MÉRNÖKI MÓDSZEREK III.

1. BSC KÉPZÉS MÉRNÖKI MÓDSZEREK III. 7. téma SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM Dr. Horvát Ferenc főiskolai tanár

2. 1. AZ ÁLLAPOTFÜGGŐ VASÚTI PÁLYAKARBANTARTÁS 1.1. Az állapotfüggő vasúti pályakarbantartási rendszerről általában A létesítmény műszaki állapotából, állapotának változásából indul ki és csak akkor, ott és annyit munkáltat, amikor, ahol és amennyi szükséges, biztosítva a megkívánt szolgáltatási színvonalat és a biztonságot. Az elhasználódás (a romlás) folyamatát nem szünteti meg, de lelassítja és kezelhetővé teszi. A vasúti pálya elméleti romlási törvénye C = a vágány állapotjellemzője Co = a kiindulási állapot jellemzője  = romlási ráta m = átgördült elegymennyiség v = járművek sebessége

3. 1. AZ ÁLLAPOTFÜGGŐ VASÚTI PÁLYAKARBANTARTÁS A fenntartási munka állapotjavító hatása A görbe egy mv2 értékkel jobbra tolódott. A romlási folyamat jellege nem változott, de a pályán nagyobb elegytonna mennyiség haladhat át, addig, amíg a pálya ugyanazt a C értékkel jellemzett romlottsági állapotot eléri. Tehát az eredményes fenntartási munkának gazdasági értéke van.

4. 1. AZ ÁLLAPOTFÜGGŐ VASÚTI PÁLYAKARBANTARTÁS 1.2. Vontatási energia és vágányállapot A vasúti vágányon végiggördülő szerelvény vontatásához munkát kell végezni a fellépő ellenállásokkal szemben: jó geometriájú vágány  a gördüléssel szemben fellépő ellenállások kisebbek rossz geometriájú vágány  a szerelvények továbbításához a nagyobb munkavég- zés miatt több energia felhasználása szükséges. A szerelvény energiájának egy része a vágány (vasúti pálya) állapotának rontására fordítódik: jobb geometriájú vágány  rosszabb geometriájú vágány.

5. 1. AZ ÁLLAPOTFÜGGŐ VASÚTI PÁLYAKARBANTARTÁS Felmerülő kérdések: - mekkora a rossz geometriai állapotú vágányon történő vontatáshoz szükséges többletener- gianagysága, - hogyan tudunk számszerű összefüggést teremteni a vágány geometriai állapota és a vonta- tási energiafelhasználás között, - mekkora energiacsökkentésnek lenne már gazdasági jelentősége vasúthálózati méretben, - mekkora az igen költségigényes FKG szabályozás hatékonysága, - megteremthető-e egy olyan pályagazdálkodási rendszer, amely az állapot, a szabályozások és a vontatási energia egységes szemléletű kezelésén alapul?

6. 1. AZ ÁLLAPOTFÜGGŐ VASÚTI PÁLYAKARBANTARTÁS 1.3. A vágánygeometria állapotának leírása Az FMK-004 mérő- kocsi mérési elve

7. 1. AZ ÁLLAPOTFÜGGŐ VASÚTI PÁLYAKARBANTARTÁS A geometriai mérőszámok kiszámítása: SÜPPEDÉS IRÁNY SÍKTORZULÁS A geometriai minősítőszám kiszámítása:

8. 2. A VÁGÁNY GEOMETRIAI ÁLLAPOTA ÉS A VONTATÁSI ENERGIA A vontatási teljesítmények alakulása vontatási nemenként 1997-2001 között

9. 2. A VÁGÁNY GEOMETRIAI ÁLLAPOTA ÉS A VONTATÁSI ENERGIA A vontatási nemek teljesítményei részarányának alakulása 1997-2001 között

10. 2. A VÁGÁNY GEOMETRIAI ÁLLAPOTA ÉS A VONTATÁSI ENERGIA 2.1. A villamosvontatási energia meghatározása mérés által Mérőszerelvény: V46 sor. mozdony + FKI vontatási mérőkocsi + 8 db Faccps (zúzottkővel megrakott) teher- kocsi

11. 2. A VÁGÁNY GEOMETRIAI ÁLLAPOTA ÉS A VONTATÁSI ENERGIA Megfelelő mérőszakaszok: - ahol a pálya geometriai viszonyainak hatása elhanyagolható (vízszintes és egyenes pálya) vagy jól kiszűrhető (pontosan ismert emelkedési és ívadatok), - a vágány geometriai állapota nem azonos teljes hosszban. Összesen 24 mérőmenet, V = 20 – 40 – 60 km/h sebességgel végrehajtva. A mérési adatrögzítés időben folyamatosan változó jelei: - mozdony primer áramerősség és feszültség, - a hajtómotorokon az áramerősség és a feszültség.

12. 2. A VÁGÁNY GEOMETRIAI ÁLLAPOTA ÉS A VONTATÁSI ENERGIA Az adatfeldolgozás lépései: 1. A mérővonat továbbítása során felhasznált vontatási energia meghatározása vontatómotor mért áramerősség és feszültségadatai  pillanatnyi kerületi teljesítmények  időegységenkénti energiafelhasználás 2. A járulékos ellenállások okozta energiaigény kiszámítása emelkedők és ívek hatása  a sík, illetve a sík és egyenes pályára redukált vontatási energia számítása 3. A mérővonat fajlagos ellenállásának meghatározása adott tömegű vonat s úton, (vízszintes és egyenes pályán történő) állandó sebességgel való továbbításához felhasznált vontatási energia teljes egészében az alapellenállások okozta ellenállási erő s úton végzett Ws munkájával egyenlő

13. 2. A VÁGÁNY GEOMETRIAI ÁLLAPOTA ÉS A VONTATÁSI ENERGIA A vontatási, valamint az emelkedő és az ív legyőzéséhez szükséges energia alakulása a Környe – Oroszlány vonalon (V = 40 km/h mérési sebesség)

14. 2. A VÁGÁNY GEOMETRIAI ÁLLAPOTA ÉS A VONTATÁSI ENERGIA Feltételezzük: - az azonos minőségű pályaszakaszon, azonos sebességgel végrehajtott vontatások során az ellenállások összege közel állandó, - az eltérő minőségű pályaszakaszokon végrehajtott azonos sebességű menetek adatai segít- ségével jellemezhetjük a SAD – fajlagos ellenállás összefüggést. SAD – fajlagos ellenállás összefüggés V = 40 km/h sebességű mérőmenetek esetében Összefüggés:  = 0,0028SAD + 1,0628 Az egyenes iránytangense (0,0028)  100 SAD értékű feltételezett pályaromlás kerekítve 0,3 N/kN fajlagos ellenállás növekedést okoz, amit úgy is értelmezhetünk, mintha a pálya emelkedője 0,3 ‰értékkel nőtt volna.

15. 2. A VÁGÁNY GEOMETRIAI ÁLLAPOTA ÉS A VONTATÁSI ENERGIA 2.2. A villamosvontatási energia meghatározása energiatablók alapján A vizsgált pályaállapot-mérési időpontokhoz rendelve, az idő függvényében a teljes Bp – Hegyeshalom vonalhosszra kiszámítható volt a SAD átlagszám változása és a mozdonysorozatonkénti fajlagos energiafelhasználás. Az eredmények alapján az alábbi általános megállapítások tehetők: a) A SAD átlagértékek azonos szinten tartása, esetleg kis mértékű emelkedése nem jelent számottevő változást az energiafelhasználásban. b) A SAD átlagértékek nagymértékű növekedésének hatására minden mozdonytípus energia elhasználásának növekedése figyelhető meg.

16. 2. A VÁGÁNY GEOMETRIAI ÁLLAPOTA ÉS A VONTATÁSI ENERGIA A SAD értékek és a fajlagos energiafelhasználás mozdonysorozatonkénti változásai a Budapest – Hegyeshalom fővonalon, az 1997 – 2000. években

17. 2. A VÁGÁNY GEOMETRIAI ÁLLAPOTA ÉS A VONTATÁSI ENERGIA A fajlagos energiafelhasználás alakulása a pálya geometriai állapotát jellemző SAD számok függvényében, mozdonysorozatonként és vonattípusonként a Budapest – Hegyeshalom vonal teljes hosszára

18. 2. A VÁGÁNY GEOMETRIAI ÁLLAPOTA ÉS A VONTATÁSI ENERGIA 1. ADATGYŰJTÉS- Pályaminőségről- Vontatási energiafelhasználásról- Bekerülési költségekről- Teljesítményekről

19. 2. A VÁGÁNY GEOMETRIAI ÁLLAPOTA ÉS A VONTATÁSI ENERGIA 2. ADATFELDOLGOZÁS 2.1. Pályaromlás vizsgálata, romlási egyenlet meghatározása Romlásvizsgálati táblázat

20. 2. A VÁGÁNY GEOMETRIAI ÁLLAPOTA ÉS A VONTATÁSI ENERGIA Romlási görbék SAD X nap/év

21. 2. A VÁGÁNY GEOMETRIAI ÁLLAPOTA ÉS A VONTATÁSI ENERGIA 2.2. Az FKG munkáltatás hatékonyság vizsgálata Az FKG hatékonyság értelmezése A alakszám és SAD alapján

22. 2. A VÁGÁNY GEOMETRIAI ÁLLAPOTA ÉS A VONTATÁSI ENERGIA

23. FKG hat FKG hat á á s a szab s a szab á á lyozott hossz lyozott hossz Ter Ter é é z z f f ü ü ggv ggv é é ny ny é é ben ben FKG hat FKG hat á á s s Hatvan Hatvan Miskolc Miskolc - - jav jav í í t t á á s s Ferencv Ferencv á á ros ros Szolnok Szolnok % % Kis Kis ú ú jsz jsz á á ll ll á á s s Debrecen Debrecen 20 20 Veszpr Veszpr é é m m 15 15 y = 11,3 y = 11,3 - - 3,93 3,93 ln ln x x 10 10 y = 3,7 + 3,66 x y = 3,7 + 3,66 x 5 5 szab szab á á lyozott hossz x % lyozott hossz x % 0 0 50 50 80 80 90 90 10 10 30 30 40 40 60 60 70 70 20 20 5 5 10 10 15 15 20 20 + roml + roml á á s % s % 2. A VÁGÁNY GEOMETRIAI ÁLLAPOTA ÉS A VONTATÁSI ENERGIA

24. 2. A VÁGÁNY GEOMETRIAI ÁLLAPOTA ÉS A VONTATÁSI ENERGIA 2.3. Pályaminőség  vontatási energia időbeni vizsgálata Fajlagos vontatási energiák az idő függvényében

25. 2. A VÁGÁNY GEOMETRIAI ÁLLAPOTA ÉS A VONTATÁSI ENERGIA 2.4. Időben és térben összetartozó SAD minősítőszám és fajlagos vontatási energia összefüggés vizsgálata Személyszállítási energiafelhasználások és pályaállapotok összefüggése Fajlagos energia [kWó/100etkm] V43 személy V43 személy E = 0,94e0,0082SAD r = 0,96 ÖBB gyors SAD SAD Fajlagos vontatási energia - SAD összefüggések összefoglaló ábrája

26. 2. A VÁGÁNY GEOMETRIAI ÁLLAPOTA ÉS A VONTATÁSI ENERGIA 3. Karbantartástervezés a vontatási energia és pályaállapot összefüggésre alapozott becsült költségek alapján

27. költségtöbblet /mill. Ft/ SAD 395,47 400 400 Romlás-és költség görbék 324 300 300 277 257,99 256,74 250 250 SAD romlásgörbe 230 228 35 201 200 200 romlásgörbe FKG 191 193 hatására 30 181 27 171 167 67,5 158 159,18 64,16 25 150 150 154 24 142 157,45 134 Kltgs megtakarítás FKG 59,0 hatására /pl:67,50mill.Ft/ 84,6 100 Vont. energia 100 91,85 kltsgtöbblet vonala 43,0 Kltgs megtakarítás vonala 34,18 28,84 64,16 59,0 17,2 50 50 43,0 44,86 28,84 FKG költségek 8,6 0 évek 2006 1997 2002 2004 2008 1998 2000 2. A VÁGÁNY GEOMETRIAI ÁLLAPOTA ÉS A VONTATÁSI ENERGIA 4. A számítás lépései Költségtöbblet (millió Ft) SAD Romlás és költséggörbék Romlás és költséggörbék romlásgörbe (FKG-k után) SAD romlásgörbe költségmegtakarítás FKG munkák hatására vont. energia költségtöbblet vont. energia költségtöbblet FKG-k után évek Romlási- és költséggörbék az idő függvényében

28. 2. A VÁGÁNY GEOMETRIAI ÁLLAPOTA ÉS A VONTATÁSI ENERGIA 1. Becsült SAD számok előállítása az (Romlásvizsgálat) romlási egyenletből. 2. Vontatási villamos energia egységárai vá [Ft/kWh] 3. A fajlagos vontatási energiatöbblet w [kWh/100etkm]/1SAD (E fajlagos energia = A + B·xSAD regressziós egyenletből) 4. Fajlagos vontatási költségtöbbletek Kfv = vá· w [Ft/100etkm]/1SAD

29. 2. A VÁGÁNY GEOMETRIAI ÁLLAPOTA ÉS A VONTATÁSI ENERGIA 5. Vontatási energia költségtöbbletei Kvve= Kfv·SAD · q [Ft] Szükséges: az eltelt idő függvényében a SAD változások: SAD prognosztizált teljesítmény adatok: q [100etkm] 6. Tervezett FKG munkáltatás és hatására lecsökkenő vontatási energia összevont költség-görbéje vontatási költségtöbbletek, mint előbb a betervezett FKG-k hatására új romlási görbe alakul ki. Ez függ: - a betervezett beavatkozási időpontoktól, - az FKG-k tervezett hatékonyságától. A két romlásgörbe közötti SAD az alapja a vontatási költségek csökkenésének.

30. 2. A VÁGÁNY GEOMETRIAI ÁLLAPOTA ÉS A VONTATÁSI ENERGIA 7. Az FKG munkáltatás költségei függenek: - az FKG fajlagos költségétől és annak változásától [Ft/fm], - a munkáltatás tervezett hosszától [m]. 8. A vontatási költségtöbblet-görbéhez illesztett munkáltatási költséggörbe szerkesztése (számítása) 9. Görbék közötti különbség lehet - fenntartási többletköltség - költségmegtakarítás a fenntartás hatására - vontatási többletköltség Függnek: - FKG időpontok helyes megválasztásától - munkavégzés hatékonyságától (előkészítés, minőségi szabályozás…) - FKG hosszak helyes alkalmazásától - vontató- és vontatott járművek állapotától - előrebecslések (prognosztizációk) helyességétől

31. 2. A VÁGÁNY GEOMETRIAI ÁLLAPOTA ÉS A VONTATÁSI ENERGIA Az eddig leírtak összefoglalásaként egy konkrét számítás következik, Magyarországon érvényes költségadatokkal. Az ábra két zöld színű vonala a vágány geometriai romlásgörbéje. A folytonos vonal az az eset, amikor a vizsgált időszakban nem történik FKG szabályozás, a szaggatott pedig, amikor kétévente szabályozzuk a vágányt. A zöld pontozott vonal az FKG munkák Q pontszám javító hatását mutatja (ΔQ = 24…35). A kék folytonos vonal a vontatási többletenergia költsége akkor, ha az évek során nincsen gépi szabályozás. A kék szagga-tott vonal ugyanezen költséggörbe, de a pályán megtörténtek kétévenként az FKG munkák. Az ábrán alul az FKG munkák adott évi költségei szerepelnek ordinátaként felrakva. A folyamatos és a szaggatott kék vonalak közötti ordinátakülönbség adja meg az adott időpontban a költségmegtakarítást, ami a példa szerint 2005-ben kb. 270000 € lenne.

32. 2. A VÁGÁNY GEOMETRIAI ÁLLAPOTA ÉS A VONTATÁSI ENERGIA A mintapélda eredménye