Ahhoz, hogy figyelemmel tudjuk kísérni a pálya állapotát, nélkülözhetetlen a pálya diagnosztizálása és a hibaforrások időben történő felismerése. Ezt erősíti az a kialakuló trend is, hogy a vasúti pályafenntartásban az 1990-es évek előtt jellemző tervszerű megelőző karbantartást fokozatosan felváltotta a pályaállapotot figyelembe vevő (pályaállapot-függő) karbantartási stratégia, amely napjainkban kezd kiegészülni a diagnosztikaalapú, preventív (megelőző) jellegű karbantartási szemlélettel, valamint az életciklusköltségeket (LCC) szem előtt tartó karbantartási stratégiával.
E körülmények megkövetelték a vasúti pályadiagnosztikával foglalkozó szak­em­be­rektől, hogy vasúti alkalmazásokra fejlesszenek ki olyan speciális diagnosztikai eszközöket, amelyek alapvető roncsolásmentes anyagvizsgálati eljárásokon alapulnak. A kísérletek a MÁV-nál a pályában fekvő belső sínhibák műszeres felderítésére az 1950-es évek közepén kezdődtek meg. A nyugat-európai vasutaknál hosszú ideig nem volt egyértelmű döntés az ultrahangos sínvizsgálati módszer bevezetése mellett, hanem szinte egy időben foglalkoztak mágneses, radioaktív izotópos, röntgenes és ultrahangos vizsgálatokkal is. A külföldi vasutak többsége – a MÁV-hoz hasonlóan – a megszerzett tapasztalatok alapján az ultrahanggal történő sínvizsgálatokat tartotta a legmegfelelőbbnek.
Napjainkban számos vasútspecifikus vizsgálóberendezés áll a felhasználók rendelkezésére, az egy és két sínszálas kézi készülékektől kezdve a mérővonatokra telepíthető 50-70 km/h vizsgálati sebességre képes technológiáig. Ezek az eszközök jellemzően a vasúti sínek belső, szabad szemmel nem látható hibáinak felderítésére, azaz a keresztmetszet belsejéből induló repedések, anyagfolytonossági hiányok kimutatására specifikáltak.
A vasúti pályát érő igénybevételek ugyanakkor folyamatosan nőnek, köszönhetően az egyre modernebb, nagy teljesítményű, nagy sebességre képes vontatójárműveknek és az egyre növekvő vonatforgalomnak. Ennek megfelelően a napjainkban jellemző sínhibák a korábban gyártási eredetű és hegesztési hibák szegmenséből egyre inkább eltolódnak a gördülő érintkezéses terhelésből eredő fáradásos sínhibák felé. E sínhibák közös jellemzője, hogy nem a sínkeresztmetszet belső tartományából indulnak ki a repedések, hanem a sín futó- és vezetőfelületéről induló, a forgalom hatására egyre növekvő repedések keletkeznek.
Bízom benne, hogy e bevezető rávilágít arra a folyamatra, amely a síndiagnosztikai vizsgálatokat egy komplex rendszer szerves és nélkülözhetetlen, folyamatosan fejlődő tevékenységévé teszi. A cikkben bemutatom a MÁV KFV Kft. sínek diagnosztikájára irányuló roncsolásmentes anyagvizsgálati módszereit, amely megfelel napjaink legkorszerűbb technikájának.

Roncsolásmentes vizsgálatok a vasúti gyakorlatban

A bevezetőben ismertetett fejlődési folyamatok eredményeként napjainkra kialakultak a vasúti sínek diagnosztikájának jól körülhatárolt vizsgálati módszerei és vizsgálóeszközei, amelyeket részletesen ismertetek. A MÁV Központi Felépítményvizsgáló Kft. síndiagnosztikai gyakorlatában az alábbi fő vizsgálatokkal és mérésekkel történik a pályahálózat rendszeres ellenőrzése:
– ultrahangos sínvizsgálat,
– örvényáramos sínvizsgálat,
– sínek keresztmetszeti kopásának mérése,
– hullámos sínkopás mérése.
Ultrahangos vizsgálat
Az ultrahangos vizsgálat tekinthető a síndiagnosztika egyik fő tevékenységének, amely egyben a legnagyobb tömegben végzett vizsgálat is. Az alapvető forgalombiztonság fenntartásának rendszeres eszköze, amely a sín (1. ábra) és hegesztési hibák síntörésig történő fejlődési kockázatának minimális szinten tartásához elengedhetetlen. Éves szinten közel 25 000 km vágány ellenőrzése történik meg a kézi és gépi mérőeszközökkel a MÁV KFV Kft. szakemberei által a MÁV és GYSEV vasútvonalai mellett több szomszédos országban is.

Mérővonati ultrahangos vizsgálórendszer

A mérővonatra telepített ultrahangos vizsgálórendszer alkalmas fővágányok nagy volumenű folyamatos vizsgálatára. A mérőrendszer sínszálanként 12 ultrahangos csatornával rendelkezik. A vizsgálófejek pontos pozicionálását (sín középtengelye) és a kitérőkön való biztonságos áthaladását a mérőkocsi közepén elhelyezkedő mérő forgóváz és annak tengelyei között vezetett mérőgerenda biztosítja (2. ábra).
A vizsgálófejcsoportok öntött, esztergált műanyag fejhajókban vannak elhelyezve. A maximális vizsgálati sebesség nagy sebességű (v≥160 km/h) hézagnélküli pályán 70 km/h. A vizsgálat során az egyes ultrahangos csatornák „A” és „B” képei valós időben jelennek meg az operátor előtt, aki szükség esetén (csatoláshiány, vizsgálófej-sérülés, nem megfelelő pályaállapot stb.) be tud avatkozni. A vizsgálat során az „A” és „B” képeket folyamatosan rögzítjük, és a regisztrátum kiértékelése már párhuzamosan a vizsgálat közben megkezdhető. A kiértékelő munkáját nagyban segítik a sínszálakról készített jó minőségű lineáris videokamera-képek, amelyeket a „B” képek mellé szinkronizáltan hozzáilleszt a rendszer (3. ábra).
Az ultrahangos sínvizsgáló rendszer a MÁV KFV Kft. FMK-008, valamint SDS síndiagnosztikai szerelvényein üzemel.
Az alkalmazott vizsgálófejek sínszálanként két merőleges, két 45° (előre-hátra), két 70° (előre-hátra), négy 58°/34°, amely függőleges értelemben 58°, vízszintes értelemben pedig a sín hossztengelyéhez képest 34°-kal kiforgatott vizsgálófej (előre-hátra irány, vízszintes értelemben pedig mindkét irányban kiforgatva) és két darab 50°/45°-os fej. Az alkalmazott vizsgálófrekvencia 2,5 MHz. A besugárzási elrendezést egy sínszálra vonatkozóan a 4. ábra szemlélteti.

Az ábrákon jól látható, hogy az ultrahangos szondák a sín futófelületén, a sín hossztengelyében vannak vezetve. Ezt a pozicionálást megköveteli az a kívánalom, hogy a sínfej mellett a teljes síngerinc egészen a síntalpig vizsgálható legyen. Egyfajta kötöttséget jelent, hogy a mérőgerenda keresztirányú mérete bizonyos pályaszerkezeti elemek miatt csak korlátozott méretű lehet, amely így megnehezíti a sínfej szélső keresztmetszeteinek közvetlen, futófelületről történő besugárzását.
A gördülő érintkezéses terhelésből eredő fáradásos repedések (Head Check) zónájának, valamint a sínfej szélső tartományában lévő hibák megbízható detektálása vezetett a fentiekben ismertetett besugárzási elrendezés kifejlesztéséhez. Az ismertetett kötöttségek miatt ebben az esetben ugyanis az ultrahangnyalábot nem lehet közvetlenül a repedésekre irányítani, hanem a sín válláról visszaverődve kell az ultrahanghullámoknak elérni a reflektáló felületet. Ilyen vizsgálófejek az 58°/34°-os és 50°/45°-os szondák a mérővonati rendszerben. A Head Check zóna ily módon történő közvetett (ugrástávolságú) besugárzása miatt a repedések futófelülettől mért mélységének ultrahangos módszerrel történő meghatározása nem triviális. Az 50°/45°-os vizsgálófej viszonylag nagy érzékenységgel bír, azonban a mérőrendszer által rögzített regisztrátumon a repedésekről kapott indikációkat jelenleg még nem lehet egyértelműen értékelni és párhuzamba állítani az örvényáramos mérőrendszer által szolgáltatott Head Check repedések károsodási mélységével. A Head Check sínhibák ultrahangos vizsgálatának témaköre, annak fontossága (5. ábra) és szakmai kihívásai miatt a jövőben kiemelt jelentőségű fejlesztési irány lehet a sínvizsgálatok területén.

Ultrahangos sínvizsgáló kiskocsik (USK)

A kiskocsik alkalmazási területe kiterjed a mérővonati hibák utánvizsgálatára, olyan másodrendű vasútvonalakra, amelyek mérővonattal nem vizsgálhatók, valamint állomási mellékvágányok és kitérők vizsgálata végezhető el hatékonyan ezzel a mérőeszközzel. A kiskocsik váza az elektronikai egységek, akkumulátorok és csatolófolyadék hordozására, valamint a berendezés ergonomikus kezelésére szolgál, a kiskocsik kerekei és speciális fejvezető egysége pedig a mérőszondák megfelelő pozicionálását biztosítja a sín futófelületén.
Cégünk e kiskocsik tekintetében nemcsak mint felhasználó nevesíthető, hanem az ultrahangos sínvizsgáló kiskocsik gyártása és fejlesztése is többéves múltra tekint vissza. A meglévő tapasztalatok és igények alapján 2019-ben kifejlesztettünk egy új, a mai kornak és elvárásoknak megfelelő modern elektronikával felszerelt („A” és „B” képes megjelenítés, regisztrátum rögzítése) ergonómiailag is optimalizált új ultrahangos sínvizsgáló kiskocsit, amely az USK-006 típusnevet kapta (6. ábra). A vizsgáló elektronika egyszerre öt ultrahangos csatornát tud kezelni, amely lehetővé teszi komplexebb besugárzási elrendezés alkalmazását, azaz a sínkeresztmetszet egyidejű letapogatását több ultrahangos vizsgálószondával. Lehetőség van továbbá az ultrahangos regisztrátum rögzítésére és elmentésére, valamint az adott vizsgálaton belül a hibalista-kezelés és jegyzőkönyv-generálás (szerkesztés) lehetősége is adott. Irodai környezetben az eredmények visszajátszhatók, elemezhetők.

Örvényáramos vizsgálat

A vasúti környezetben alkalmazott örvényáramos vizsgálati technológia bemutatása előtt az átfogó szemlélet kialakításához elengedhetetlen, hogy röviden bemutassuk a Head Check sínhibák legfontosabb ismérveit, amely jelenség ezt az anyagvizsgálati eljárást napjainkra a sínvizsgálatok rendkívül fontos tevékenységévé tette az ultrahangos vizsgálat mellett.

Head Check sínhibák ismertetése

A gördülő érintkezéses fáradásból eredő sínhibák egyik legelterjedtebb, legnagyobb tömegben előforduló típusa, a sín futófelületén, a kerék-sín érintkezési pont környezetében kialakuló hajszálrepedések rendezett sorozata. Ezek a repedések sűrűn, egymástól néhány milliméter távolságban, a sín hossztengelyével körülbelül 45°-os szöget bezáróan jelennek meg a futófelületen, így egy egyméteres szakaszon akár több száz repedéssel is találkozhatunk (7. ábra).
A 7. ábrán látható repedések elsősorban a kerék-sín érintkezési pont fokozott igénybevétele és a fellépő súrlódóerők hatására alakulnak ki (8. ábra). A nagy teljesítményű és tengelyterhelésű mozdonyok kerekei a sínfejjel „körömnyi” felülettel érintkezve – elsősorban gyorsításkor és fékezéskor – nagy hosszirányú csúsztatóerőt közvetítenek a felületre, ami a sínfej felső rétegében a kristályrácsok összenyomódását és egymáson való elcsúszását eredményezi.

A nagy feszültségek következtében kialakult folyamatos, nagymértékű, képlékeny alakváltozás hatására a futófelülethez közeli rétegek szövetszerkezete átalakul, az anyag felkeményedik, akár az alapszövet keménységének másfélszeresére is. Az ilyen nagymértékű alakváltozás az anyag alakváltozó képességének kimerülését okozza, ami repedések kialakulásához vezet (9. ábra).

A hiba minden vágánytípuson előfordulhat, de jellemzően az ívekben és a síndőlés nélküli kitérőkben találkozhatunk vele. Azokban az ívekben, amelyeknél túlemeléshiány van, nagyobb valószínűséggel található meg a hiba. Az eddigi vizsgálatok alapján elmondható, hogy a sín korától és összetételétől függetlenül minden síntípuson megjelenik ez a fajta sínhiba, azonban a sín anyagminősége jelentősen befolyásolja a repedések kifejlődésének gyorsaságát, a repedések alakját és sűrűségét. A fejrepedések kialakulhatnak szeparáltan is, például nyom-szűkült egyenes pályaszakaszokon, de tipikusan egy nagyobb vágányhosszon fordulnak elő, jellemzően egy ív külső sínszálának teljes hosszában, ahol az elsődleges menetirány (kétvágányú vonalak) vagy az erőteljes vontatási irány (egyvágányú vonalak nagy hosszlejtésű, gyorsítási, fékezési szakasza) a jellemző.

A repedések kialakulását és növekedését alapvetően két fázisra lehet elkülöníteni (10. ábra):
– I. fázis: kezdeti növekedés fázisa, lassabb repedésfejlődés;
– II. fázis: gyors növekedés fázisa.
Kezdetben a kerék-sín kapcsolatnál a terhelés hatására bekövetkeznek a képlékeny alakváltozások és a felkeményedés. Ennek jeleit az érintkezési zónában elszíneződött, barnás árnyalatú sávok mutatják.
Miután a Head Check repedések a sín e felső, igen szilárd rétegén átjutnak, mintegy 30°-os szögben tovább növekednek a sínfej belseje felé, megközelítőleg 3-5 mm-es mélységig. Ezzel egyidejűleg a repedések futófelületen látható hosszai is növekednek. A kritikusnak mondható felületi repedéshossz körülbelül 20 mm-nél állapítható meg. Eddig a repedések lassabb tempóban és kisebb szögben növekednek.
A megközelítőleg 3-5 mm-es repedésmélységtől a sínfej hajszálrepedései megváltoztatják növekedésük lefolyását, amelynek során alapvetően két lehetőség van:
– A szomszédos repedések együtt növekednek a felület alatt, ami aztán később kitörésekhez vezethet a futófelületen.
– A látható repedéshossz növekszik a futófelületen, ezzel egyidejűleg a repedés megváltoztatja növekedési irányát és egy lényegesen nagyobb szög alatt növekszik tovább a sínfejben, egyre növelve a síntörés kockázatát.
A Head Check sínhibára a 2000-es évek elejétől figyelt fel a szakma az Egyesült Királyságban (Hatfield) bekövetkezett siklásos, sajnos, halálos áldozatokat is követelő vonatbaleset kapcsán. Mára a Head Check hibák majd’ minden vasúttársaság hálózatán – a MÁV-hálózaton is – megjelentek. A hibák különböző súlyossági állapotának megfelelően a vasúttársaságok számára egyaránt fontos szempont a már súlyosan károsodott szakaszok kiszűrése a forgalombiztonság megfelelő szinten tartásához, hosszabb távon pedig a kialakuló hibák kellő időben történő rendszeres diagnosztizálása, amely alapján karbantartási stratégiát lehet kidolgozni a gazdaságosabb pályafenntartás érdekében. Mindkét cél eléréséhez a roncsolásmentes anyagvizsgálati eljárások vasúti környezetben való alkalmazása és fejlesztése jelenti a megfelelő megoldást.

Mérővonati örvényáramos vizsgálórendszer

Mivel a Head Check hibák esetén a futófelületről induló, felülethez közeli repedések diagnosztizálása az alapvető feladat, így az örvényáramos technológia kiválóan alkalmas e repedések kimutatására már az egészen kis mélységű, kezdeti stádiumban lévő hibák esetén is. További előnye e vizsgálati eljárásnak, hogy míg a vizuális és penetrációs módszerek csak a repedések felületi hosszára szolgáltatnak konkrét információkat, addig az örvényáramos vizsgálat eredményei a repedések mélységével is összhangba hozhatók. (Megjegyzendő, hogy a repedések valós mélysége nem keverendő össze a számított károsodási mélységgel.) A pályakarbantartás szempontjából a repedések mélysége (károsodási mélység) sokkal informatívabb adat, mivel ennek ismeretében már különböző karbantartási munkákat (síncsiszolás, sínköszörülés, sínmarás) is jól lehet tervezni.
A gyakorlatban számos vasúti vizsgálatra kifejlesztett mérőeszköz áll az anyagvizsgáló szakemberek rendelkezésére. Közös jellemzőjük, hogy a Head Check repedések mélységének számított értékét (ezt nevezzük károsodási mélységnek) szolgáltatják fő adatként, amelyhez a nemzetközi gyakorlatban empirikus úton meghatározott 25°-os kiértékelési szöget veszik alapul. (A 25°-os kiértékelési szög alkalmazását a hazai kutatások eredményei is megerősítették.) E műszerek mérési tartománya jellemzően 0,01–3,00 mm, így leginkább a repedések kialakulási és kezdeti növekedési stádiumában szolgáltatnak megbízható adatokat a pályakarbantartás számára.
A pályahálózaton tömegesen jelentkező Head Check hibák feltérképezése, a károsodás folyamatának és ütemének megismerése, valamint kézben tartása megköveteli a nagy teljesítményű mérővonati vizsgálórendszer alkalmazását. A MÁV KFV Kft.-nél mindkét síndiagnosztikai mérővonatra (SDS és FMK-008) ugyanazt, a német cég által gyártott örvényáramos mérőberendezést telepítettük, amellyel egyszerre mindkét sínszál örvényáramos vizsgálata elvégezhető akár 70 km/h sebesség mellett. A vizsgálat során mindkét sínszálon négy-négy darab örvényáramos szonda diagnosztizálja a sín futó- és vezetési felületének meghatározott pozícióiban a kialakult hajszálrepedéseket. A szondák vizsgálat közbeni állandó pozícióban tartását (fix távolság a futófelülettől) kis átmérőjű acélgörgők biztosítják. A vizsgáló mechanika a mérő forgóváz kerekei elé nyúlik ki egy konzoltartón keresztül (11. ábra).

A hibák minősítése a károsodási mélység alapján történik, amelynek méterenkénti maximális értékét és az adott méterhez tartozó repedés darabszámát szolgáltatja a mérőrendszer mindkét sínszálra. A mérési eredmények irodai programban, útalapú diagramon, tetszőleges léptékben, szemléletes formában megjeleníthetők (12. ábra), ezáltal könnyen áttekinthető a vizsgált pályaszakasz állapota, és a szükséges karbantartási munkálatok megtervezhetők.

Kézi örvényáramos sínvizsgáló rendszer

A kézi örvényáramos műszerek a mérővonati rendszerrel teljes mértékben megegyező paramétereket szolgáltatnak, úgymint a repedések károsodási mélysége és méterenkénti száma, amely eszközök egyidejűleg szintén mindkét sínszál vizsgálatára alkalmasak négy-négy mérőszondával. Alkalmazásuk elsősorban kitérők vizsgálatára koncentrálódik.

Sínek keresztmetszeti kopásának mérése

A vasúti pálya üzemszerű használata során a közlekedő járművek kerekei a vágányt alkotó sínekkel vannak kapcsolatban, azokat folyamatosan koptatják, lapítják, esetleg deformálhatják. A síndiagnosztika másik fontos tevékenysége, a repedések feltárása mellett, a vasúti sínek alak és kopás szempontjából történő ellenőrzése, a kopási folyamat nyomon követése és a határértékeket meghaladó keresztmetszetek kiszűrése. E feladatnak tesz eleget a sínprofilmérés.
A sínprofilmérés során a sínkeresztmetszet több jellemzőjét vizsgáljuk. Ezek közül legfontosabbak a következők:
– Magassági kopás, oldalkopás, valamint e két értékből számított kiegyenlített magassági kopás.
– Ezeken kívül még számos sínkopási paraméter felvehető, ilyenek például a külső oldalkopás, síndőlés, sínfejszélesség, -magasság stb.
A mérővonatra telepített gépi sínprofilmérő berendezés mérőfejei a sínszálak felett helyezkednek el a sín futófelülete fölött 258 mm-rel, a mérőkocsi futó forgóvázának közvetlen közelében. A mérőrendszer sínszálanként két-két lézeregység segítségével dolgozik. A sínszálra vetített lézersugarak képét optikai kameracsoport veszi fel és illeszti a szabványos síntípusra, amelynek alapján a kopási paraméterek számíthatók. Ennek megfelelően ez az elv érintkezésmentes mérést tesz lehetővé, maximum 120 km/h sebességgel. A jó adatgyűjtés érdekében sínszálanként két-két lézeregység és optikaikamera-rendszer szolgáltatja az adatokat egy-egy sínprofilmérő egységben.

A sínkopási jellemzők tehát a gyári szabványos sínprofilhoz képest adják meg az eltéréseket, ezért a sínprofilmérés során a vizsgált sín típusát, annak gyári keresztmetszeti adatait is ismerni kell. Az egyes sínkeresztmetszeti jellemzők mértékét előírás szerinti határértékek szabályozzák. A mérővonatainkon működő sínprofilmérő rendszerek az egyes sínkopási paramétereket grafikus formában az út függvényében megjelenítik (13. ábra), valamint a megrendelő által kért jellemzőkről nyomtatott grafikonokat, illetve a határértéket meghaladó helyekről lokális hibalistát szolgáltatnak. Az irodai számítógépes rendszer segítségével további elemzések készíthetők.

Egyenértékű kúposság paraméter

Az egyenértékű kúpossággal való foglalkozás viszonylag új téma a fe­lé­pít­mény­diagnosztikában, amely szorosan kapcsolódik a sínprofilméréshez. Az infrastruktúrára vonatkozó ÁME (átjárhatósági műszaki előírás) megjelenése óta kötelezően kell alkalmazni és ezt a paramétert vizsgálni. Az egyenértékű kúposság egy olyan mennyiség, amely egy adott kerékpár keresztirányú mozgását jellemzi egy adott vágányon, állandó sebességű haladás és egyenes pálya esetén. Az egyenértékű kúposság a kígyózó mozgást befolyásolja, és ezen keresztül a járművek keresztfutási stabilitására, illetve az utasok lengéskényelmére, komfortérzetére van kihatással. Nagy értéke esetén instabil futás alakulhat ki, amely szélsőséges esetben siklásveszélyt, illetve siklást is jelenthet. Mivel az egyenértékű kúposság a kerékpár és sínpár kölcsönhatását leíró mennyiség, így számításának elvégzéséhez pályás szempontból a sínprofil kopási görbéje, a síndőlés és a nyomtáv a három szükséges paraméter, járműoldalról pedig a kerékprofil és kerékhátlap távolsága a bemenő adat. Számítható szabványos új profilok és valós, mért kopott profilok alapján is. Különböző célokra e profilok különböző párosításai használatosak, amelyet a 14. ábra szemléltet.

A 15. ábrán az egyenértékű kúposság számításának első lépései láthatók (szabványos kerék- és sínprofillal), azaz a keréksugár-különbség előállítása a kerékpár keresztirányú kitérésének függvényében, amelyhez egy tartományon belül minden keresztkitérésre illeszteni kell egymáshoz a kerékprofilpárt és a sínprofilpárt. A számítás az FMK-008 mérőkocsin üzemelő sínprofilmérő rendszer szoftverével elvégezhető.

Hullámos sínkopás mérése

A vasúti sínek magassági és oldalkopása mellett, jellemzően, a kis sugarú ívek belső sínszálán figyelhető meg a sínfej futófelületi hullámos kopása. Ezek általában rövid hullámhosszúságú (30-300 mm) kopások, kis hullámmélységgel, amelyek ismétlődése szabályosnak mondható. A gyakorlatban előfordulnak hosszabb hullámhosszúságú hibák is, ezek már szemmel nem megfigyelhetők. A hullámos sínkopás vizsgálata az utóbbi időszakban került előtérbe, ugyanis a pályasebességek növekedésével a hatásuk egyre jobban megmutatkozik. A sín futófelületén kialakuló hullámos sínkopással érintett pályaszakaszokon átgördülő szerelvények jelentős többlet dinamikus erőhatást okoznak mind a jármű, mind pedig a vasúti felépítmény számára.
A sínek ilyen jellegű futófelületi hibáit hullámhosszuk és mélységük alapján osztályozzuk és hullámosodás (10–30 mm), rövid (31–300 mm) és hosszú hullámú (301–1000 mm) hullámos kopás megnevezéssel különböztetjük meg. Látható tehát, hogy a hullámhosszak néhány centimétertől több méterig terjedhetnek, a mélységük pedig a századmilliméteres nagyságrendtől kezdve nagyobb hosszak esetén elérheti a néhány milliméteres nagyságot is.
A mérővonatokon működő mérőrendszer képes a hullámos kopás jelenségét kimutatni, azaz a kialakult hullámok amplitúdóját (A), valamint hullámhosszát (W) meghatározni a 30–300 mm-es hullámhossztartományban. Sínszálanként két-két induktív tekercs van elhelyezve a hőmérséklet-függőség kompenzálása miatt egy megfelelő bázishosszúságú ultrahangos fejhajóban. A mérés kontaktus nélkül, e nagy felbontású induktív érzékelőkkel történik, amelyek a bázissík és a futófelület közötti távolságot rögzítik. Az egyes érzékelők mérési tartománya 5 mm. E tartományon belül a mérőfejek felbontása jobb, mint 1 μm, ami lehetővé teszi a nagy sebességű pályákon történő mérést.
A mérőrendszer által szolgáltatott eredmények (amplitúdó- és hullámhosszértékek) irodai programban útalapú diagramon, tetszőleges léptékben, szemléletes formában sínszálanként megjeleníthetők (16. ábra). A mért amplitúdók kiértékelése két módszer szerint is megtörténik, csúcstól csúcsig (MÁV D.54. számú utasítás), valamint az RMS- (EN 13231-3) értékek formájában. A mérethatárértéket meghaladó szakaszokról hibalista generálható a további elemzések elvégzéséhez. A sínkarbantartási munkák (csiszolás, köszörülés, marás, gyalulás) megtervezéséhez a Head Checking hibák mellett a hullámos sínkopás szintén fontos és figyelembe veendő paraméter.

Egyéb vizsgálati módszerek

Az előzőekben ismertetett, nagy volumenben végzett négy fő sínvizsgálati módszer mellett érdemes még említést tenni a sínek semleges hőmérsékletének méréséről, valamint az egyenességmérésről.

Semleges hőmérsékletmérés

Az összehegesztett sínekben, vagyis a hézagnélküli vágányokban jelentős hosszirányú erők lépnek fel. A hézagnélküli vágányokat úgy kell megépíteni és fenntartani, hogy stabilitásuk bármilyen előforduló sínhőmérsékleten fellépő hőmérsékleti erők és a járművek által átadott erők hatása alatt is megmaradjon. A tényleges semleges hőmérséklet (az a sínhőmérséklet, amelynél a sínszálban nincs hőmérsékleti feszültség) megbízható ismerete a vasút biztonságos üzemeltetésének egyik fontos kérdése. A vágány tényleges semleges hőmérséklete (TSH) sokféle ok miatt nem marad meg a kialakítási értéken. A TSH rendkívüli fontossága miatt annak helyes kialakítását méréssel szükséges ellenőrizni, a forgalom biztonsága, valamint a hézagnélküli vágányokban szükséges munkák szakszerű elvégzése érdekében!
A TSH meghatározásának egyik módszere az úgynevezett RailScan műszerrel történő mérés. A RailScan készülék a mért felületet hossz- és keresztirányban átmágnesezve kapott Barkhausen-zajból egy mágneses jellemzőt határoz meg. E mágneses jellemző értéke függ a sínben lévő nyomó-, illetve húzófeszültség értékétől. A termikus feszültség értéke változik a sínhőmérséklet függvényében, így ha különböző sínhőmérséklet mellett meghatározzuk a mágneses jellemző értékét, akkor számítani lehet a sínszál semleges hőmérsékletének értékét. Az eljárás során két különböző hőmérsékleten (minimum 7 °C különbség) kell ugyanazokban a keresztmetszetekben elvégezni a mérést ahhoz, hogy a TSH-értéket meg tudjuk határozni.

Egyenességmérés

A sínekben, a hegesztések környezetében egy kemény pont keletkezik, amelynek geometriai egyenessége nagymértékben befolyásolja a vágány állapotát. A hegesztéseken fellépő tized milliméteres futófelületi hibák jelentős vágánygeometriai hibákat, illetve hegesztési varratban anyaghibákat okoznak. A hegesztések kivitelezéskor az egyenességet kezdetben csak acélvonalzóval ellenőrizték, de a sebesség emelkedése, a minőségre való nagyobb igény, a pályafenntartási költségek csökkentése egy új vizsgálati eljárást, a műszeres egyenességmérést tette szükségessé. Ennek az eszköznek a segítségével a sínszálak egyenességének a mértéke (futó- és vezetőfelületen) nagy pontossággal mérhető és tárolható.
Az egyenességmérő készülékek 1 m hosszúságú mérőgerendából és a hozzá csatlakoztatható kézi számítógépből állnak. A mérőgerenda, mint bázissík, és a mérendő felület közötti távolságot fix kapacitív elven működő vagy mágneses távolságmérésen alapuló szenzorok mérik.

Síndiagnosztikai vizsgálati adatok elemzése

Társaságunk a mérővonati, valamint a kézi műszeres vizsgálatok magas színvonalú elvégzése mellett kiemelt hangsúlyt fektet az egyes mérőrendszerek által szolgáltatott vizsgálati adatok feldolgozására, elemzésére, különböző vizsgálati jelentések készítésére, amelyek a több évre visszanyúló hibaadatbázisok birtokában szemléletesen rávilágítanak a változási trendekre, és gyors áttekintést tesznek lehetővé egy adott vonal, pályaszakasz vagy régió általános állapotáról. Ennek az elemzési tevékenységnek a támogatására 2019-ben kifejlesztettünk egy irodai szoftvert, amely adott pályaszakasz valamennyi síndiagnosztikai nyers vizsgálati adatainak egy felületen történő megjelenítését teszi lehetővé (akár többévi eredmény egymásra helyezésével), kiegészítve a megjelenítést a szükséges infrastruktúraadatokkal (17. ábra). E szoftver segítségével szakértőink komplex képet kapnak a vizsgált vonalrész síndiagnosztikai szempontú állapotáról, amelynek áttekintése után a további elemzésekhez szükséges hibalisták, valamint a Páter (pályafenntartási tervező és döntéssegítő rendszer) szakértői rendszer részére történő minősített adatok (importfájlok) generálhatók.

A szakértői kiértékelések és elemzések elvégzését követően minden síndiagnosztikai vizsgálati adatot a megfelelő minősítési elvek szerint (minősítési osztály, kategória, minősítési hossz) betöltünk a Páter rendszerbe. A Páter felülete már országos szinten elérhető minden illetékes pályafenntartásban dolgozó szakember számára, amelyben már nemcsak a síndiagnosztikai adatok, hanem minden más al- és felépítményi mérési eredmény is elérhető (például vágánygeometriai eredmények, űrszelvénymérési eredmények, alépítmény-diagnosztikai adatok stb., valamint minden rendelkezésre álló infrastruktúra-adat), amelyeket tetszőleges diagramkonfigurációban előhívhatunk (18. ábra). A szakértői rendszer lehetőséget biztosít további tetszőleges mérési rendszerek felvételére, és adatainak kezelésére, például georadaros eredmények, felsővezeték-mérés eredményei.

Jövőbeni fejlesztési irányok

A bemutatott sínvizsgálati módszerek és eszközök teljes mértékben megfelelnek a síndiagnosztikával szemben támasztott követelményeknek és napjaink korszerű technikájának. Mindezek mellett azonban szükséges folyamatosan figyelemmel kísérni az egyes szakterületek fejlődési irányait, és az abban rejlő lehetőségeket kiaknázni. A számítástechnika és méréstechnika fejlődésével már megvan annak a lehetősége, hogy az ipar más területén alkalmazott és bevált módszereket a síndiagnosztikai vizsgálatokban is alkalmazzuk. A jövőben nagy potenciál lehet, többek között, a fázisvezérelt ultrahangos vizsgálati technológia vasúti környezetbe történő adaptálásában, amellyel már több cég konkrét technikával jelentkezett.
Egy általános célú, fázisvezérelt ultrahangos vizsgálóberendezéssel egy tesztvizsgálat erejéig már megismerkedtünk, amelynek során nagy károsodási mélységű Head Check hibával terhelt, 1,70 m hosszúságú tesztsín vizsgálatát végeztük el. E vizsgálat regisztrátumáról látható egy részlet a 19. ábrán, amely nagyon szemléletesen kimutatta a Head Check repedéseket, kvázi visszaadva azok futófelületen látható rajzolatát.

A MÁV KFV Kft.-nél a síndiagnosztikai szolgáltatások színvonalát az ultrahangos vizsgálatot kiegészítő videokamera-felvételek automatikus kiértékelésének fejlesztésével is igyekszünk emelni. Sínszálanként két-két lineáris kamera alkalmazásával a sínek felületén szabad szemmel is jól látható hibák automatikus felismerése, azaz a futófelületi sínhibák kimutatására specifikált videoinspekciós rendszer kifejlesztése a kitűzött cél (20. ábra). A felismerőrendszer jelenleg tesztelési és fejlesztési fázisban van, amelynek során a fő kihívást a kiválasztott tesztszakaszokon elvégzett elemzések alapján a valós felületi sínhibák megtalálási valószínűségének emelése jelenti az egyéb nem sínhiba jellegű téves felismerések arányának minimalizálásával.

A roncsolásmentes vizsgálati módszerek fejlesztése mellett egyes kutatási témák kidolgozása és felkarolása is rendkívül fontos lenne néhány témakörben, mint például:
– az érintkezési feszültségek, feszültségcsúcsok vizsgálata sín-kerék kapcsolatnál, numerikus modellezés, geometria, anyagminőségek figyelembevételével és pályaoldali paraméterek alapján;
– dinamikus igénybevételek hatása (hullámos sínkopás, kivölgyelődött hegesztés, lapos kerék stb.);
– sín-kerék anyagok törésmechanikai jellemzőinek (repedésképződés és terjedéssel kapcsolatos vizsgálatok) összehangolása, hőmérsékletfüggés elemzése.
Összefoglalás
A cikk célja a vasúti sínek ron­cso­lás­mentes vizsgálatának, legfontosabb módszereinek és eszközeinek bemutatása. E komplex rendszer elsődleges feladata a forgalombiztonság garantálása, a síntörések megelőzése az egyes sínhibák minél korábbi fejlődési stádiumban történő kimutatásával. A síndiagnosztikai tevékenység hatékonysága a korszerű és megbízható vizsgálóeszközök alkalmazása mellett a rendszerességben rejlik. A vizsgálatok periodikussága lehetőséget biztosít az egyes sínhibák fejlődési ütemének megfigyelésére, amely információk nélkülözhetetlenek a hosszú távon gazdaságos, életciklusköltségeket tekintve optimális sínkarbantartási stratégia felépítéséhez egy vasúttársaságnál.
Amennyiben az olvasó eljutott e sorokig, köszönetemet fejezem ki, hogy megtisztelt az idejével, és bízom benne, hogy sikerült némi betekintést adni a sínek világának ezen igen izgalmas szeletéből, talán még azok számára is, akik napi szinten találkoznak e tevékenység valamely szegmensével.