BKV 3-as Metró vonal Sínek állapotának a vizsgálata

Átírás

1 BKV 3-as Metró vonal Sínek állapotának a vizsgálata Béli János MÁV Központi Felépítményvizsgáló Kft. VI. VÁROSI VILLAMOS VASÚTI PÁLYA NAP Szeged, Április 10.

2 Feladatok Fejrepedezettség vizuális felmérése Műszeres örvényáramos vizsgálat Sínek magassági kopásának mérése Sínállapot jelentés elkészítése Szükséges sínkarbantartási munkák megtervezése HC -val terhelt sínek laboratóriumi törése Sínek fárasztó vizsgálata Szakítóvizsgálat Keménység és mikrokeménység eloszlás vizsgálat Ütőmunka vizsgálat Metallográfiai vizsgálat Vizsgálati eredmények elemzése és szakvélemény készítése

3 Általános állapot A vonalszakasz Üzembehelyezés időpontja Deák F. tér - Nagyvárad tér Nagyvárad tér - Kőbánya-Kispest Deák F. tér - Lehel tér Lehel tér - Árpád híd Árpád híd - Újpest-Központ

4 Általános jellemző A 3-as metró vonalának legrégebbi, Nagyvárad tér és Deák tér közötti szakaszán a sínek kora már 35 év, de a legújabb, Árpád híd és Újpest városközpont között lefektetett sínek kora is meghaladja a 20 évet. A pálya vasanyaga még soha nem volt cserélve, eddig csak karbantartásokat végeztek rajtuk. A vágány ún. ragasztott kialakítású, 54 E1 (UIC 54) r. sínekkel építve. Nyomtávolság 1433 mm. A sínalátámasztások távolsága a kültéri vasbeton lemezes szakaszon 0,75 m, az alagutakban 0,90 m. A vonalon a Metró III sínleerősítési rendszer három változata található. A sínleerősítések többnyire azonos alkatrészekből állnak. Az eredeti Metró III és a Metró III típusú vonali aknás sínleerősítés között a lehorgonyzás megoldásában, az eredeti Metró III és a módosított Metró III sínleerősítések között a szorítókengyelekben van különbség. A betonlemezes felépítmény a felszínen mind a bal, mind a jobb vágányban a ,046 szelvénytől indul. A felszíni szakaszon a vágányok vasbetonlemezen fekszenek. A Metró III típusú vonali aknás sínleerősítések alatt vasbeton gerenda húzódik. Helyenként a vékony vágánybetont megvasalták, egyébként az alagutakban a vágánybeton vasalatlan. A vasúti vágány statikus tengelyterhe 180 kn, a jelenleg a vágányokon futó orosz gyártmányú szerelvények üzemi tengelyterhe 85 kn, a mértékadó vontató szállító jármű (UDJ) tengelyterhe 133 kn, a legnagyobb vonali sebesség 80 km/h. A sínek rossz műszaki állapota miatt a vonal teljes szakaszán 60 km/h sebességkorlátozás van érvényben december 13-tól.

5 Forgalmi adatok évi adatok az észak-déli metróvonalon Járműtípus Teljesített menet Átgördült Elegytonna Átgördült tengelyek száma EV Összesen Járműtípus Öntömeg (t) Férőhely (fő) Hasznos tömeg (t) Tengelyek száma , , , ,6 4 EV3 32, ,2 4

6 Végzett vizsgálatok Fejrepedezettség vizuális felmérése Sínek magassági kopásának mérése Műszeres örvényáramos vizsgálat HC -val terhelt sínek laboratóriumi törése Sínek fárasztó vizsgálata Anyagvizsgálatok Szakítóvizsgálat Keménység és mikro keménység eloszlás vizsgálat Ütőmunka vizsgálat

7 Fejrepedezettség vizuális felmérése

8 Műszeres örvényáramos vizsgálat

9 Örvényáramos mérés eszköze 2db DRAISINE D 340 típusú örvényáramos mérőműszer

10 Örvényáramos mérési eredmények %-os megoszlása Örvényáramos mérési eredmények %-os megoszlása 4-es osztály 12% 5-ös osztály 2% 3-as osztály 21% 1-es osztály 45% 2-es osztály 20%

11 HC hibák minősítése a MÁV előírása szerint

12 Sínek magassági kopásának mérése

13 10< 9,5< 9< 8,5< 8< 7,5< 7< 6,5< 6< 5,5< 5< 4,5< 4< 3,5< 3< 2,5< 2< 1,5< 1< 0,5< 0 Sínek magassági kopása Állomásköz Átlag [mm] 800 Jobb vágány, jobb sínszál Jobb vágány, bal sínszál Bal vágány, jobb sínszál Bal vágány, bal sínszál 155,11 155,39 154,29 155,09 154,97 Sínek magasági kopása db Szumma db Magassági sínkopás

14 Sínek magassági kopásának eloszlása [db] [%] Magassági kopás [mm] 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

15 Kőbánya-Kispest - Határ út Határ út - Pöttyös utca Pöttyös utca - Ecseri út Ecseri út - Népliget Népliget - Nagyvárad tér Nagyárad tér - Klinikák Klinikák - Corvin-negyed Corvin-negyed - Kálvin tér Kálvin tér - Ferenciek tere Ferenciek tere - Deák tér Deák tér - Arany János utca Arany János utca - Nyugati pu. Nyugati pu. - Lehel tér Lehel tér - Dózsa György út Dózsa György út - Árpád híd Árpád híd - Forgách utca Forgách utca - Gyöngyösi utca Gyöngyösi utca - Újpest városkapu Újpest városkapu - Újpest központ Sínmagasság [mm] Magassági kopás [mm] Magassági kopások hossz-szelvénye Jobb vágány, jobb sínszál átlag minimum Állomásköz

16 Kőbánya-Kispest - Határ út Határ út - Pöttyös utca Pöttyös utca - Ecseri út Ecseri út - Népliget Népliget - Nagyvárad tér Nagyárad tér - Klinikák Klinikák - Corvin-negyed Corvin-negyed - Kálvin tér Kálvin tér - Ferenciek tere Ferenciek tere - Deák tér Deák tér - Arany János utca Arany János utca - Nyugati pu. Nyugati pu. - Lehel tér Lehel tér - Dózsa György út Dózsa György út - Árpád híd Árpád híd - Forgách utca Forgách utca - Gyöngyösi utca Gyöngyösi utca - Újpest városkapu Újpest városkapu - Újpest központ Sínmagasság [mm] Magassági kopás [mm] Magassági kopások hosszszelvénye Jobb vágány, bal sínszál átlag minimum Állomásköz

17 Kőbánya-Kispest - Határ út Határ út - Pöttyös utca Pöttyös utca - Ecseri út Ecseri út - Népliget Népliget - Nagyvárad tér Nagyárad tér - Klinikák Klinikák - Corvin-negyed Corvin-negyed - Kálvin tér Kálvin tér - Ferenciek tere Ferenciek tere - Deák tér Deák tér - Arany János utca Arany János utca - Nyugati pu. Nyugati pu. - Lehel tér Lehel tér - Dózsa György út Dózsa György út - Árpád híd Árpád híd - Forgách utca Forgách utca - Gyöngyösi utca Gyöngyösi utca - Újpest városkapu Újpest városkapu - Újpest központ Sínmagasság [mm] Magassági kopás [mm] Magassági kopások hossz-szelvénye Bal vágány, jobb sínszál átlag minimum Állomásköz

18 Kőbánya-Kispest - Határ út Határ út - Pöttyös utca Pöttyös utca - Ecseri út Ecseri út - Népliget Népliget - Nagyvárad tér Nagyárad tér - Klinikák Klinikák - Corvin-negyed Corvin-negyed - Kálvin tér Kálvin tér - Ferenciek tere Ferenciek tere - Deák tér Deák tér - Arany János utca Arany János utca - Nyugati pu. Nyugati pu. - Lehel tér Lehel tér - Dózsa György út Dózsa György út - Árpád híd Árpád híd - Forgách utca Forgách utca - Gyöngyösi utca Gyöngyösi utca - Újpest városkapu Újpest városkapu - Újpest központ Sínmagasság [mm] Magassági kopás [mm] Magassági kopások hossz-szelvénye Bal vágány, jobb sínszál átlag minimum Állomásköz

19 Szükséges sínkarbantartási munkák megtervezése

20 Minosítési osztály [1-5] Sínmagasság [mm] Minosítési osztály [1-5] Sínmagasság [mm] Sínköszörülési javaslat Corvin negyed Kálvin tér ,00 157,00 155,00 153,00 151,00 149,00 147,00 Minősítési osztály Tervezett síncsiszolás Nem mérhető Sínmagasság Szelvény Bal vágány, bal sínszál ,00 157,00 155,00 153,00 151,00 149,00 147,00 Minősítési osztály Tervezett síncsiszolás Nem mérhető Sínmagasság Szelvény Bal vágány, jobb sínszál 6. ábra: HC grafikon, sínkarbantartási munkák tervezéséhez (részlet)

21 Sínköszörülési javaslat Jobb vágányon: Bal vágányon: összesen: 4,18 vkm 4,66 vkm 8,84 vkm Sínszál Kezdő szelv. Vég szelv. Hossz [sm] Bal Jobb Bal Jobb Bal Jobb Bal Jobb Bal Jobb Bal Jobb Bal Jobb Sínszál Kezdő szelv. Vég szelv. Hossz [sm] Bal Jobb Bal Jobb Bal Jobb Bal Jobb Bal Jobb Bal Jobb Összesen [vm] 4180 Összesen [vm] 4660 Jobb vágány Bal vágány

22 Sínek laboratóriumi törése

23 Dr MB 300 t típusú törőgép

24 Törési eredmény Lehajlás [mm] Erő [kn]

25 Törővizsgálat során használt diagnosztikai eszközök Olympus I-Speed 3 nagysebességű kamera max kép/ másodperc Színes felvétel 1280x1024 pixel felbontás 2000 kép/másodperces rögzítési sebességig Wuhan Guide IR 928 termokamera Érzékelő: 320X240 UFPA Érzékelési tartomány:8-14um Pontosság: ±1 ±1% Hőmérséklet érzékelési tartomány: Nikon D90 digitális fényképezőgép tükörreflexes 85mm makro optika (1:1 leképezés)

26 Törővizsgálatok elemzése gyorskamerával és termokamerával

27 Mérési elrendezés Termokamera Gyorskamera Folyamatdiagnosz tika valós időben Termokamera: deformációs zónák meghatározása (repedések megnyílások) Gyorskamera: törési folyamat elemzése (repedés megindulásának helye)

28 Nagy sebességű kamerás felvétel M6 M14

29 Termokamera M9 M12

30 Makro felvételek M1 M1

31 Makrofelvételek M4 M5

32 Makro felvételek Két oldali HC Nagymértékű megnyílás Sérülés M6 M6

33

34 Diagnosztikai eredmények összegzése Nagy sebességű kamerás felvételek a törés a sérülésből indul ki, ha az található a kritikus törési környezetben Termokamerás felvételek a törés utáni pillanatban a melegedések arra utalnak, hogy a HC-k környezetében egyes esetekben jelentős deformáció jelentkezett, azok környezete megnyílt,ezt támasztja alá a törés után készített felvételek is Makro felvételek a fárasztott sínek törési környezetében fáradásos törésre utaló kagylók láthatóak

35 Sínek fárasztó vizsgálata

36 Sínek fárasztó vizsgálata A terhelési elrendezés A sínfej alátámasztása

37 A fárasztások során alkalmazott alsó és felső teherértékek Minta jele Alsó és felső teherérték kn-ban az egyes fárasztási ciklusokban 0 1,0 millió között 1,0 2,0 millió között 2,0 2,5 millió között M M M M M M

38 M1 jelű sín keresztmetszete A sínfej kopása az M1 jelű sín A végén A sínfej kopása az M1 jelű sín B végén

39 Terhelő erő (kn) Az M1 jelű sín terhelés lehajlás diagramja ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 Lehajlás (mm) Fárasztás előtt 1,0 millió fárasztás után 2,0 millió fárasztás után 2,5 millió fárasztás után

40 A sínfej kopása az M7 jelű sín A végén A sínfej kopása az M7 jelű sín B végén

41 Terhelő erő (kn) Az M7 jelű sín terhelés lehajlás diagramja ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 Lehajlás (mm) Fárasztás előtt 1,0 millió fárasztás után 2,0 millió fárasztás után 2,5 millió fárasztás után

42 Anyagvizsgálatok

43 Vizsgált sínminőségek Gyárjegy Anyagminőség DGY 1984 o / R200* TZ 04 U C54 o= R260 DGY 1976 MA / R200* DGY 1989 o / R200* DGY 1988 o A / R260* * A mérési eredmények alapján feltételezett.

44 Szakítóvizsgálat Mérés helye: BME Biomechanikai Kooperációs Kutatóközpont laboratóriuma, - akkreditált laboratórium, - berendezés: INSTRON 8852 szervo hidraulikus berendezés, - maximális terhelés: 25 kn.

45 Szakítóvizsgálat Próbatest geometriája: Vizsgált mennyiségek: - szakítószilárdság (R m ), - szakadási nyúlás (A), - kontrakció (Z).

46 Terhelőerő (N) Szakítóvizsgálat Szakítódiagram DGY 1984 TZ 04 DGY 1988 DGY 1976 DGY Keresztfej elmozdulása (mm)

47 Szakítóvizsgálat Szakítószilárdság (MPa) Rm (MPa) DGY 1984 DGY 1984 átlag TZ 04 TZ 04 átlag DGY 1988 DGY 1988 átlag DGY 1976 DGY 1976 átlag R m min. R260 DGY 1989 DGY 1989 átlag

48 A (%) Szakítóvizsgálat Szakadási nyúlás (%) 15,0 14,0 13,0 12,0 A min. R200 A min. R220 11,0 10,0 9,0 8,0 DGY 1984 DGY 1984 A min. R260 átlag TZ 04 TZ 04 átlag DGY 1988 DGY 1988 átlag DGY 1976 DGY 1976 átlag DGY 1989 DGY 1989 átlag

49 Z (%) Szakítóvizsgálat Keresztmetszet-csökkenés (%) 37,0 35,0 33,0 31,0 29,0 27,0 25,0 23,0 21,0 19,0 17,0 DGY 1984 DGY 1984 átlag TZ 04 TZ 04 átlag DGY 1988 DGY 1988 átlag DGY 1976 DGY 1976 átlag DGY 1989 DGY 1989 átlag

50 HBW Brinell-keménység Brinell-keménység DGY Közép 6 Átlag 7 Pozíciók TZ 04 DGY 1988 DGY 1989 DGY 1976 Alsó előírás R200 Felső előírás R200 Alsó előírás R220 Felső előírás R220 Alsó előírás R260 Felső előírás R260

51 Diósgyőri sínek átlagos keménységének az eloszlása DGY

52 Ütőmunka Ütőmű max. ütési energiája: 150 J Próbatest alakja: U-bemetszésű szabványos (MSZ EN )

53 KU 150 (J) Ütőmunka Ütőmunka (J) 10,00 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 DGY 1984 DGY 1984 DGY 1984 DGY 1984 DGY 1984 átlag TZ 04 TZ 04 TZ 04 TZ 04 TZ 04 átlag DGY 1988 DGY 1988 DGY 1988 DGY 1988 DGY 1988 átlag DGY 1976 DGY 1976 DGY 1976 DGY 1976 DGY 1976 átlag DGY 1989 DGY 1989 DGY 1989 DGY 1989 DGY 1989 átlag

54 Összegző táblázat Anyag Szakítószilárdság Szakadási nyúlás Kontrakció HBW KU 150 (MPa) (%) (%) (J) DGY ,8 23, ,0 TZ ,1 21, ,3 DGY ,6 23, ,0 DGY ,1 33, ,0 DGY ,2 28, ,5 Előírások: MSZ EN szerint R m min. A min. Anyagminőség Hengerlési HBW jel EN (MPa) (%) UIC860-V Megfeleltethető minőség R nincs 700 MA1 R normál R =-- 900A MA2 kopásálló Előírások: MSZ szerint (1979-es szabv.) Szakítószilárdság kp/mm 2 (N/mm 2 ) Sín típus , felett ( ) ( ) (834 felett) Nyúlás legalább (%) 48 és

55 Sínek keresztmetszetében végzett keménységeloszlás vizsgálat

56 Felhasznált anyagok, alkalmazott technológiák A vizsgálat során felhasznált anyagok Vizsgálat során felhasznált eszközök: -CSM Micro Combi Tester 1. DGY TZ DGY DGY DGY 1976 Alkalmazott keménységmérési módszer: Oliver&Pharr - MSZ EN 6507 szabvány szerint, - szúrótest: Vickers V-F 53 indenter, - terhelőerő: 0,5 kp (4910mN) HV 0,5, - terhelési idő: 10 s.

57 Sínek keresztmetszében végzett keménységeloszlás vizsgálat Vizsgálati módszer: a. Mélységirányú keménységeloszlás a sínkoronára merőlegesen: 4 helyen, a felülettől 0,25 mm mélységből indulva, 6 mm mélységig. Mintavételezés: 0,25 mm b. Sínkorona keménységeloszlás vizsgálata a haladási irányra merőlegesen: a felület alatt 0,3 mélységben mérve a nyomtávsaroktól indulva a felülettel párhuzamosan Mintavételezés: 1 mm c. Sínkorona keménységeloszlása a Head-Check-es zónában a haladási iránnyal párhuzamosan: a felület alatt 0,3 és 0,8 mm mélységben mérve a nyomtávsaroktól indulva a felülettel párhuzamosan Mintavételezés: 1 mm

58 DGY 1984-jelű sín sínkoronára merőleges keménységeloszlása

59 Mikrokeménység (mhv) DGY 1984-jelű sín sínkorona keménységeloszlása a haladási irányra merőlegesen Nyomtávsaroktól mért távolság (mm)

60 Mikrokeménység (mhv) DGY 1984-jelű sín sínkorona keménységeloszlása a haladási iránnyal párhuzamosan ,3mm 330 0,8mm mérési pontok távolsága (mm)

61 mikrokeménység (mhv) TZ 04-jelű sín sínkorona keménységeloszlása a haladási irányra merőlegesen A nyomtávsaroktól a felület ívében mért távolság (mm)

62 DGY 1988-jelű sín sínkoronára merőleges keménységeloszlása

63 mikrokeménység (mhv) DGY 1988-jelű sín sínkorona keménységeloszlása a haladási irányra merőlegesen A nyomtávsaroktól a felület ívében mért távolság (mm)

64 DGY 1989-jelű sín sínkoronára merőleges keménységeloszlása

65 mikrokeménység (mhv) DGY 1989-jelű sín sínkorona keménységeloszlása a haladási irányra merőlegesen A nyomtávsaroktól a felület ívén mért távolság (mm)

66 DGY 1976-jelű sín sínkoronára merőleges keménységeloszlása Diósgyőri sínek átlagos keménységének az eloszlása

67 Metalográfiai vizsgálatok

68 Vizsgált anyagok, alkalmazott technológiák A vizsgálat során felhasznált anyagok 1. DGY TZ DGY DGY DGY 1976 Alkalmazott technológiák: A metallográfiai vizsgálathoz szükséges minták a futófelület alól kerültek kimunkálásra úgy, hogy a metszeti képen a Head Check jelenléte, illetve kristálydeformáció is jól kimutatható legyen. Zárványosság és repedésvizsgálat: Metallográfiai mitaelőkészítést követően csiszolás, majd 1 mikronos gyémántpasztával polírozás. Ezt követően fémmikroszkóp alatti anyagvizsgálat. Szövetszerkezet vizsgálata: A fenti mintaelőkészítést követően 2%-os Nitál oldatban 25 s-ig maratás, majd fémmikroszkóp alatti anyagvizsgálat.

69 Zárványosságvizsgálat TZ 04 DGY 1988 DGY szulfid jellegű elnyújtott zárványok DGY 1989 DGY 1976

70 Szövetszerkezet vizsgálat TZ 04 DGY 1988 DGY 1984 DGY 1989 DGY 1976

71 - közel azonos szemcseméretek - eltérő zárványosság Szövetszerkezet vizsgálat

72 Az alakváltozott zóna és repedés DGY 1984 b= 10 b 1 = 15 b 2 = ~7 Km= 0,56 mm Alakváltozott réteg vastagsága= ~ 0,5 mm

73 Az alakváltozott zóna és repedés TZ 04 b= b 1 = b 2 = Km= 0,6 0,7 mm Alakváltozott réteg vastagsága= ~0,6 mm

74 Az alakváltozott zóna és repedés DGY 1988 b= b 1 = b 2 = Km= ~1 mm Alakváltozott réteg vastagsága= ~0,6 mm

75 Az alakváltozott zóna és repedés Ebben a mintában nem voltak repedések. DGY 1989 b= b 1 = b 2 = Km= mm Alakváltozott réteg vastagsága= ~0,9 mm

76 Az alakváltozott zóna és repedés DGY 1976 b= b 1 = b 2 = Km= ~0,63 1,86 mm Alakváltozott réteg vastagsága= ~1 mm

77 Az alakváltozott zóna és repedés DGY 1976

78

79 Összefoglalás a sínek állapotáról

80 Vizsgálat megállapításai A vonal teljes hosszában terheltek az alábbi hibákkal Sínfej-repedezettség HC hibák, Lapulások, Kipattogzások, Nagymértékű kopások (magassági és oldalkopás); Korróziós károsodások, Deformáció illetve profilhiba.

81 Általános megállapítások A sín igénybevétel szempontjából számolni kell az aljzathibákkal, és az alátámasztási problémákkal. Ilyen helyeken a támaszköz megnövekedése miatt a sínek lehajlása nagy, tehát a terhelhetősége csökken. Erős sínkopás jelentősen csökkenti a terhelt keresztmetszet másodrendű nyomatékát, így akár egy nagyságrendű teherbírás csökkenést is okozhat. A törési vizsgálatok nagysebességű kamerás és termoviziós folyamatvizsgálatából megállapítható, hogy úgy a fejrepedezettség, mint a kipattogzásos hibák a repedés kiindulás helyei lehetnek, tehát bármelyik típusú hiba, okozhat törési kockázatot. A sín és kerék kölcsönös kapcsolata, kontaktusa, az elméleti profil és a megengedett kopások eredményeként, a kopás növekedésével folyamatosan kedvezőtlenebb kapcsolatot eredményez, növeli mindkét elem kopássebességét, így a romlás mértékével növekvően, emeli a karbantartási költségeket és rontja a közlekedés biztonságát, A kifáradási folyamat felgyorsulásában szerepet játszik a nagy magassági kopás és fejrepedezettség együttes jelenléte, valamint a megnövekedett támaszköz, ami aljzat- és rögzítési hibákból ered. A vizsgálati tapasztalatok alapján a hibák feltárása csak több módszer együttes alkalmazásával valósítható meg, egy folyamatosan működő fenntartási és karbantartási rendszer működtetésével.

82 Javaslatok A beépítendő sínminőség (szakítószilárdság, kopásállóság) kiválasztására nagyobb gondot kell fordítani! A kipattogzott felületű szakaszokon kísérleti speciális köszörülése A kerék sín kapcsolat részletes vizsgálata BKV-nál alkalmazott sínkopási előírások felülvizsgálatát a sín-kerék kapcsolat rendszerében. Azon sín alátámasztási hiányosságokat feltárása és megszüntetése törött Icosit kúp és / vagy alaplemez, kóboráram korrózió miatt anyagában megfogyott alaplemez és / vagy bordás alátétlemez, szétnyomódott gumi alátétlemez.

83 R= 1000 m november

84

85

86

87

88

89

90

91

92

93

94

95

96