Kolejowe pojazdy pomiarowe 3

Transkrypt

1 Dorota Błaszkiewicz 1 Politechnika Krakowska Małgorzata Urbanek 2 Politechnika Krakowska Kolejowe pojazdy pomiarowe 3 Wprowadzenie Ciągła eksploatacja torów kolejowych prowadzi do ich degradacji. Brak odpowiedniego utrzymania torów wpływa negatywnie na ich eksploatację: obniżenie prędkości, obniżenie bezpieczeństwa prowadzenia ruchu kolejowego, zmniejszenie spokojności jazdy, zwiększoną degradację kruszywa oraz podtorza kolejowego, zwiększone oddziaływanie dynamiczne na otaczającą zabudowę. W chwili obecnej w sieci PKP PLK S.A. jest ok km torów o bardzo różnym stanie technicznym. Zakład się, że 43% eksploatowanych w Polsce torów posiada stan techniczny oceniony jako dobry, 30% na zadowalający, natomiast aż 27% oceniono na niezadowalający. W celu określenia stanu technicznego torów, a co się z tym wiąże, konieczności prowadzenia prac naprawczych niezbędne jest wykonanie pomiarów diagnostycznych. Pomiary te pozwolą na określenie stanu obecnego, a co za tym idzie zapobieganiu negatywnych oddziaływaniom związanym z dalszą eksploatacją[2]. Wszystkie linie kolejowe, zarówno nowo budowane jak i modernizowane muszą spełniać wymagania wielu norm. Aktualnie obowiązującym dokumentem dotyczącym diagnostyki nawierzchni kolejowej na terenie linii PKP Polskie Linie Kolejowe S.A., jest Instrukcja diagnostyki nawierzchni kolejowej Id-8. Zgodnie z tym dokumentem diagnostyka jest to całokształt metod i środków służących do określania wartości parametrów eksploatacyjnych elementów nawierzchni wynikających z ich aktualnego stanu technicznego, oraz do prognozowania zmian tego stanu z uwagi na warunki eksploatacyjne w różnych horyzontach czasowych [3]. W celu przeprowadzenia procesu diagnostyki nawierzchni kolejowej, wszystkie badania i procedury muszą zostać odpowiednio przygotowane i zaplanowane. Cały proces diagnostyki nawierzchni kolejowej w pierwszym etapie obejmuje: oględziny, badania i pomiary. Kolejny etap związany jest z przeanalizowaniem, oceną i odpowiednią interpretacją uzyskanych wyników pomiarów. Po opracowaniu wniosków należy przedstawić zalecenia eksploatacyjne i utrzymaniowe, a uzyskane wyniki pomiarów powinny być zarejestrowane i zarchiwizowane. Badania diagnostyczne przeprowadzane są w celu bezpośredniego lub pośredniego ustalenia, w określonych miejscach toru, wartości takich parametrów jak: dopuszczalna prędkość, dopuszczalny nacisk osi, skrajnia budowli oraz dopuszczalna masa pociągów. Na podstawie wyników badań diagnostycznych może zostać podjęta decyzja w zakresie: konieczności wprowadzenia zmiany parametrów techniczno eksploatacyjnych, tj. przekwalifikowanie toru do innej klasy, określenia rodzaju, zakresu oraz miejsca przeprowadzenia napraw, zmiany zakresu i terminów kolejnych badań diagnostycznych jak również, w przypadku gdy uzyskane wyniki badań nie przekraczają wartości granicznych, decyzji o pozostawieniu toru w dotychczasowej klasie. Określenie aktualnego stanu nawierzchni kolejowej wykonywane jest na podstawie takich pomiarów jak: szerokość toru, różnica wysokości toków szynowych, wichrowatość toru, nierówności poziomych 1 Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki, Wydział Inżynierii Lądowej, Instytut Inżynierii Drogowej i Kolejowej, Katedra Infrastruktury Transportu szynowego i Lotniczego, Tel: , dorotablaszkiewicz@gmail.com 2 Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki, Wydział Inżynierii Lądowej, Instytut Inżynierii Drogowej i Kolejowej, Katedra Infrastruktury Transportu szynowego i Lotniczego, Tel: , malgorzataurbanek@gmail.com 3 Artykuł recenzowany. 985

2 toków szynowych a także nierówności pionowych toków szynowych. Podczas pomiarów należy również określić wartość syntetycznego wskaźnika stanu toru J. Niektóre linie kolejowe mogą wymagać wykonania dodatkowych pomiarów takich jak: położenie toru w odniesieniu do znaków regulacji osi toru, wartość przesunięć toków szynowych w stosunku do punktów stałych dla toru bezstykowego, oraz określenie wartości luzów w stykach dla toru klasycznego [4]. Szczególnie istotnym parametrem jest tu syntetyczny wskaźnik jakości toru J, który jest obiektywną oceną stanu toru. Wskaźnik ten jest niezależny od dopuszczalnej prędkości jazdy pociągu na danej linii. Wartość wskaźnika nie jest odczytywana wprost z pomiarów, jest on obliczany na podstawie odchyleń standardowych poszczególnych parametrów nawierzchni. Wskaźnik jakości toru oblicza się według następującego wzoru: gdzie: Sz odchylenie standardowe nierówności pionowych Sy odchylenie standardowe nierówności poziomych Sp odchylenie standardowe wichrowatości toru Se odchylenie standardowe szerokości toru, (1) Do przeprowadzenia odpowiedniego procesu diagnostyki na sieci PKP PLK wykorzystywane są specjalistyczne sprzęty przystosowane do wyznaczenia poszczególnych parametrów. Ocena stanu technicznego infrastruktury kolejowej, odpowiednie jej utrzymanie i zapewnienie bezpieczeństwa jest podstawowym zadaniem Centrum Diagnostyki Polskich Linii Kolejowych. Jedno z ich najnowszych urządzeń to pojazd wyposażony w bezdotykowy, laserowy system pomiarowy. Miejsca badań wyznacza zamontowany system nawigacji GPS. Wyszkoleni pracownicy Centrum Diagnostyki, z wykorzystaniem specjalistycznego sprzętu oraz specjalnej aparatury w sposób ciągły monitorują stan techniczny torów kolejowych, między innymi poprzez sprawdzenie między innymi czy w szynach nie powstały wady, czy nie doszło do odkształceń, diagnozują też stan rozjazdów, miejsca połączeń szyn i skrajnie budowli kolejowych. Dane uzyskiwane z pomiarów wykorzystuje się przede wszystkim do planowania remontów i modernizacji poszczególnych odcinków linii kolejowych. Badania te zapewniają wzrost bezpieczeństwa na sieci infrastruktury PKP PLK. Centrum Diagnostyki PKP Polskich Linii Kolejowych S.A., czuwa nad bezpieczeństwem transportu kolejowego kontrolując i analizując stan techniczny infrastruktury kolejowej w czterech obszarach: pomiary diagnostyczne nawierzchni (geometria torów) i elementów infrastruktury drogi kolejowej (skrajnia budowli), pomiary profilu poprzecznego i podłużnego szyn dla potrzeb kwalifikacji szyn do reprofilacji i odbioru robót regeneracyjnych, badania defektoskopowe nawierzchni kolejowej (szukanie i ujawnianie wad i uszkodzeń powierzchniowych i wewnętrznych tej nawierzchni - szyny i elementy rozjazdów, złącza szynowe), diagnostyka funkcjonalna urządzeń automatyki poprzez symulacje stanów awaryjnych taboru spawalnictwo szyn i rozjazdów nadzór, kontrola i ocena wykonywanych złączy szynowych, oraz badania terenowe i laboratoryjne jakości połączeń, odbioru elementów nawierzchni kolejowej o wymaganej jakości, przeznaczonych do zabudowy w infrastrukturę kolejową [5]. 986

3 Cel pracy W pracy dokonano syntetycznego zestawienia urządzeń i pojazdów pomiarowych wykorzystywanych na PKP PLK do diagnostyki stanu nawierzchni kolejowej. Opisano kolejne parametry jakie są mierzone przy użyciu poszczególnych urządzeń oraz sposób interpretacji uzyskanych informacji. Kolejowe pojazdy pomiarowe Sprzęt nowej generacji wyposażony jest w ciągłą rejestrację pracy, lokalizuje miejsca pomiaru zarówno w systemie kilometracji linii jak i w systemie nawigacji satelitarnej GPS, jest też wyposażony w nowe techniki obrazowania i kwalifikacji wad i defektów szynowych [5]. Wyposażenie najnowszych pojazdów pomiarowych zapewnia optyczny, laserowy pomiar geometrii toru i szyny, wideo inspekcję, skaning elementów infrastruktury, pomiar parametrów sieci trakcyjnej, pomiar przyspieszeń na maźnicach (oddziaływanie dynamiczne), pomiar torowych urządzeń oddziaływania pociągu. Pojazd będzie mógł prowadzić badania z prędkością 160 km/h przez całą dobę, również w porze nocnej, niezależnie od warunków atmosferycznych. Pojazdy zapewniają dużą sprawność realizacji pomiarów infrastruktury, wysoką trwałość i niezawodność, a także niskie koszty eksploatacji, minimalizację negatywnych wpływów na środowisko, dobry komfort pracy i wypoczynek załogi. Nie zakłócają również pracy urządzeń infrastruktury kolejowej. W tych pojazdach jest możliwa wstępna obróbka danych. Niezawodność systemu pomiarowego oszacowano na co najmniej 10 lat. Starsze urządzenia takie jak drezyny pomiarowe również służą do pomiarów parametrów geometrycznych toru. Są to samojezdne maszyny wyposażone w dodatkowy wózek do pomiaru szerokości toru, nierówności poziomych (strzałek w łukach), nierówności pionowych i różnicy wysokości toków szynowych (przechyłki w łukach) wraz z rejestracją prędkości. Na podstawie parametrów pomierzonych przez komputer takiej drezyny pomiarowej, wyznacza się min. Wichrowatość toru a następnie wyznacza syntetyczny wskaźnik jakości toru J, opisany wyżej. Po przejeździe drezyny, wyniki pomiarów są edytowane w postaci wykresu n taśmie o szerokości 297 mm i w postaci tablic poszczególnych klas usterek z podaniem ich lokalizacji. Maksymalna prędkość pomiarowa drezyn stosowanych w Polsce wynosi 120 km/h, jednak w praktyce prędkości te są nico mniejsze. Przykładem tego typu maszyny jest drezyna typu jest drezyna typu EM-12 produkcji firmy Plasser & Theurer przedstawiona na poniższym rysunku. Rys. 1. Drezyna pomiarowa typu EM-120. Źródło: Kolejnym typem pojazdów pomiarowych są pojazdy służące do pomiaru skrajni budowli. Przykładem tego typu urządzenia jest pojazd typu UPS-80. Jest on wyposażony w system profilomierza laserowego i system fotogrametryczny oraz dedykowane oprogramowanie do przetwarzania i raportowania wyników pomiarów. Pomiar skrajni wykonywany jest podczas jazdy Prawidłowo wykonany pomiar inwentaryzuje skrajnie budowli, następnie odpowiednio przeprowadzona analiza i ocena pozwalają zarządcy 987

4 infrastruktury transportu szynowego podjąć decyzję w stosunku do elementów infrastruktury. Na rysunku poniżej pokazano pojazd typu UPS-80, oraz przykładowy wynik pomiaru maszyną tego typu. Rys. 2. Pojazd pomiarowy typu UPS-80. Źródło: Kolejowe urządzenia pomiarowe Oprócz samojezdnych pojazdów pomiarowych, w procesie diagnostyki nawierzchni kolejowej można wykorzystać również mniejsze, wymagające obsługi przez operatora urządzenia pomiarowe. Takie urządzenia znajdują zastosowanie np. w przypadku pomiarów powykonawczych. Przykładem urządzenia pomiarowego stosowanego na liniach PKP PLK, wykorzystywanych podczas procesu diagnostyki nawierzchni kolejowej jest urządzenie typu SKORPION optyczny system pomiaru profili szyn i rozjazdów. Urządzenie składa się z ramy nośnej, stanowiącej sztywną belkę odniesienia, laserowej głowicy pomiarowej, pozwalającej na pomiary kształtu mierzonego obiektu oraz układu napędowego pozwalającego na automatyczny przejazd głowicy nad badanym obiektem. Wynikiem pomiaru jest model 3D mierzonego obiektu, czyli dokładne odwzorowanie obiektu zarówno w kierunku poprzecznym jak i podłużnym [6]. Drugim typem tego rodzaju urządzeń są wszelkiego rodzaju toromierze służące do pomiaru geometrii toru. Nowocześniejsze urządzenia pozwalają na wykonanie szybkiego i dokładnego pomiaru profilu główki szyny co 0,5m. Operator, obsługujący urządzenie, widzi na wyświetlaczu mierzone wartości prześwitu toru, przechyłki, a także bieżącą wartość kilometrażu. Aktualnie coraz bardziej popularne stają się toromierze elektryczne. Taki toromierz wyposażony jest w oprogramowanie przeznaczone do prezentacji wyników pomiarów w sposób zbliżony do wyników uzyskanych z drezyny pomiarowej. W czasie pomiaru, operator może obserwować mierzone wartości szerokości toru, przechyłki oraz aktualny kilometraż na wyświetlaczu. Na rysunku nr 3 przedstawiono przykład nowoczesnego toromierza wraz z uzyskanymi danymi. Rys. 3. Toromierz. Źródło: 988

5 Streszczenie W pracy opisano proces diagnostyki nawierzchni kolejowej, sposoby jego przeprowadzania oraz parametry jakie należy określić w trakcie tego procesu. Opisano nowoczesne urządzenia i pojazdy pomiarowe wykorzystywane na drogach kolejowych. Wskazano najważniejsze parametry jakimi należy się kierować przy określaniu stanu technicznego nawierzchni, oraz opisano dokładny sposób ich pomiaru i interpretacji. Słowa kluczowe: pojazd pomiarowy, drezyna pomiarowa, bezpieczeństwo eksploatacji, stan toru, geometria toru, skrajnia budowli Abstract Measurement railway vehicles This paper describes the diagnostics process of railway tracks, the ways of conducting and parameters to be set during this process. Described modern measuring of appliances and vehicles used on the railway. It identifies the main parameters which should be followed in determining the technical condition of the road surface, and describes precise measurement methods and interpretation. Key words: measurement vehicle, trolley measuring operational safety, the state of the track, track geometry, structure gauge. LITERATURA / BIBLIOGRAPHY [1]. Stach M., Piekarz M., Nowoczesne urządzenia w pomiarach dróg kolejowych, Problemy Kolejnictwa, Zeszyt 148. [2]. Błaszkiewicz D., Chudyba Ł., Diagnostyka stanu nawierzchni kolejowej na przykładzie linii CMK w torze nr 1, km do [3]. Instrukcja diagnostyki nawierzchni kolejowej Id-8, Warszawa [4]. Warunki techniczne utrzymania nawierzchni na liniach kolejowych Id-1, Warszawa [5]. Siemieniec M., Informacja prasowa, PKP PLK Polskie Linie Kolejowe, Warszawa [6]