Vasúti sínek kenési stratégiája ausztrál svéd tanulmány

Átírás

1 ÜZEMFENNTARTÁSI TEVÉKENYSÉGEK Vasúti sínek kenési stratégiája ausztrál svéd tanulmány Tárgyszavak: kenés; vasúti sín; kopás; kenőanyag. A sínkenés módjai A vasúti sínek és kerekek nagymértékű kopásának csökkentésére különösen kanyarban út menti, azaz a sín külső oldalára pálya menti berendezéssel felvitt, fedélzeti, azaz járműről történő vagy Hi-rail, azaz a sínkoronára felvitt kenést alkalmaznak. Az út menti kenés alkalmával a kenőanyagot az elhaladó kerekek aktiválják mechanikusan vagy elektronikusan. A fedélzeti kenés céljából a kenőanyagot mozdonyra szerelt berendezés spray formájában juttatja a kerekek peremére. A Hi-rail rendszer speciális önjárójában egy adagolófej a zsiradék apró cseppjeit helyezi a sínkoronára. A kenés üzemanyagköltséget és sín/kerék karbantartási költséget takarít meg, de a túl sok kenőanyag használatának kedvezőtlen hatásai is vannak: hulladékképződés, húzóerő-veszteség a sínkoronán levő zsiradék miatt és leszivárgás a talajvízbe, ezzel vízszennyezést okozva. A folyékony kenőanyagok hozzájárulhatnak az ún. gördülőérintkezési kifáradás okozta repedések képződéséhez pl. a módosult súrlódás és a repedezésekbe szorult folyadék miatt. Miközben tehát a kenőolaj csökkenti a kerék- és sínkopást, fokozza az említett kifáradási tünetet. Svédországban a 600 m-nél kisebb sugarú kanyarokban rutinszerűen kenik a síneket stacionárius pálya menti berendezésekkel. Az illetékes hivatal évi jelentése azonban megállapítja, hogy az országban ezeknek csupán 25%-a működik kielégítően.

2 A sínkenés és -kopás jellemzői A sínkenés hatását több tényező befolyásolja így a vonatok száma, a kenések gyakorisága és a kenőanyag-mennyiség A sínkopást befolyásoló tényezők: a nedvességtől, a hőmérséklettől és a sín felületi textúrájától függő súrlódási együttható, a kenés módja (járműről vagy pályán), a zsiradék szennyezettsége (por, levelek, lehordott fémrészecskék, víz), a pálya függőleges, oldalirányú, a nyomtávot és a lejtést érintő egyenetlenségei, a kanyar görbületi sugara, a sín/kerék érintkezés általi sínelmozdulás mértéke, fékezés és gyorsulás. A sínkenés fajlagos kenőanyag-fogyasztása az egyes országokban évi 0,7 és 2,5 kg/km között változik a forgalomtól, a szerelvények fajtájától és a pályák vezetésétől (kanyarok) függően. A sínkenés hatékonyságának vizsgálati eredményeiről beszámoló egyik tanulmány szerint az USA vasútjainál 30%-os üzemanyagmegtakarítást értek el 40 mérföld, azaz kb. 60 km/h állandó sebességgel haladó, 100 t teherbírású kocsikkal, a kenetlen kerekűekkel összehasonlítva. A vasúti kenőanyagok többsége kőolajalapú zsiradék, de használatban vannak szilárd, köztük speciális grafitos kenőanyagok is. Ezeket főleg környezetkímélő voltuknál fogva sokan előnyben részesítik, és fejlesztik is megbízhatóságuk és hatékonyságuk javítása céljából. A terepen végzett vizsgálatokat ismertető szakirodalomi tanulmányok közül említést érdemel az az ugyancsak amerikai közlemény, amely szerint a sínkenés nyomán a kopás mértéke és üteme a kenetlen pályaszakaszokon mért értékeknek csak mintegy ötöde. Egy kenéssel ellátott sín kopása kanyarban a kenőberendezéstől 200 m távolságra kétszerese az 50 m-nél mért kopási veszteségnek. Az idézett tanulmány a kenőanyag és az egész kenőrendszer optimális kiválasztását a helyi topográfiától, az éghajlattól, a vonatok átlagos hosszától, a tengelyterheléstől és a kenés módszerétől teszi függővé.

3 A kenési stratégiák hatása a különböző üzemi feltételekre A sín és a kerék közötti kenés csökkenti a vonat süvítő hangját, a kerékabroncs függőleges kopását és a sín oldalkopását. Másfelől a sínkorona kenése a kerékcsúszás veszélyével jár. Ezeket a kedvező és kedvezőtlen hatásokat kell megbízható kenési módszer és megfelelő súrlódási együtthatójú kenőanyag kiválasztásával kiegyensúlyozni. A vasúttársaságoknak nyilvánvalóan elsőrendű érdekük a legbiztonságosabb közlekedést szavatoló kenési stratégia alkalmazása. Az USAban a Közlekedési Vizsgálóközpont (Transportation Test Centre) foglalkozik az egyes vidékek, térségek vasúti pályáinak igényeit legjobban kielégítő kenőanyagok kidolgozásával. E feladat fő szempontjai: adagolhatóság alacsony hőmérsékleten, alacsony folyáspont, megfelelő cseppenéspont, ellenállás szélsőséges külső nyomásnak és kopásnak, jó tapadás, csekély súrlódás, kenőanyag-felhordás a vasúti pályán nagy távolságra, biológiai lebonthatóság, csekély toxicitás, adalékként grafit, fokhagymaolaj vagy poli(tetrafluor-etilén). Az alkalmazott kenőanyagok meghosszabbítják a sín és a kerék élettartamát, csökkentik az üzemanyag-fogyasztást, minimálisra csökkentik a kisiklás veszélyét, az utazás zaját is mérséklik. Gyakori problémák A sűrített levegővel működő központi kerékkenő rendszer periodikusan a kenőanyag lehető legkisebb, de pontos mennyiségeit juttatja a súrlódási pontokra. Az egyes kontinenseken és vasúttársaságoknál különböző rendszerek vannak használatban, de mindegyiknél nehézségeket okoz az alkalmazkodás az évszakos hőmérsékletekhez, az eltömődés, a pályamenti kenőberendezések közötti távolság, a zsiradékból a töltéstörmelék eltávolítása, a kenőanyag elhelyezése a kívánt helyre és a zsiradékokkal végzett munka kényelmetlen körülményei. A vasúti kenéssel kapcsolatos leggyakoribb problémák az adagolófej eldugulása és a kenőanyag olajkomponensének elválása a zsírtól a tárolóban fennálló gravitációs nyomás következtében. A dugulást főként

4 a grafit és a sűrítést szolgáló szappanadalék okozza. A kenőberendezések megtisztítása két személynek másfél órás munkájába kerül. A karbantartás éves költsége ausztrál pályákon pl. újratöltéssel együtt kenőberendezésenként AUD (ausztrál dollár), csupán félévi munkát számítva (mivel a hideg hónapokban ki kell hagyni a kenést). A vasúti kenőanyagok egységára 3,20 és 4,80 AUD között változik, a szükséges mennyiség kenőberendezésenként 15 kg/év (ugyancsak a téli hónapok kihagyásával). Megfelelő kenési technikával el lehet kerülni legalább 30%-os kopási veszteséget (1. ábra). Súrlódásmérésen alapuló tribométeres svédországi vizsgálatok eredménye szerint egy pályamenti berendezés 1 1,5 km-nyi, azaz ±750 m-nyi kétirányú pályát fed le. 15 a sínpótlás biztonsági szintje a sín oldalkopása, mm 10 5 kenetlen kenéssel ellátott ápr. 78. nov. 79. nov ápr. júl. 81. jún dec. ápr. 82. nov. 1. ábra Pályamenti kenés hatása svédországi vizsgálat között, kenés Clicomatic berendezéssel Kenési stratégiák költség/haszon számítása A vasúti pályákat általában vegyesen használják személyszállításra, teherfuvarozásra és igen nagy súlyú ömlesztett termékek (kő, érc, szén) célba juttatására. E kategóriák %-os megoszlásának megfelel a kopási tényező, vagyis a kopásnak a városok körzetében végzett személyszállításokhoz viszonyított mértéke. A kopási veszteséget t idő elteltével az A t = P t W t egyenlet fejezi ki, amelyben

5 P t = az összes tengelyáthaladás száma t idő alatt, W t = a súlyozott kopási ráta (5% nehézrakományból, 10% teherfuvarból és 85% személyszállításból álló közlekedés t idő alatt). A közlekedési előrejelzés a kenőberendezés szerződéses N élettartamára megbecsülhető az ismert előrejelző eljárásokkal. A kenőberendezés helyszíni hibajavítása időigényes, tekintettel a vonatok áthaladására és a megfelelő eszközök hiányára. Fennáll annak veszélye, hogy a kenést végző szakember távol van, ezalatt vonatok haladnak át, további kopást okozva. Ezért helyesebb és olcsóbb is a szakszerű javítás központi helyen. Ez elkerüli a vasúti töltés és a talajvíz szennyezését is. A kenés eredményét a sínkopás okozta költség csökkentésével lehet meghatározni. Ennek kiszámításához legyen A c a sín helyettesítés szempontjából kritikus darabja, A o az új síndarab, A o -A c a megengedhető kopás, C re a pótlás költsége, akkor a t idő alatti sínkopás költségét a sín élettartamának megrövidülésével arányosan lehet kiszámítani. A kent és kenetlen sínre számított különbség a kenés eredménye. Ez a különbség a pálya élettartama alatt a kanyarok görbületi sugarával változik (2. ábra), de befolyásolja a kenőanyag minősége is. kopási ráta* rosszul kent/kenetlen sínek beruházás a kenési stratégiába pályaélettartam-hosszabbodás, költségmegtakarítás jó kenés/megkent sínek görbületi sugár, m * mm 2 /vonatkoztatási egység 2. ábra A kenés hatása különböző görbületi sugarú pályákra

6 kiindulási adatok: pályaszakasz, ellenőrzési időközök, pályagörbületek (kanyarok), kopásállapot, a forgalom típusa statisztikai adatok: közlekedési kopás mint görbületi sugarak és kenőberendezés hibájának függvényei a közlekedési kopás aktuális helyzete a kenőberendezések meghibásodásának aktuális helyzete műszaki és gazdasági helyzet aktualizálás forgalmi fokozat változása új pályaprofil kiválasztása a kenőberendezések új hibaszámainak meghatározása nem az összes költség kiszámítása sínpótlás? igen az összes költség megjelenítése a helyben javítás költsége központi javítási költség a sínpótlás költsége kenőanyagköltség a sínkopás költsége 3. ábra Szimulációs modell levezetése igen-nem forgatókönyv szerint Kenés nélkül a sínpótlási költség nő, mivel a kopás üteme gyorsabb. Ezt az ütemet különféle kenőanyagokra a terepadatokat kiegészítő laboratóriumi tesztekkel lehet meghatározni. A kenés melletti döntéshez szükséges nettó aktuális érték (net present value), NPV egyenlete:

7 NPV = N 1(C t= rebt C s,t C m,t C l,t 1 ) (1+ r) t I rebt amelyben t = a vizsgált időszak, C = a sínkopás kent és kenetlen pályára számított költségkülönbsége, C s,t = javítási költség, C l,t = kenőanyagköltség, C m,t = karbantartási költség m módszerrel, I = a sínpótlás költsége (munka, anyag, felszerelés), r = a leszámítolás mértéke. Az eddigi eredményekből levezethető további és távlati kutatási feladatok: szubjektív adatok számszerűsítése kenési stratégiák sztochasztikus elemzéséhez, sínek minőségromlását előrejelző integrált modell kidolgozása (3. ábra), a kenés és a kopás hatásának előrejelzése adott pályán, a karbantartási költséget csökkentő irányelvek kidolgozása, a kenés hatékonyságát szolgáló döntés támogatása. Irodalom Összeállította: Dr. Boros Tiborné Chattopadhyay, G.; Reddy, V.: Assessment of risks and cost benefit analysis of various lubrication strategies for rail tracks under different operating conditions. = Tribologia Finnish Journal of Tribology, 23. k sz p Ishida, M.; Akama, M.; Kashiwaya, K.; Kapoor, A.: The current status theory and practice on rail integrity in Japanese railways rolling contact fatigue and corrugations. = Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures, 26. k. 10. sz p Jendel, T.: Prediction of wheel profile wear comparisons with field measurements. = Wear, 253. k. 2. sz p