5050505050

1-2 / 2002

eksp

loat

acja

Ren Heyder

Nowy katalog uszkodze szyn wydany w 2000 r.wprowadza jednolity ukad opisu uszkodze, ustalasposoby ich wykrywania i podaje rodki ich elimina-cji. W niniejszym opracowaniu przedstawiono naj-czstsze przypadki uszkodze szyn i opisano rodkizapobiegawcze. Ostatecznym celem tych dziaa jestwyduenie ywotnoci szyn.

Midzynarodowy Zwizek Kolei (UIC) opublikowa KatalogUszkodze Szyn, ktry wprowadza jednolity system klasyfi-kacji pkni, zama i uszkodze szyn, z podziaem na miej-sce wystpienia usterki w szynie i jej przyczyn. Jest onzacznikiem do karty UIC 712 Uszkodzenia szyn. Katalogpodaje take rodki, za pomoc ktrych mog by wykry-wane uszkodzenia szyn i rodki zaradcze po stwierdzeniuusterki.

UIC chciaoby aby katalog, ktry zosta opublikowanyprzez biuro Sekretarza Generalnego i rozesany do wszyst-kich kolei czonkowskich, suy ujednolicaniu sposobwwykrywania, klasyfikacji i rejestracji uszkodze szyn w celuumoliwienia kolejom czonkowskim miarodajnych porwnana ten temat.

Katalog uszkodze szyn zosta wydany po raz pierwszy1.1.1959 r., drugie wydanie 1.1.1966 r., a trzecie 1.1.1979 r. To ostatnie wydanie katalogu stworzyo podsta-wy do wydania w Niemczech przez Deutsche BundesbahnKarty uszkodze szyn, opublikowanej jako dodatek do Prze-pisw DS 820, ktra obowizuje do dzisiaj. W cigu latkatalog ulega pewnym zmianom. Na przykad tak zwanepknicia na powierzchni gwki szyny, polegajce na stop-

Nowykatalog UICuszkodze szyn

niowym tworzeniu si drobnych, poprzecznych pkniw gwce szyny, prowadzce w konsekwencji do jej cako-witego zamania, zostao wczone do katalogu dopiero w la-tach 80.

Zalecenia do zmian w katalogu UICW latach 80. problem zmczenia szyn wskutek kontaktu koaz szyn sta si szczeglnie aktualny. W tym czasie UIC zle-cio Europejskiemu Instytutowi Bada Kolejowych (ERRI)opracowanie zalece do zmian w katalogu uszkodze szyn(Komitet ERRI D 173), z uwzgldnieniem ostatnich prac na-ukowych, poniewa wiele przypadkw uszkodze powstaychw szczeglnoci wskutek zmczenia tocznego nie byo do-tychczas uwzgldnionych. Innym powodem do zmian byo,e okrelenia i klasyfikacja niektrych uszkodze byy niepre-cyzyjne i stanowiy rdo nieporozumie.

Do rozwizania tego zagadnienia ERRI opracowao an-kiet na temat przydatnoci istniejcego katalogu i rozesa-o j do kolei czonkowskich UIC. Odpowiedzi na ankietwykazay, e ponad 2/3 z 24 kolei, do ktrych wysano an-kiet, korzystao z katalogu, ale podkrelio potrzeb czcio-wego lub cakowitego jego przeredagowania. Zwracanouwag, e dotychczasowy system identyfikacji uszkodze po-winien by zachowany, a jednoczenie opisy techniczneuszkodze powinny by jak najprostsze. Poniewa ju ww-czas prawie wszystkie koleje uyway lub planoway uy-wa do rejestracji i klasyfikacji uszkodze a take dla okre-lania rodkw zaradczych systemu komputerowegopodkrelano, e system identyfikacyjny uszkodze powinienby do tego przystosowany.

Na podstawie otrzymanych odpowiedzi instytut ERRIsporzdzi zalecenia do zmiany ostatniego katalogu uszkodzeszyn z 1979 r. Zawarte one zostay w raporcie ERRI (D 173//RP 15), przedstawionym w lutym 1997 r. Opierajc si natych zaleceniach katalog zosta ponownie wydany w kwiet-niu 2000 r., jako Podrcznik uszkodze szyn.

Nowy podrcznik UICJak wskazano we wspomnianym raporcie ERRI, gwnym ce-lem nowego podrcznika powinno by wyjanienie przyczynpowstawania uszkodze szyn, ograniczenia liczby kontroliszyn, zmniejszenie kosztw napraw oraz poprawa bezpie-czestwa ruchu. Postanowiono opisa i sklasyfikowawszystkie usterki szyn wedug okrelonych kryteriw, z po-daniem rodkw zaradczych i przedstawi te informacjew formie indywidualnych kart uszkodze. W podrcznikuopisano charakterystyczne cechy uszkodze szyn i podanorodki do ich wykrywania, co uatwia ich rozpoznawanie.W zalecanych rodkach zaradczych zastosowane jest stop-

Rys. 1. Okrelenia stosowane w ustaleniu uszkodze szyn

niowanie w zalenoci od potencjalnego zagro-enia bezpieczestwa ruchu. Zwrcono rwnieuwag na postpowanie z usterkami zaraz po ichwykryciu.

Podkrelono, e jako baza do tworzenia staty-styki uszkodze powinna by uywana klasyfikacjai okrelenia liczbowe, co zwrci uwag na najbar-dziej powtarzajce si przyczyny uszkodze, a tak-

5151515151

1-2 / 2002

e umoliwi ustalenie trendw uszkodze. Ocenie podlegabd take zastosowane rodki zaradcze. Stosowanie pod-rcznika moe wic przyczyni si do poprawy bezpiecze-stwa ruchu i zmniejszenia kosztw eksploatacji. Ponadtozastosowana w podrczniku terminologia uproci porozumie-wanie si wewntrz samej kolei, a take pomidzy poszcze-glnymi kolejami UIC.

Wstp do podrcznikaWe wprowadzeniu do podrcznika podane s definicje spo-tykanych usterek szyn i ich lokalizacja w szynie oraz klasyfi-kacja uszkodze i zasada numerowania. Okrelenie uszkodze-nie szyny jest uywana do oznaczenia usterki, pknicia bdzamania szyny lub zcza szynowego. Podobnie zrobiono roz-rnienie midzy szynami uszkodzonymi, szynami pknity-mi i szynami zamanymi. Mwic najoglniej, szyna uszko-dzona jest to szyna z usterk inn ni pknicie i zamanie.Szyna pknita jest wtedy, gdy nastpio miejscowe rozdzie-lenie materiau, ktre moe prowadzi do zamania, podczasgdy szyna zamana jest to szyna, ktra rozdzielia si na conajmniej dwa kawaki lub z ktrej powierzchni tocznej wy-kruszyy si due kawaki materiau.

Usterka moe wystpi na kocu szyny, poza kocemszyny lub w strefie spawania (rys. 1). Koniec szyny jestokrelany jako cz szyny na dugoci ubkw. Strefa spa-wania jest to cz szyny dugoci 0,1 m z kadej stronyod miejsca spawania stykowego, natomiast wyraenie strefapoza kocem szyny oznacza wszystkie czci szyny lecemidzy kocami szyny lub midzy strefami spawania.

W podrczniku zachowano schemat klasyfikacji uszko-dze szyn przedstawiony w trzecim wydaniu Katalogu. Ko-nieczne byy drobne zmiany ukadu z powodu dodania dwch

nowych uszkodze. Rozszerzenie systemu identyfikacyjnegoproponowane przez ERRI, a zawierajce dodanie dwchpocztkowych liter i jednej litery naprowadzajcej nie zostaoprzez UIC przyjte. Klasyfikacja uszkodze skada si wic,jak poprzednio, z 34 cyfr.Pierwsza cyfra oznacza:Pierwsza cyfra oznacza:Pierwsza cyfra oznacza:Pierwsza cyfra oznacza:Pierwsza cyfra oznacza: wady kocw szyn, wady na pozostaej dugoci szyn, uszkodzenia spowodowane wczeniejszym uszkodzeniem

szyny w procesie produkcji lub transportu, uszkodzenia zczy spawanych i zgrzewanych oraz warstw

napawanych.Druga cyfra oznacza:Druga cyfra oznacza:Druga cyfra oznacza:Druga cyfra oznacza:Druga cyfra oznacza: umiejscowienie uszkodzenia wewntrz odcinka szyny, uyt metod spawania, jeli usterka zostaa spowodo-

wana przy zczu lub spawaniu naprawczym.TTTTTrzecia cyfra oznacza:rzecia cyfra oznacza:rzecia cyfra oznacza:rzecia cyfra oznacza:rzecia cyfra oznacza: kierunek uszkodzenia w przypadku pknicia lub zamania, typ uszkodzenia w przypadku uszkodzenia szyny, przyczyn uszkodzenia w przypadku uderzenia.Czwarta cyfraCzwarta cyfraCzwarta cyfraCzwarta cyfraCzwarta cyfra moe by zastosowana w razie konieczno-ci do dalszej klasyfikacji uszkodzenia w okreleniach dodat-kowych waciwoci.

Na rysunku 2 przedstawiono schemat klasyfikacji uszko-dze. Kada usterka wymieniona w podrczniku jest okre-lona przez trzy- lub czterocyfrowy kod, zgodnie z klasyfika-cj generaln. Na kolejach Deutsche Bahn AG ten schematkodowy jest czci dodatku DB do Karty uszkodze szyn820 i jest uywany w znormalizowanych arkuszach DB dowykazywania uszkodze szyn. Dane podawane w tych ar-kuszach s wprowadzane do sumarycznego zestawienia dookrelenia rocznej liczby uszkodze szyn.

Rys. 2. Schemat klasyfikacji uszkodze szyn

5252525252

1-2 / 2002

Karty uszkodze szynKade uszkodzenie szyny jest scharakteryzowane na osob-nej karcie. Karta szczegowo opisuje usterk, a w tym po-daje: kod identyfikacyjny zgodnie z ogln klasyfikacj uszkodze

szyn; charakterystyk i wygld wady; metody jakie mog by zastosowane do wykrycia uszko-

dzenia; zalecenia co do sposobw zapobiegania wadzie zaraz po

wykryciu.Zamieszczone s take 12 zdjcia uszkodzenia.W tablicy 1 zamieszczono uproszczony przegld wszyst-

kich 55 uszkodze, ktrych karty zostay zawarte w podrcz-niku. W miar monoci uszkodzenia klasy 1. i 2. zostay po-czone razem i ponownie sklasyfikowane w zalenoci odtego czy powstay w wyniku procesu produkcyjnego, czy teeksploatacji. Karty uszkodze spowodowanych zmczeniemmateriau wskutek kontaktu kooszyna, mianowicie: pkni-cia na powierzchni gwki szyny (nr 2223) i squat (nr 227)umieszczono w katalogu po raz pierwszy.

W porwnaniu do poprzedniego wydania katalogu zmia-ny w kartach s ograniczonego zakresu. W wikszoci przy-padkw dotycz one przepisania numeru opisu oraz zamiesz-czenia uwag ostrzegajcych przed pomyleniem niektrychusterek i zastpienia fotografii czarno-biaych kolorowymi.Zalecenia jakie powinny by podjte po wykryciu uszkodze-nia zostay take ujednolicone i zdefiniowane.

Przy opisie rodzaju lub wygldu uszkodzenia podaje sizwykle nastpujce informacje: czy usterka bya wynikiem wady produkcyjnej, czy te

zuycia eksploatacyjnego? gdzie usterka zostaa wykryta? gdzie stwierdzono pocztek uszkodzenia (na powierzchni

szyny, czy wewntrz niej)? jakie cechy charakteryzuj usterk wewntrz szyny? jak usterka rozwijaa si w miar upywu czasu? jakie inne uszkodzenia mona pomyli z usterk wanie

wykryt?Opisy uszkodze w podrczniku s prostsze i krtkie,

uzupenione zwykle jednym lub kilkoma zdjciami. W wik-szoci przypadkw uyto opisw i zdj z trzeciego wyda-nia katalogu.

Najczstszymi sposobami sprawdzania szyn jest bada-nie optyczne i ultradwikowe. Sprawdzanie goym okiempozwala na wykrycie wad powierzchniowych i kontrolowa-nie ich rozlegoci. W przeciwiestwie do tego badanieultradwikowe pozwala na okrelenie pooenia wewntrz-nych wad w szynie i obserwowanie ich wzrostu. W niekt-rych przypadkach pomocny moe by pomiar profilu szynylub opukanie badanego miejsca motkiem. S oczywiciei inne sposoby wykrywania uszkodze szyn, jak sprawdzanieza pomoc czsteczek magnetycznych, przenikania farby lubza pomoc prdw wirowych.

Dla kadego z uszkodze wymienionych w podrcznikupodane s rodki zaradcze. Podano je we wstpie do pod-rcznika, czego nie byo w III wydaniu katalogu. Sposb po-

Tablica 1PPPPPrzegld uszkrzegld uszkrzegld uszkrzegld uszkrzegld uszkodze szynodze szynodze szynodze szynodze szyn

KKKKKod IDod IDod IDod IDod ID Opis uszkOpis uszkOpis uszkOpis uszkOpis uszkodzenia szyny (zgodny z Kodzenia szyny (zgodny z Kodzenia szyny (zgodny z Kodzenia szyny (zgodny z Kodzenia szyny (zgodny z Kart)art)art)art)art)

Klasa 1 i 2Klasa 1 i 2Klasa 1 i 2Klasa 1 i 2Klasa 1 i 2 WWWWWady kady kady kady kady kocw szyn i wady na pozostaej ich dugociocw szyn i wady na pozostaej ich dugociocw szyn i wady na pozostaej ich dugociocw szyn i wady na pozostaej ich dugociocw szyn i wady na pozostaej ich dugoci

100/200 Pknicie poprzeczne bez wyranego pocztku

Uszkodzenia produkcyjne

111/211 Postpujce pknicie poprzeczne idce od wntrza szyny (pk-nicie zmczeniowe w ksztacie nerki/tache ovales)

112/212 Poziome pknicie gwki szyny

1321/2321 Poziome pknicie na zaokrgleniu przejcia z gwki na szyjkszyny

1322/2322 Poziome pknicie na zaokrgleniu szyjka stopka szyny

113/213 Poduno-pionowe pknicie gwki szyny

133/233 Poduno-pionowe pknicie szyjki szyny

153/253 Poduno-pionowe pknicie stopki szyny

121/221 Uszkodzenia powierzchniowe

2222 Pknicie cakowite na wewntrznej powierzchni gwki szyny(uszczenie si)

124 / 224 Miejscowe wgbienia na powierzchni tocznej

236 Pknicie po przektnej nie zwizane z otworem

139 / 239 Nalep

Uszkodzenia wskutek eksploatacji

2201 Zuycie faliste o maej dugoci fali

2202 Zuycie faliste o duej dugoci fali

2203 Zuycie boczne

2204 Nadmierne zuycie pionowe

122 Zamanie na powierzchni tocznej (przy kocu szyny)

2221 Zamanie na powierzchni tocznej

2223 Pknicia na powierzchni gwki szyny/tworzenie si pkni//przeamanie na wewntrznej krawdzi gwki szyny

123/223 Wykruszenia

125/225 Miejsce polizgu k (jedno- lub wielokrotnego)

227 Pknicie i miejscowe obnienie powierzchni tocznej (squat)

134/234 Korozja szyjki szyny

154/254 Korozja stopki szyny

135 Pknicie ubkw

235 Pknicia wok otworw inne ni otworw dla ubkw

Klasa 3Klasa 3Klasa 3Klasa 3Klasa 3 UszkUszkUszkUszkUszkodzenia spowodowane wadliwym wykodzenia spowodowane wadliwym wykodzenia spowodowane wadliwym wykodzenia spowodowane wadliwym wykodzenia spowodowane wadliwym wykonaniem szynonaniem szynonaniem szynonaniem szynonaniem szyn

301 Obtuczenie

302 Wadliwe wykonanie

303 Trwae odksztacenie (szyna zdeformowana)

Klasa 4Klasa 4Klasa 4Klasa 4Klasa 4 UszkUszkUszkUszkUszkodzenia zczy spawanych i zgrzewanych oraz warstwodzenia zczy spawanych i zgrzewanych oraz warstwodzenia zczy spawanych i zgrzewanych oraz warstwodzenia zczy spawanych i zgrzewanych oraz warstwodzenia zczy spawanych i zgrzewanych oraz warstwnapawanychnapawanychnapawanychnapawanychnapawanych

411/421/431 Poprzeczne pknicie (od zcza spawanego)

412/422/432 Poziome pknicie w szyjce (od poczenia spawanego)

471 Poprzeczne pknicie gwki szyny (na zczu naprawianym przezspawanie)

472 Odczenie lub odamanie naprawianej czci powierzchnitocznej

481 Poprzeczne pknicia pocze lutowanych/spawanych

5353535353

1-2 / 2002

stpowania z wad zaley od stopnia zagroenia dla ruchui zagroenie to podzielono na 4 stopnie. Zalecenie obserwujszyn oznacza, e uszkodzenie nie stwarza w danej chwilizagroenia dla ruchu i szyny nie trzeba wymienia. Zalece-nie wymie szyn oznacza, e usterka wci nie stanowizagroenia dla ruchu, ale moe sta si niebezpieczna po ja-kim czasie. Natomiast zalecenie wymie szyn bezzwocz-nie stosuje si, gdy usterka stwarza ju zagroenie dla ru-chu, ale przejazd jest jeszcze moliwy z ograniczeniami; tymniemniej potrzebne jest szybkie dziaanie. W kocu zalece-nie wymie szyn natychmiast stosuje si wwczas, gdyszyna stwarza ju bezporednie zagroenie dla ruchu i niemoe by duej eksploatowana, a tor musi by zamknity.

Przyjto jako zasad, e karty opisujce pojedynczeuszkodzenia szyn zawieraj tylko standardowe zalecenia.Dodatkowe rodki zaradcze podawane s w razie potrzeby.Naley zauway, e poniewa niektre uszkodzenia rozwi-jaj si, zalecane rodki zaradcze s dostosowane do aktu-alnego ryzyka. Nadzorowanie uszkodzenia i odpowiednierodki zaradcze powinny by stosowane we wszystkich przy-padkach uszkodze do czasu wyeliminowania uszkodzenia.

Najwaniejsze uszkodzenia szynGdy wprowadzano pierwsz klasyfikacj uszkodze szynwikszo torw miaa jeszcze szyny skrcane na ubki i stdnajwicej uszkodze byo w strefie zcz. Po przejciu naszyny bezstykowe, spawane, zmniejszya si liczba uszkodzeprzy kocach szyn, natomiast wzrosa liczba uszkodzew strefie spawa. Ponadto w wielu przypadkach mona ro-bi odniesienia uszkodze klasy 1. do podobnych uszkodzeklasy 2. W wyniku poprawy jakoci materiau na szyny i me-tod produkcji stali w cigu ostatnich 20 lat, uszkodzenia szynz powodu uszkodze produkcyjnych znacznie zmalay. Zauwa-a si zwaszcza zmniejszenie uszkodze spowodowanychniecigoci materiau wewntrz szyny. Szczeglnie wanebyo zmniejszenie czstotliwoci wystpowania uszkodzemetalurgicznych wskutek poprawy czystoci wytwarzaniastali. Osignito to dziki wprowadzeniu procesu wtacza-nia tlenu i stosowania odtleniania wgla, a ponadto pr-niowego odgazowania i technice cigego wytopu. Uszko-dzenia powierzchniowe, powodowane podczas walcowanialub wyrwnywania szyn, s obecnie w wikszoci wyelimi-nowane dziki zastosowaniu nowoczesnych walcowni i apa-ratury kontrolnej.

Zwikszenie prdkoci jazdy pocigw i intensywnociruchu spowodowao, e szyny s poddawane coraz wik-szym napreniom w czasie kontaktu kooszyna i std na-stpi wzrost ich uszkodze. Wzrosa zwaszcza liczba uszko-dze spowodowanych zmczeniem materiau, okrelanychjako pknicia na powierzchni gwki szyn i squat. Przedsta-wiono to w tablicy 2, wskazujc take najczstsze uszko-dzenia zanotowane w cigu ostatnich kilku lat na kolejachDB AG. Podanych 10 uszkodze stanowi okoo 90% wszyst-kich zanotowanych usterek. Uszkodzenia podane w tablicy2 s w wikszoci tymi samymi, ktre s wymienione w Ka-talogu podstawowych uszkodze szyn w torach i rozjazdachwydanym przez DB AG. Tym niemniej katalog ten, ktry

Tablica 2Najbardziej powszechne uszkNajbardziej powszechne uszkNajbardziej powszechne uszkNajbardziej powszechne uszkNajbardziej powszechne uszkodzenia szynodzenia szynodzenia szynodzenia szynodzenia szyn

KKKKKod IDod IDod IDod IDod ID Krtki opis uszkKrtki opis uszkKrtki opis uszkKrtki opis uszkKrtki opis uszkodzenia szynyodzenia szynyodzenia szynyodzenia szynyodzenia szyny

Pknicia zmczeniowe wskutek kontaktu kooszyna

111/211 Pknicie w ksztacie nerki (tache ovales)

2222 uszczenie si materiau

2223 Pknicia na powierzchni gwki szyny (head checks)

Brak Belgrospis

227 Squat

Uszkodzenia podobne do pkni z powodu uszkodze pojazdw

(301) Wgniecenie

125/225 Przegrzanie powierzchni szyny z powodu polizgu koa

Uszkodzenia z powodu przeksztacenia materiau lub jego zuycia

2201 Falisto o maej dugoci fali

2202 Falisto o duej dugoci fali

Uszkodzenia od spaww

411/421/431 Poprzeczne pknicia (przy zczach spawanych)

wszed w ycie od 1.3.2001 r. jako Zacznik 01 do Wytycz-nych Uszkodzenia powierzchni szyny DB 821.2017, nie za-stpuje Dodatku DS. 820 Karta uszkodze szyn. Zadaniemkatalogu jest gromadzenie i opisywanie najwaniejszych i naj-czstszych uszkodze szyn zauwaanych w torach i rozjaz-dach sieci kolejowej DB. Katalog wydany przez DB AG po-daje wiele usterek, ktre nie s zawarte ani w karcie DS.820 DB, ani w nowym podrczniku UIC. Celem tego katalo-gu jest dostarczenie informacji subom utrzymania torw namiejscu uszkodzenia i pomoc w wykryciu i identyfikacji naj-waniejszych uszkodze szyn.

W dodatku do uszkodze powierzchni tocznej szyn, wy-mienionych w Zaczniku 01 Wytycznych 821.2017 kolei DB,bdcych obecnie w przygotowaniu, bdzie zarwno podziana kategorie uszkodze do trzech poziomw uszkodze, jakrwnie informacje i kryteria oceny procedury naprawczej zewzgldu na moliwoci techniczne i opacalno tego pro-cesu. Uszkodzenia szyn spowodowane zuyciem (falistoo duej dugoci fali, zuycie profilu szyny) lub przeksztace-niem materiau (falisto o maej dugoci fali) nie s wy-mienione w Wytycznych 821.2017 kolei DB, poniewa szawarte w Wytycznych 824 DB w rozdziale Szlifowanie szyn.

Trzy spord najwaniejszych uszkodze szyn s uster-kami spowodowanymi zmczeniem materiau, w ktrym for-mowanie si pknicia jest zapocztkowane na powierzch-ni gwki szyny (w odrnieniu od uszkodze znanych jakotache ovales, tj. pknicie zmczeniowe w ksztacie nerkioraz uszczenie si, w ktrym pknicie chocia take spo-wodowane przez styk toczny, zmczeniowy zaczyna sipod powierzchni szyny). Dwie z tych usterek: pknicie napowierzchni gwki szyny i squat s jedynymi, jakie zostaydodatkowo wczone do podrcznika UIC. Trzecia usterka, takzwany belgrospis, ktra zostaa zauwaona na liniach duychprdkoci kolei DB po raz pierwszy w 1996 r., ma by w-czona do podrcznika UIC w przyszoci.

5454545454

1-2 / 2002

Opisy uszkodze szyn podane niej s oparte w wik-szoci na informacjach zamieszczonych w podrczniku UIC,raportach ERRI D173/RP1 i D173/RP15 oraz na publika-cjach dotyczcych uszkodze szyn, uzyskanych z rnych ko-lei. Ponadto wczono ostatnie wyniki bada prowadzonychprzez koleje DB.

Pknicia na powierzchni gwki szyny (Pknicia na powierzchni gwki szyny (Pknicia na powierzchni gwki szyny (Pknicia na powierzchni gwki szyny (Pknicia na powierzchni gwki szyny (head checkshead checkshead checkshead checkshead checks)))))Pknicia na powierzchni gwki szyny s typow usterkpowstajc w wyniku zmczenia materiau wskutek kontak-tu koo-szyna. Powstaje ona najczciej w miejscach, gdziewystpuj najwiksze dynamiczne naprenia szyny. Uster-k t mona spotka: gwnie na wewntrznej krawdzi gwki szyny zewntrz-

nej na ukach torw o promieniu 4001500 m (pkniciate nie mog powsta w torach o mniejszych promieniachz powodu wikszego zuywania si szyny zewntrznej);

czasami na krawdzi bocznej szyny zewntrznej torwo promieniu ponad 1500 m;

na bocznych krawdziach obu tokw szynowych na torzeprostym, gdzie wystpuje na przemian;

na powierzchni tocznej szyny wewntrznej i zewntrznej; na bocznej krawdzi iglic i szyn czcych w rozjazdach

i szyn na krzywych przejciowych w ukach; na szynach w kierownicach rozjazdw.

Pknicia na powierzchni gwki szyny s drobnymi pk-niciami, pojawiajcymi si mniej lub bardziej regularniew odlegociach 0,510 mm (fot. 1). Odlegoci pkni sprzewanie mniejsze w szynach o gwce utwardzonej, niw szynach wyprodukowane ze stali UIC stopnia 900A. Kie-dy oglda si te pknicia z gry, wida, e s one rnejszerokoci i uoone pod ktem 3570 w stosunku do osipodunej szyny. Kt ustala si w zalenoci od przewaaj-cej geometrii styku koa z szyn. W niektrych przypadkachpknicia mog ukada si nawet prostopadle do osi po-dunej szyny. Pknicia, ktre biegn prawie rwnoleglejedne do drugich, wchodz w gb szyny pod maym ktem(1015). W trakcie eksploatacji pknicia wyduaj sii zmieniaj kt wejcia, ktry moe osiga nawet 60, a du-go pknicia wiele milimetrw. Podczas formowania sii rozwoju pkni mona zaobserwowa nastpujce cechy: pknicia biegn po przektnej szyny i mog si czy,

doprowadzajc do cakowitego zamania szyny (uszczenielub wykruszenie na bocznej powierzchni szyny);

pknicia mog si rozgazia w gwce szyny; przejcie z pkni na powierzchni gwki szyny do pk-

ni typu squat (np. pknicia squat na wewntrznej kra-wdzi gwki szyny);

zmiana kierunku pknicia powierzchniowego prowadz-ca do cakowitego pionowego zamania szyny.

Z tych powodw pknicia na powierzchni gwki szy-ny musz by traktowane jako potencjalnie niebezpieczneusterki. Ich przyczyn upatruje si w napreniach na jakienaraona jest szyna. Wskutek wielkich si podunych i po-przecznych, wystpujcych midzy koem i szyn, oraz po-wstajcych wskutek nich napre nastpuje na powierzchnitocznej szyny rozwalcowywanie i pezanie materiau. Prze-

suwanie si napre cinajcych z wntrza szyny na po-wierzchni powoduje deformacj materiau. W tej odkszta-conej warstwie powierzchniowej powstaj mikropknicia,ktre stanowi punkty pocztkowe dla pkni gwki szy-ny. Pknicia mog powsta w bardzo krtkim czasie,o czym przekonano si w eksploatacji, stwierdzajc takieprzypadki ju po kilku tygodniach od zamontowania szyny.Szybko postpowania pkni zaley od materiau szynyi jej obcienia pocigami. Zanieczyszczenie powierzchni szy-ny, a w tym obecno smarw lub wody, moe przyspie-sza rozwj pkni.

Wykrywanie pkni na powierzchni szyny goym okiemjest spraw stosunkowo prost, gdy s one ju do dobrzerozwinite, natomiast powszechnie uywan metod ultra-dwikow mona je wykry w zarodku. Ze wzgldu naograniczony dostp do wewntrznej powierzchni gwki szy-ny moe ona by dobrze sprawdzona przyrzdami ultradwi-kowymi tylko wtedy, kiedy jest to robione rcznie. May ktpkni i mae odlegoci midzy samymi pkniciami utrud-niaj ustalenie koca pknicia, a wic jego gboko. Do-tychczasowe badania wykazay, e prby okrelenia gbo-koci pkni na podstawie zewntrznych oznak na gwceszyny s bardzo zawodne. Dopiero wprowadzenie metodybadania poprzez pomiar prdw wirowych umoliwio nie-zawodne wykrywania pkni na powierzchni gwki szynyi stworzyo moliwo ich analizy.

Szczeglnie przydatne s nie niszczce pomiary gbo-koci tych pkni (dugo pknicia w poczeniu z kto-w orientacj pkni biegncych wewntrz gwki szyny poprzektnej), ktre pozwalaj okreli niezbdn gbokoszlifowania szyny. Obrbka szyny skrawaniem (szlifowanie,walcowanie, struganie wzdune) powinny by wykonane jaknajwczeniej po wykryciu, gdy pozwala to zapobiec powik-szaniu si pkni i std przedwczesnej wymianie szyny.

BelgrospisBelgrospisBelgrospisBelgrospisBelgrospisNazw t okrela si grup pkni, ktre pojawiaj siokresowo w pobliu grzbietw fal przy zuyciu falistym szy-ny, co wystpuje w odlegoci 20100 mm (fot. 2). Uster-ka ta, ktra zostaa wykryta dopiero ostatnio na torach ko-lei DB, gdzie prdko jazdy wynosia 200 km/h lub wicej,jest odmian zuycia zmczeniowego wskutek kontaktu kooszyna.

Usterk belgrospis zauwaono bd na szynie zewntrz-nej w ukach o duym promieniu, bd na odcinkach pro-stych w obu tokach szynowych na przemian. Zawsze towa-rzyszyo jej faliste zuycie szyny. Pknicia s usytuowanena powierzchni tocznej w pasie lecym midzy lini rod-kow a wewntrzn krawdzi szyny, w odlegoci 1025 mm od rodka szyny i powtarzaj si okresowo na du-gich odcinkach. Dugoci pkni wynosz 515 mm. Kiedyoglda si powierzchni szyny prostopadle z gry, wymie-nione grupki pkni s ustawione pod ktem ok. 45 w sto-sunku do osi podunej szyny. Pknicia powikszaj si downtrza szyny w d pod ktem 2030 do powierzchniszyny.

5555555555

1-2 / 2002

W zaawansowanym stanie pknicia belgrospis mogsi czy i w niektrych przypadkach prowadzi do cako-witego przeamania szyny. Tak jak w przypadku pkni po-wierzchniowych moe dochodzi do zmiany kierunku pkni,co przyspiesza zamanie. Dzieje si to w stanie zaawanso-wanym tej usterki, gdy cieka wsppracy kooszyna jestnajwsza, a wystpuje to na szczytach zuycia falistegoi gdy siy prostopade do powierzchni tocznej s najwiksze,co ma miejsce tu przed szczytami zuy falistych. Ponadtodo si dynamicznych od nacisku dodaj si tu siy od dyna-micznego oddziaywania koa na szyn z powodu jego nie-wywaenia, ktre przy duych prdkociach osigaj znacz-ne wartoci. W takich warunkach szyna jest poddawananajwikszym napreniom dynamicznym w miejscach bez-porednio przed szczytami zuy falistych i w wyniku tegozmczenia tocznego powstaj w tych miejscach grupypkni.

Dotychczas belgrospis moe by wykrywany wizualnielub za pomoc aparatury ultradwiekowej w czasie kontrolitoru. Gboko pkni mona mierzy za pomoc nie nisz-czcych pomiarw ultradwikowych tak samo, jak w przy-padku pkni na powierzchni gwki szyny (head checks).Pracuje si obecnie nad zastosowaniem do wykrywania i po-miarw pkni belgrospis metody prdw wirowych. Uster-ka ta pojawia si ju przy pierwszych oznakach zuycia fali-stego i rozwj tych dwch usterek jest rwnoczesny.A zatem nie chcc dopuci do powstania belgrospis nale-y nie dopuszcza do powstania zuycia falistego o krtkiejdugoci fali. Usuwanie obu tych usterek odbywa si przezszlifowanie szyn. Zwoka w przeprowadzeniu tej operacjimoe doprowadzi do pkni tak gbokich, e koniecznabdzie wymiana szyny.

Pknicia Pknicia Pknicia Pknicia Pknicia squatsquatsquatsquatsquatPkniciami squat okrela si wykruszenie powierzchni tocz-nej szyny pkoliste lub w ksztacie litery V. Szersza czlitery V jest skierowana przewanie w stron wewntrznej

krawdzi gwki szyny. Z powodu korozji powierzchnia wy-kruszenia jest ciemniejsza ni otaczajcy j materia, gdybrak w tym miejscu kontaktu z koem (fot. 3). Usterka squatwystpuje najczciej w torach o duej prdkoci na odcin-kach prostych lub prawie prostych w grupach, ktre poja-wiaj si nieregularnie. Prawidowoci jest, e usterka squatwystpuje w najbardziej obcionych miejscach szyny,midzy lini rodkow a krawdzi wewntrzn. Squat moepowsta w wyniku poczenia si pkni powierzchniowychi umiejscowi si take na wewntrznej krawdzi gwkiszyny.

Tak jak w przypadku pkni na powierzchni gwki szyny(head checks), usterka squat powstaje wskutek plastyczne-go odksztacenia materiau w czasie kontaktu kooszynai nastpujcych w tym czasie mikroskopijnych pkniw warstwie wierzchniej szyny. Squat moe powsta takewskutek wgniece w powierzchni tocznej oraz z rozwini-cia si usterki belgrospis. Squat tworzy si w miejscachgdzie zuycie szyny jest mae i pocztkowe pknicia nie susuwane przez cieranie.

Pierwsz widzialn oznak pojawienia si squat s pk-nicia na wewntrznej powierzchni gwki szyny, ktre sustawione pod ktem 45 do kierunku ruchu. Usterka po-wstaje kiedy jedno z pkni zmczeniowych, ktre pojawi-o si na grnej powierzchni szyny, zaczyna rozrasta si downtrza. Pocztkowy wzrost jest pod maym ktem w sto-sunku do powierzchni tocznej. Rozwalcowanie materiaupowoduje obnienie powierzchni szyny w tym miejscu i koostyka si tylko z obrzeem miejsca obnionego, ktre jestwskutek tego janiejsze. Kiedy pknicie osignie gboko35 mm, zaczynaj si od niego odgazia mniejsze pk-nicia, co po pewnym czasie moe doprowadzi do cako-witego poprzecznego zamania szyny. Istnieje ryzyko niewy-krycia tej usterki w czasie badania ultradwikowego, kiedypierwotne pknicie rozwija si pod maym ktem i w tensposb ekranuje odgazione pknicie poprzeczne.

Fot. 1. Head checks Fot. 2. Belgrospis Fot. 3. Squat

5656565656

1-2 / 2002

Squat moe take powsta wskutek zmniejszenia spr-ystoci podtorza. W zaawansowanym stanie miejsce takiebdzie widoczne ze wzgldu na biae lady od wychlapekna podsypce. Moe te by wynikiem uszkodzenia przytwier-dzenia szyny do podkadw w tym miejscu.

Aby zapobiega squat, naley w pierwszym rzdzie eli-minowa usterki powierzchni szyny pknicia, belgrospisi wszelkie wgniecenia, zwaszcza powtarzajce si okreso-wo. Jeli usterka squat nie zostanie dostatecznie wczeniewykryta lub dostatecznie rozpoznana co do jej gbokoci,to moe si okaza, e w czasie szlifowania szyny, po zdj-ciu wierzchniej warstwy materiau, zostanie ona dopiero od-sonita. Taka szyna musi by objta szczeglnym nadzorem,z pomiarem gbokoci pkni i przywrceniem waciwe-go profilu wcznie. W przypadku wykrycia pojedynczej uster-ki squat mona j usun np. przez zaspawanie, nie stosu-jc specjalnych obostrze. Jednak gdy usterek tych jest duoi przekraczaj pewien poziom, niezbdna staje si wymianaszyny.

Zapobieganie uszkodzeniom szynW celu zmniejszenia uszkodze szyn prowadzone s pracebadawcze, dotyczce zwaszcza poprawy waciwoci stali,zaostrzenia tolerancji produkcyjnych szyn, polepszenia profi-lu szyny i optymalizacji procedur utrzymaniowych.

Prowadzone s rwnie badania, zarwno symulacyjne,jak i w normalnej eksploatacji, nad geometri styku kooszyna, szczeglnie w ukach, oraz prby okrelenia wyst-pujcych tam si. Koleje DB AG wraz z firm Speno Interna-tional S.A. prowadz wsplne badania nad zalenociamimidzy rnymi gbokociami szlifowania szyn i stosowa-nymi przy tym tolerancjami a tworzeniem si pkni napowierzchni gwki szyny (head checks). Chodzi o dopusz-

czenie pewnych zuy naturalnych i jednoczenie okreleniegruboci usuwania w czasie szlifowania tylko zupenie nie-zbdnej warstwy materiau do przywrcenia waciwego pro-filu szyny. Celem tych wszystkich zabiegw jest wyduenieywotnoci szyn.

Innym, wanym zagadnieniem jest zbadanie zalenocimidzy zuyciem mechanicznym szyny a jej zmczeniempowierzchni kontaktowej. Chodzi o stworzenie wymaga doosignicia rwnowagi midzy obu tymi rodzajami uszko-dze, tzn. osignicie rwnoczesnego zuywania si szynypod obu wzgldami, co rwnie przyczyni si do zwiksze-nia ywotnoci.

Diagnostyka szyn powinna si w przyszoci opiera nanieniszczcych badaniach za pomoc prdw wirowych prze-prowadzanych bardziej udoskonalonymi przyrzdami, co jestszczeglnie wane przy ustalaniu gbokoci szlifowania,a take do okrelania okresw midzy kolejnymi badaniami.W ostatecznoci powinno si osign cakowite wyelimi-nowanie usterek, co moe nastpi, jeli nakady na bada-nia i odpowiedni aparatur bd wzrastay proporcjonalniedo kosztw powstajcych uszkodze.

Naley si spodziewa, e w dalszej eksploatacji koleizidentyfikowane zostan jeszcze inne rodzaje usterek szynlub poczenia usterek ju istniejcych, ktre trzeba bdzietake umieci w podrczniku.

Na podstawie:The new UIC Catalogue of rail defects

Der Eisenbahningenieur 9/2001Tum. M. Rabsztyn

Oprac. Andrzej Massel

26 kwietnia 2002 r. w odzi odbdzie si konferencja organizowana przez Polsk Izb Producentw Urz-dze i Usug na Rzecz Kolei, nad ktr patronat obj wiceprzewodniczcy Sejmowej Komisji Gospodarki Po-se na Sejm RP Zbigniew Kaniewski

Zamierzenia i plany rozwoju infrastruktury kolejowej w Polsceze szczeglnym uwzgldnieniem

modernizacji i rozbudowy szybkiej trasy Warszawa d

Zakres tematyczny wystpie: przyszo transportu szynowego w kontekcie Strategii Gospodarczej Rzdu rola samorzdw lokalnych w ksztatowaniu przewozw regionalnych i ponadregionalnych osignicia polskiego przemysu i orodkw naukowo-badawczych w dziedzinie transportu

szynowego dziaalno Polskiej Izby Producentw Urzdze i Usug na Rzecz Kolei w zmieniajcych si

warunkach gospodarczych

Informacje:Biuro Polskiej Izby Producentw Urzdze i Usug na Rzecz Koleitel./fax (52) 349 55 99, (52) 581 21 75