AZ ÜZEMFENNTARTÁS ÁLTALÁNOS KÉRDÉSEI 1.02 5.21
Élettartamköltségek csökkentése vasúti váltók példáján Tárgyszavak: vasúti pálya; váltó; élettartam; élettartamköltség.
Az Európai Unióban kialakult nagyfokú mobilitás következtében növekvő igények várhatók a közlekedésben. Annak érdekében, hogy a vasút megtarthassa jelenlegi részarányát a közúti, légi és vízi szállítással szemben, növelnie kell teljesítőképességét, gyorsaságát, üzembiztonságát és minőségét. A személyvonatok sebessége egyre fokozódik és megközelíti a 300 km/h-t, a tehervonatok pedig 1500 t terheléssel közlekednek. Ez fokozott igénybevételt jelent a vasúti infrastruktúra számára. Az infrastruktúráért felelős szerveknek az a törekvése, hogy a növekvő igénybevételek ellenére csökkentsék a karbantartási költségeket és ezzel együtt az élettartamköltségeket (life-cycle costs – LCC) is. Az élettartamköltsége a beruházási költségekből, a fenntartási költségekből, majd az élettartam végén a felszámolási költségekből tevődik össze. A vasúti pálya elemei az 1. ábra szerint tagolhatók. Az élettartamköltségek 40%-át az értékcsökkenési leírás, 33%-át a karbantartás költségei jelentik.
A váltók élettartama Tapasztalatok szerint a felépítmény karbantartási ráfordításai a növekvő tengelysúllyal, a terhelések gyakoriságával és a sebesség fokozódásával együtt növekednek. A váltók különösen sok karbantartást igényelnek. A német vasúthálózatban a beépített 93 000 váltó közül évente 1600 szorul átépítésre vagy felújításra. A karbantartás célja hosszú élettartam, ezáltal kis leírási költségek elérése. Valamely váltó élettartama az igénybevétel mellett a váltó geometriai kialakításától, konstrukciójától, anyagától, a gyártás és beépítés módjától, a karbantartástól, az alépítménytől és a járművek műszaki megoldásaitól függ. Az élettartam során a berendezés teljesítménytartaléka folyamatosan felhasználódik (2. ábra). Jó minőségű berendezés és szakszerű beépítés után közvetlenül a teljesítménytartalék 100%-a megvan, majd a használat során
addig csökken, amíg valamilyen karbantartási művelet szükségessé nem válik. A karbantartás keretében a váltó egyes elemeit kicserélik vagy megjavítják. A karbantartás módja meghatározza, hogy a teljesítménytartalék felhasználódása milyen ütemben megy végbe. áramellátás
jelző- és távközlési rendszer
vasúti pálya
vasúti keresztezések vonali vágány felsővezeték
felépítmény
vágányzat
műtárgyak
váltóállító épületek
földművek
váltók
1. ábra A vasúti pálya elemeinek tagolása a váltó teljes kicserélése
teljesítménytartalék 100%
karbantartási intézkedések
teljesítménytartalék az infrastruktúra tönkremeneteléig
az infrastruktúra tönkremenetele
használati idő
2. ábra A teljesítménytartalék elhasználódásának folyamata
idő
Az üzemeltető felfogásától függ, hogy a teljesítménytartalékot teljes egészében vagy csak részben használják fel a váltónak új berendezéssel való kicseréléséig. Ideális esetben a váltók élettartama meghaladhatja a 20 évet, ha megfelelő karbantartást végeznek. A karbantartásnak nagy szerepe van az üzembiztonságban, a pálya rendelkezésre állásában és az élettartamban is. A váltók karbantartására egységes eljárást dolgoztak ki annak érdekében, hogy azok élettartama minél hosszabb, az élettartamköltségek pedig minél alacsonyabbak legyenek. Az élettartamköltségek csökkentésére több lehetőség van. Ezeket három intézkedéscsomagban foglalták össze. Első intézkedéscsomag: beépítés (I) Az első csomag a legkorszerűbb alkatrészek beépítését tartalmazza. A hagyományos elemekkel szemben új fejlesztésű elemek beépítésével az egész váltó hosszú élettartama érhető el. Az elemek kopása a használat során minimális, ennek eredménye nagy fokú rendelkezésre állás és kis javítási ráfordítás. Kopásálló anyagból készített váltónyelveket ritkábban kell cserélni, mint a hagyományosakat; ez jó hatással van a rendelkezésre állásra és a gyakori karbantartási munkák sem zavarják a közlekedést. A kopásálló váltónyelveken kívül még sok váltóelem készül innovatív technológiával; ezek kopása, elhasználódása minimálisra csökkenthető. Ezek közé tartoznak pl. a hidraulikus hajtások, reteszelések, görgők, rugalmas bordáslemezek stb. Mindezek szakszerű alkalmazásához ismerni kell ezek tulajdonságait.
Váltók távdiagnosztikája Második intézkedéscsomag: karbantartás (II) A második intézkedéscsomag lecsökkenti az üzem közbeni karbantartás költségeit. A szabályzat a vasúti pálya ellenőrzésének időközeit egyértelműen meghatározza. A fővonalakon – a megengedett legnagyobb sebességtől függően – a következők szerint határozzák meg az ellenőrzés időközeit: • 80 km/h maximális sebesség esetében – hathavonta; • 160 km/h maximális sebesség esetében – négyhavonta; • 160 km/h-nál nagyobb maximális sebesség – háromhavonta. A meghatározott időközökben való ellenőrzés mellett lehetőség van a váltók állapottól függő karbantartására. Ez lehetővé teszi, hogy a váltók tényleges állapotától függően rendeljék el a karbantartási műveleteket. A rendszer alapját a váltók diagnosztikája képezi, amelynek keretében a váltók jellemző pontjait különféle, érintkezés nélküli mérőeszközökkel on-line megfigyelik. Ha bármilyen hibát tapasztalnak, azonnal tájékoztatják a karbantartó szolgálatot. A távellenőrzés a következő funkciókra terjed ki:
• a váltónyelv pontos illeszkedése; • nyitott váltó esetében a nyelv és a sín közötti távolság mérése; • a váltóállítási erő mérése; • a váltónyelv torzulásának mérése; • a megnövekedett vagy lecsökkent holtmozgás érzékelése; • a kenési állapot vizsgálata a nyelvnél és a zárszerkezetnél; • az áramellátás ellenőrzése. Egyes rendszerek a váltó állapotát induktív érzékelőkkel és nyúlásmérő bélyegekkel mérik. Más rendszerek a váltóállítási áram erőssége és feszültsége alapján működnek. A mérési eredmények alapján meg lehet rajzolni az állapotváltozás trendvonalát, amiből a váltó elemeinek várható viselkedésére lehet következtetni. Meghatározott határértékek túllépése figyelmeztető jelzést vált ki. A diagnosztikai rendszer alkalmazása szükségtelenné teszi a rendszeres ellenőrző utakat. Ezenkívül megtakarítást jelent a munkaóra-ráfordítás és a kenőanyag-felhasználás csökkenése, valamint a kevesebb külső munka folytán a munkahelyi biztonság növekedése. Egy kísérleti szakaszon a meghatározott időközökben végzett karbantartást és a diagnosztikán alapuló távkarbantartást összhasonlították. A tapasztalat szerint távkarbantartás alkalmazásával a munkaóra-ráfordítás 80%-kal csökkent. A mérési adatok grafikus ábrázolásával a hibák nagy része előre jelezhető, így csökken a váratlan üzemzavarok száma, ami a vonatok közlekedésében súlyos zavarokat okozhat. A váltódiagnosztikai rendszer bevezetése mellett további lehetőségek vannak az élettartamköltségek csökkentésére. Így pl. megelőzhetők az egyes elemek anyagának kifáradására visszavezethető hibák. Bevezettek új sínköszörülési módszert, amelyekkel a szívdarabok élén jelentkező kopásokat ki lehet javítani, ezzel élettartamukat meg lehet növelni.
Váltócsere-műveletek Harmadik intézkedéscsomag: váltócsere (III) Ha a váltó műszaki élettartama lejárt, az egész berendezést ki kell cserélni. Ez gondos tervezést és szervezést igényel és a folyamatos vonatközlekedésben fennakadást okoz. Az eddig alkalmazott eljárásokat elemezve és értékelve dolgozták ki a harmadik intézkedéscsomagot, hogy időtartam és költség tekintetében optimális megoldást alkalmazhassanak. A munkák során a közeli pályák űrszelvényébe a lehető legkisebb mértékben szabad az építési gépekkel benyúlni. Költségmegtakarítás elsősorban a közlekedési korlátozások idejének lerövidítésével érhető el. Lényeges a váltók beépítésének minősége is, ami a hosszú élettartam egyik előfeltétele.
Több váltócsere-eljárást és a megvalósításhoz szükséges gépcsoportot vizsgáltak és hasonlítottak össze. A három leggyakrabban használt megoldás a következő: Vasúti forgódaruval és traverzzel való megoldás (EDK) jellemzői a következők: • Rövid felkészülési idő. • A szomszédos pálya forgalmát korlátozni kell. • A biztosítórendszer bekapcsolva maradhat. • A daru saját motorjával mozog a munkahelyen. • A beépítendő berendezést oldalról emelik be, ehhez a párhuzamos pályát veszik igénybe. • Az egész országban alkalmazható. • A váltó elemei max. 40 m hosszban és 39 t súllyal kezelhetők. • Alkalmazható szűk helyen, pl. alagútban, hídon is. Speciális váltószállító és beépítő géppel való megoldás (WETEG) jellemzői: • Portáldaru keretes emelőszerkezettel szűk helyen alkalmazható. • Rövid felkészülési idő szükséges. • A beépítő berendezés nagy pontosságú. • Csak előre szerelt váltókkal működik. • Saját hajtószerkezettel mozog a munkahelyen. • A párhuzamos pályán a közlekedés lehetséges (sebességkorlátozással). • A biztosítórendszert ki kell kapcsolni. • A váltó elemeit „fej felett” egy platós kocsiról lehet leemelni. • A berendezés 60 m hosszú és 60 t súlyú elemeket képes kezelni. Portáldarus berendezéssel végzett váltócsere (WM 500) jellemzői: • Kétutas portáldaru keretes emelőszerkezettel szűk helyen is használható. • Rövid felkészülési idő. • Nagy pontosságú szerelés. • Speciális szállítókocsira van szükség. • Mintegy 300 m hosszú pályaszakaszra van szükség • A biztosítórendszert ki kell kapcsolni. • A munkahelyen saját motorral mozog. • Teljesítmény: 45 m hosszú és 40 t súlyú elemek kezelésére alkalmas. A rendszereket több szempontból hasonlították össze (3. ábra). Az öszszehasonlítás szempontjai a költségek mellett a minőség, az építési idő, a logisztikai feltételek, térbeli viszonyok voltak.
fő kritérium: közlekedéskorlátozási költségek
forgalom korlátozása a párhuzamos vágányon
vonat kiesése vagy átirányítása
forgalomlassítás: 70 v 90 km/h-ra
kevés lassítási szakasz
rövid időtartamú vágányzár
kis számú érintett pálya
EDK
70 km/h
részben alkalmas
részben alkalmas
részben alkalmas
WM
90 km/h
teljesen alkalmas
részben alkalmas
teljesen alkalmas
WETEG
90 km/h
teljesen alkalmas
teljesen alkalmas
teljesen alkalmas
gépesítés
3. ábra Váltóátépítési módszerek összehasonlítása
Váltóbeépítési munkák A gyakorlatban négyféle beépítési munkafolyamatot alkalmaznak. Kis terhelésű vonalakon a váltót darabonként fektetik a kavicságyra és itt szerelik össze a darabokat (1. változat).A másik módszer szerint a váltót egy sík helyen előszerelik, aztán valamilyen emelő/szállító berendezéssel a beépítés helyére viszik. Ez a legelterjedtebb módszer, amelyet Németországban a leggyakrabban alkalmaznak (2. változat). A harmadik megoldási változat jelenleg van kipróbálás alatt: a váltó egyes előszerelt részeit a gyárból „just-in-time” szállítják a helyszínre. Megkülönböztetnek megosztás nélküli hosszaljas eljárást (3. változat) és osztott hosszaljas eljárást (4. változat). Hogy az eljárások közül melyiket választják, az a technológiai felkészültségtől és a helyi feltételektől függ. A pontos és anyagkímélő munka mellett nagyon fontos szempont a forgalom korlátozásának időtartama az adott pályán és a szomszédos vágányokon. A beépítés minősége nagymértékben függ a munkatársak képzettségétől, hasonló munkában való tapasztalataitól. Az egyes változatok előnyeit és hátrányait az 1. táblázat foglalja össze. Ezeken kívül az eljárás kiválasztásánál figyelembe kell venni a helyi feltételeket, pl.: • a korlátozott építési területet pl. hidakon, alagutakban; • zajokat, amennyiben a munkaterület lakóépületek közelében van; • az áramellátást, mivel ha a felsővezetéket le kell szerelni, ez sok esetben problémát okoz a szomszédos vágányok áramellátásában is; • a világítást, azaz hogy a munkaterület megfelelően meg van-e világítva helyileg vagy a munkagépek lámpáival.
1. táblázat Vágányátépítési eljárások összehasonlítása: előnyök ☺ és hátrányok 1. változat
3. változat
4. változat
Több éve bevált eljárás
Szállítás az elterjedt Teljes váltó platós kocsikkal beépítése egyben
Rendelkezésre áll a szükséges know-how
Fővonal beépítése lehetséges
Előnyök
☺
2. változat
A váltónyelv és a hajtás külön-külön kiemelése
Előszerelés és a váltó funkcióegységeinek kiemelése.
A nyelv jó minősége Jó minőségű szállítás és beépítés Meghatározott teljesítmény
A szállítástól való függőség Nagy fokú munkabiztonság
Hátrányok
Portáldaruval való kombináció előnyös. A váltó egyes elemei a vasúti kocsiról közvetlenül felvehetők Megfelelő szerelőhely szükséges
A hajtást a szállítás- Speciális szállítóeszközt kell hoz le kell szerelni biztosítani és a helyszínen vissza kell szerelni
Sok beszállító tevékenységét kell koordinálni
Az összeszereléshez Költségelszámolási probléma többletidő szükséges
Időjárás hatása
Jelenleg nincsenek munkautasítások
Vágányzár a rakodási időre
Az eljárás még kipróbálás alatt van
A gépek számára másik vágány szükséges A gyors munka miatt romlik a munkabiztonság Kedvezőtlen szerelési feltételek, romlik a minőség Nagyobb időigény A váltónyelvet külön kell megrendelni
A váltók átépítése szinte minden esetben egyedi körülmények között megy végbe. Ezeket kell az előnyökkel és hátrányokkal összevetve, a költségeket és a minőséget szem előtt tartva a legalkalmasabb megoldást kiválasztani. Az egyes eljárások összehasonlításából a következő megállapításokat lehet tenni:
Az EDK géprendszerrel való váltóátépítés mindenhol alkalmazható és gazdaságos. Alkalmazásával jó beépítési minőség érhető el. Nagy súlyú elemek beemelését azonban a berendezés teherbírása korlátozza. A WM 500 géprendszerrel, különösen ha egy második portáldarut is alkalmaznak, több váltó egymást követő átépítése folyamatosan végezhető. Az emelési kapacitás a nagy vonatsebességre kialakított váltókhoz is megfelel. A beépítés jó minősége érhető el. A WETEG géprendszer alkalmas nagy terhelésű váltók átépítéséhez. Előnye, hogy a főirányt a munkálatok közben rövid időre szabaddá lehet tenni. Az elérhető minőség nagyon jó.
A fenntartási intézkedések hatása az élettartamra A váltók életciklusa a beépítéssel kezdődik. Új vonal építésekor a forgalomkorlátozás nem játszik szerepet. Az első beépítés ma többe kerül, mint korábban, hagyományos kivitelű váltók beépítése esetében, mivel drágább kopásálló elemek kerülnek beépítésre. Költségkülönbözet jelentkezik a második intézkedéscsomag, azaz a karbantartás terén is. Nagy költséget jelent a váltó kicserélése az élettartam végén, ahol a harmadik intézkedéscsomag szerint kell eljárni. ∆ költség III
életciklusköltségek
váltócsere költsége
új építés költsége
∆ költség II
helyreállítás költsége
hasznos élettartam
hagyományos váltószerkezet karbantartási költsége
hasznos élettartam ∆ hasznos élettartam I
korszerű váltószerkezet karbantartási költsége
4. ábra Hagyományos és korszerű váltó élettartamköltségeinek összehasonlítása
Az élettartamköltségekre gyakorolt hatást a 4. ábra mutatja. Az új előírásoknak megfelelő, jobb minőségű váltók jelentős megtakarításhoz vezetnek. A vasúti hálózat fenntartása költséges tevékenység, amit a használati díjak nem minden esetben fedeznek. A nagyobb terhelésnek és a nagyobb vonatsebességnek megfelelően az üzemeltetőknek jobb minőségű elemeket kell beépíteniük. Az új szerkezeti elemek mellett új, diagnosztikán alapuló karbantartási megoldásokat is alkalmaznak, amit az utóbbi időben kifejlesztett érzékelők tesznek lehetővé. Ezekkel az intézkedésekkel az élettartam során felmerülő költségek optimálhatók. (Dr. Garai Tamás) Schilling, R.; Lücking, L.: Senkung von Lebenscykluskosten. = EI Eisenbahn Ingenieur, 54. k. 5. sz. 2003. p. 58–72. Ripke, B.: Ziele der LCC Berechnung für die Fahrbahn der DB AG. = Der Eisenbahningenieur, 51. k. 12. sz. 2000. p. 18–20.
