontroll sínillesztésnél – a másik két helyszínen a romlási trendek bizonyos esetekben jelentősen eltértek az acélhevederes ragasztott-szigetelt illesztésekéhez viszonyítva (ez utóbbiaknál több esetben tapasztaltuk, hogy matematikai statisztikailag nincs bizonyítható kapcsolat az állapotjellemző paraméter, valamint a beépítéstől eltelt idő/átgördült bruttótonna között). A romlási trendek mellett javulási trendeket is mutattak a mérési adatsorok. Az egyenességmérési adatok kiértékelése során arra a következtetésre jutottunk, hogy a ragasztott-szigetelt illesztések futófelület és vezetőfelület egyenességmérése során a sínvégektől ±0,5 m-es tartományban mért grafikonok (hossz szerint értelmezve) alatti terület lineárisan változik az átgördült bruttótonna függvényében. Összefüggést kerestünk a vezetőfelületen mért egyenességmérési adatok és a mérővonati 25 cm-enkénti süppedésadatok területi elven történő kiértékelése kapcsán. A két kiértékelési módszer között összefüggést nem tapasztaltunk, ami a hevederes illesztések rövid hosszából adódik.
A 2016–2018-ra vonatkozó vágány­geometriai elemzéseink eredményeire támaszkodva megállapítjuk, hogy a két évig tartó megfigyelési időszak alatt tartószerkezeti és geometriai gond, jelző- és biztosítóberendezési fennakadás, illetve egyéb forgalomveszélyes helyzet nem állt fenn egyik ragasztott-szigetelt sínillesztésnél sem. Az Apatech gyártmányú polimer-kompozit hevederekkel szerelt, és a 2015–2016-os laboratóriumi vizsgálatsorozat mérései alapján kiválasztott ragasztóanyag alkalmazásával készített ragasztott-szigetelt sínillesztések azonban nem jelentenek általános megoldást az acélhevederes ragasztott-szigetelt sínillesztések kiváltására.

További kutatási feladatok és lehetőségek

Az egyenességmérést továbbra is folytatjuk az illesztések futó- és vezetőfelületein, amivel pontosabb képet kapunk a sínszálak futó- és vezetőfelületek torzulásának változásáról, az esetleges – akár rövid hosszra kiterjedő – hibák kialakulásáról.
A jövőben szeretnénk a polimer-kompozit hevederes ragasztott-szigetelt illesztéseket és tartószerkezeti viselkedésüket FEM (végeselemes) szoftverrel is modellezni. A FEM modellezésekkel akár további szimulációk is futtathatók, amelyekben a vizsgálati paraméterek lényegesen szabadabban változtathatók. A laboratóriumi, a terepi és a FEM modellezések eredményeit szintetizáló elemzéssel kiértékelve az [1] dokumentumban foglaltakhoz képest további ajánlásokat kívánunk tenni az alkalmazási körülményekre a polimer-kompozit hevederes ragasztott-szigetelt sínillesztések esetében. [5], [6], [7], [8], [9].

Köszönetnyilvánítás

Köszönjük a MÁV Központi Felépítmény­vizsgáló Kft., a MÁV-Thermit Kft., illetve a MÁV Zrt. munkatársainak a munkánkhoz nyújtott segítségét. Ez a cikk az EFOP-3.6.1-16-2016-00017 projekt támogatásával készült.