Diagnoza infrastructurii caii ferate

[zofei.2006]

                                        Diagnoza infrastructurii caii ferate

Speram ca specialistii sa trateze cu intelegere partea introductiva a acestui articol, care cauta sa familiarizeze cititorul cu modul de punere a problemelor intr-un domeniu de stricta specialitate.

Din limbajul folosit de specialistii in medicina s-a extins in toate domeniile, inclusiv in limbajul feroviar si chiar in limbajul uzual, expresia de “stabilire a unui diagnostic”. Aceasta inseamna, de fapt, stabilirea - in urma unei analize specializate, numita “diagnoza” - a cauzelor anomaliei intervenite in functionarea globala a unui sistem din cauza comportarii defectuoase a unei parti a acestuia. In dictionare, cuvantul “diagnoza” are semnificatia: “identificarea unor afectiuni pe baza datelor clinice si de laborator”, avand sorgintea in cuvintele “dia gnosis” din greaca antica, insemnand “prin cunoastere”.

Extrapoland semnificatia diagnozei in domeniul infrastructurii caii ferate, aceasta ar consta in posibilitatea de a face aprecieri, detaliate si globale, in urma unei analize corelate intre rezultatele masuratorilor efectuate asupra unui numar cat mai mare posibil de elemente componente ale infrastructurii si alte informatii. Prin infrastructura, in prezentul articol, vom intelege linia propriu-zisa sau calea de rulare in ansamblul ei, numita in continuare “L”, si linia de contact prin care se alimenteaza cu energie electrica vehiculele feroviare care circula pe liniile electrificate, numita “C”. Ansamblul acestora il vom numi “L&C”. Masurarea valorilor parametrilor L&C in vederea stabilirii defectelor acestora se face, la toate caile ferate, in timpul deplasarii pe cale a unor vehicule specializate. Acestea sunt cunoscute sub denumirea de “vagoane de masurat calea (si catenara)” sau, uneori, “vagoane de masurat geometria caii (si a catenarei)”. In unele tari anglo-saxone, acestea se numesc “vagoane de inregistrat calea (si catenara)”; in continuare, vom numi aceste vehicule “TMC”.

Pana in urma cu cativa ani se foloseau vehicule distincte pentru masurarea caii, respectiv pentru masurarea liniei de contact. O data cu trecerea la circulatia la viteze mari, s-a constatat ca este foarte necesar ca defectele celor doua elemente mentionate sa fie masurate simultan de acelasi vehicul, avand, de fapt, o baza de referinta comuna - geometria caii de rulare.

Desigur, subiectul este foarte vast, dar aici vom aborda cateva aspecte, pentru ca cititorul sa-si faca o imagine asupra a ceea ce ar vrea sa constituie diagnoza L&C efectuata cu contributia vehiculelor feroviare moderne specializate. Se vor arata, pe scurt, situatia acestei activitati in prezent pe plan international, la caile ferate moderne, respectiv stadiul atins in Romania, si intentiile administratiei CFR privind aducerea acestei activitati la un nivel cat mai apropiat de situatia de la caile ferate moderne, cu linii de circulatie la viteze mari.
    Pe plan mondial exista mai multe solutii tehnice privind proiectarea si realizarea unor TMC specializate, multifunctionale, solutii care, desi consacrate la un anumit moment, devin la scurt timp depasite, indata ce nivelul tehnic permite aplicarea de metode mai complexe. In Romania, in prezent, exista in dotare un numar de vagoane echipate cu sisteme mecanice de masura, perimate din punct de vedere moral si tehnic.
    La inceput, atat pe plan mondial, cat si in Romania, cu TMC s-au masurat numai parametrii de baza, urmarind prin contact sinele caii si transmitand, prin intermediul unui sistem de bare si coarde, pozitia acestora la un loc central pe vagon, unde se interpretau si/sau inscriau valorile respective. Asemenea TMC realizate in Romania fuctioneaza si in prezent pe reteaua CFR, dar in limitele impuse de nivelul tehnic de echipare.

Dezvoltarea impetuoasa a tuturor domeniilor industriale a permis realizarea de produse specializate performante, la preturi competitive, prin aplicarea progresului stiintei si tehnicii, prin automatizarea si robotizarea proceselor de fabricatie. In ultimii ani, aceasta s-a materializat si in domeniul constructiei, reparatiei si intretinerii infrastructurii feroviare, prin dezvoltarea mai multor generatii de vehicule specializate pentru masurarea parametrilor geometrici ai L&C. Astfel s-a putut elimina factorul subiectiv si, mai ales, s-a redus substantial munca manuala. Totodata, s-a permis ca prin valorificarea concluziilor masuratorilor sa se ia decizii optime si la obiect, permitand efectuarea operatiilor de intretinere a L&C la momente oportune, trecand de la metoda de interventie periodica la metoda intretinerii profilactice. Aceasta metoda permite depistarea defectelor L&C inca din faze incipiente si, prin eliminarea lor, se permite pastrarea starii caii in parametrii nominali cu un volum redus de munca si, mai ales, cu cheltuieli tot mai reduse. Acest fapt are un efect benefic in asigurarea circulatiei trenurilor cu grad sporit de siguranta si confort.

 Asadar, pe baza rapoartelor emise de TMC in urma analizei masuratorilor, in corelare si cu alte informatii, se creeaza un suport obiectiv pentru specialistii din infrastructura, care-i ajuta pe acestia sa ia decizii optime in planificarea pe termen scurt, mediu si lung a lucrarilor ce trebuie efectuate la L&C. Totodata, prin valorificarea informatiilor furnizate de TMC, se poate planifica tipul optim de lucrare, iar acest fapt are ca efect economic benefic reducerea cheltuielilor de reparatii si intretinere ale infrastructurii, contribuind la pastrarea starii tehnice a caii in parametrii nominali.
    Ca efect secundar, masurarea L&C si masurile punctuale si globale, eficiente, luate obiectiv si in timp util, contribuie la reducerea uzurilor premature ale materialelor L&C si ale materialului rulant, avand ca efect pozitiv marirea pana la dublare a duratei medii dintre doua interventiii succesive pe acelasi sector de cale sau de linie de contact. Un exemplu edificator, potrivit afirmatiilor unor specialisti straini: urmare a aplicarii metodelor moderne la aparatele de cale, subansambluri foarte scumpe (1 m aparat de cale costa cat circa 5 m de linie curenta), s-a reusit sa se mareasca durata medie de viata de la 10-15 ani la 24-30 de ani. Un alt efect direct se materializeaza in eliminarea sau reducerea restrictiilor de viteza introduse ca efect al degradarii exponentiale a defectelor caii nedepistate si neeliminate la timp.

 In prezent, pastrand ideea de baza, pe plan mondial toate masuratorile se executa prin metode avansate de explorare electromagnetica, optica, respectiv interpretarea si calculul semnalelor inregistrate de traductoare sofisticate inductive, inertiale/accelerometrice, combinate cu traductoare pozitionale giroscopice etc. In majoritatea cazurilor masuratorile se efectueaza fara ca vreo parte a sistemului de masura a TMC sa vina in contact cu calea sau catenara. In unele cazuri, se aplica si metode de prelucrare care permit integrari, filtrari si analize complexe asupra semnalelor prelevate, permitand interpretarea anumitor defecte pe distante mai mari decat lungimea TMC, prin extrapolarea rezultatelor calculelor. Pe langa masurarea propriu-zisa, se pot vedea din interiorul TMC, prin camere video, toate partile masurate ale caii de rulare, ale liniei de contact si zonele adiacente acestora. Inregistrarile se fac pe benzi video, pe care se inscriu si datele necesare localizarii in timp si spatiu a oricarui defect, pentru a putea studia ulterior, chiar din birou, defectul si conditiile locale.
    Asemenea realizari s-au putut inregistra numai in tarile cu o industrie foarte dezvoltata pe orizontala. De exemplu, pentru constituirea nivelului de referinta se folosesc giroscoape complexe, care sunt fabricate de o singura firma in SUA, ele fiind de fapt destinate tehnicii militare. Din acest motiv, pe plan mondial sunt foarte putine firme specializate, care proiecteaza si produc aceste masini complexe numai in serii “unicat”.

Un impact deosebit asupra modernizarii TMC l-a avut dezvoltarea calculatoarelor, care permit prelucrarea, analizarea si stocarea in timp real a unui mare volum de informatii. Ca sa ne dam seama de volumul de date ce trebuie prelucrate si stocate, amintim ca prelucrarea numerica, cu o rezolutie de 8 biti/pixel (punct explorat), a unei singure imagini analogice alb-negru, de 23x23 cm, necesita un spatiu de pana la 1,3 Gb (1.300 milioane biti); la imagini color practic se tripleaza volumul de date. Pana de curand, capacitatea totala a discului hard al unui calculator obisnuit era sub aceasta valoare.
    Pentru a putea efectua o diagnoza eficienta a L&C - in care este adevarat ca TMC este veriga principala, dar nu este totul -, pe langa achizitionarea vehiculului propriu-zis, trebuie actionat în paralel si pe directii conexe, cum ar fi:
            - reperarea distantei parcurse;
            - crearea unor baze de date complexe privind infrastructura, la nivelul intregii retele, in care – in afara de stocarea datelor furnizate de TMC - sa se gaseasca si alte date, cu care, printr-o analiza complexa, sa se poata emite solutiile optime mentionate.
    TMC isi masoara singur, cu o precizie de circa 2‰, distanta parcursa in cursa de masuratori, dar este un fapt cunoscut ca atat in Romania, cat si in strainatate, datorita unor modernizari, schimbari de trasee, deplasari ale liniei in curbe, kilometrajul marcat pe marginea caii nu este cel real. Din aceasta cauza, localizarea unui anumit defect devine foarte anevoioasa in conditiile masurarii la viteze mari. Pe plan mondial, s-au cautat diferite metode de rezolvare a sincronizarii valorii spatiului masurat pe teren cu valoarea masurata de TMC. Una, folosita in perioadele de inceput, care in Romania se foloseste si in prezent, consta in sincronizarea manuala efectuata de operator la trecerea pe langa fiecare borna kilometrica. Aceasta metoda este aplicabila numai la viteze mici de deplasare a TMC in timpul masuratorilor. Ulterior, s-a trecut la montarea de balize sincronizatoare in cale sau pe marginea caii. In prezent, se extinde tot mai mult folosirea pentru sincronizare a semnalelor date de sisteme de localizare globala prin sateliti (sisteme GPS), aparate care, in prezent, au devenit uzuale, la pretul unui aparat video. Aceasta metoda, desi permite localizarea cu o precizie sub 1 m, este aplicabila in prezent numai in tarile care au puse la punct sisteme informationale teritoriale nationale.
    Iata de ce TMC, ca instalatie specializata, pe langa ca este inzestrat cu sisteme de masura cu o tehnicitate inalta, ingloband realizari recente din ramuri de varf ale tehnicii - cum ar fi: mecanica fina, hidraulica, pneumatica, electrica/electronica, conversia semnalelor, informatica, tehnica de calcul, calcul statistic, optica, robotica, audio-video, transmisia informatiei, tehnica GPS (de pozitionare globala prin sateliti) etc. -, necesita totusi o serie de actiuni conexe, de genul celor mentionate, pentru a beneficia efectiv si in totalitate de posibilitatile acestuia.

Functia globala a TMC este aceea de a efectua in timp real masurarea, prelucrarea, analizarea, inregistrarea si emiterea de grafice si rapoarte privind valorile parametrilor geometrici ai L&C in timp ce se deplaseaza autopropulsat, in gama de viteze 0-Vmax. km/h.
    In continuare, mentionam parametrii prelevati de catre TMC si defectele rezultate prin analiza:
            - pozitia indicatorilor kilometrici si hectometrici de-a lungul L&C masurate;
            - ecartamentul caii;
            - defectele de directie in aliniament si in curbe (defectele razelor curbelor pe curbe circulare si pe cele de tranzitie), in plan orizontal, prin precizarea sagetilor pe fiecare dintre cele doua fire ale caii;
            - defectele de profil in lung al fiecarui fir al caii (sine), in plan vertical, prin precizarea sagetilor pe fiecare dintre cele doua fire ale caii si determinarea nivelului;
            - defectele de nivel transversal al caii in aliniament, respectiv suprainaltarea caii in curbe si in curbele de racordare;
            - defectele de torsiune a caii date pe orice lungime de baza de masura sau cel putin pe una dintre urmatoarele lungimi de baze de masura selectabile: 2,5 m; 3 m; 7,5 m; 10 m; 15 m si 17 m, respectiv explorarea cu cresterea bazei de masura cu 0,5 m in gama 1,5 m–20 m, pentru masurarea torsiunii prevazute de prescriptiile ORE;
            - determinarea profilului transversal si a defectelor de uzura pe suprafetele orizontale si verticale ale coranei sinelor;
            - unghiul de inclinare a sinelor in plan vertical;
            - defectele de rugozitate a sinelor;
            - inaltimea conductoarelor liniei de contact fata de planul de rulare, cu precizarea defectelor;
            - dezaxarea firului de contact, cu precizarea defectelor;
            - uzura firului de contact, cu precizarea defectelor;
            - panta si sageata firului de contact, cu precizarea defectelor;
            - distanta relativa dintre doua conductoare ale liniei de contact, cu precizarea defectelor;
            - lungimea fiecarei zone de ancorare;
            - pozitia suportilor liniei de contact;
            - fortele dinamice intre pantograf si linia de contact, acceleratia verticala a partii culisante a pantografului si prelucrarea datelor obtinute;
            - urmarirea pe monitor si inregistrarea pe banda video a imaginilor caii si ale zonei adiacente acesteia;
            - urmarirea pe monitor si inregistrarea pe banda video a imaginilor liniei de contact, cu posibilitati de focalizare pe oricare dintre elementele acesteia;
            - urmarirea pe monitor si inregistrarea pe banda video a imaginilor suprafetei de rulare a sinelor, cu posibilitati de focalizare pe oricare dintre elementele caii din zona sinelor, cum ar fi prinderile caii, traversele, piatra sparta;
            - depistarea si marcarea pe grafice/rapoarte a punctelor importante de pe teren, ca: statii, poduri, tuneluri, aparate de cale, treceri la nivel, semnale, stalpi de electrificare etc.;
            - masurarea continua si inregistrarea vitezei de circulatie a TMC în timpul masuratorilor.
    Pe langa masurarea efectiva si prelevarea informatiilor asupra starii L&C, TMC analizeaza valorile fiecarui parametru masurat si le grupeaza defectele in mai multe categorii. In functie de categoria in care se incadreaza defectul, se pot lua decizii imediate (ca, de exemplu, introducerea de restrictii in caz de pericol), pe termen mediu si pe termen lung. Totodata, TMC atribuie fiecarui parametru masurat un indice de calitate pe categorii fixate de utilizator.
    Pentru fiecare parametru, TMC poate calcula statistic valoarea deviatiei standard, care, trasata grafic sau tabelar, permite compararea comoda a valorilor parametrilor obtinute in curse diferite de masuratori si determinarea vitezei de accentuare a defectelor. Pe baza acestora, se pot stabili gradul si viteza globala de degradare a L&C in intervalul dintre cele doua curse de masuratori comparate.
    Un alt gen de analiza efectuata de TMC consta in divizarea caii masurate in sectoare unitare, cu o lungime intre 200 m-500 m, carora le calculeaza, pe baza valorilor parametrilor masurati, gradele de calitate, incadrandu-le in categorii de calitate similare celor prevazute in fisa UIC 518. Tot pe aceste sectoare, TMC poate prezenta utilizatorului rezultatele sub forma de rapoarte si/sau diagrame de analiza si diagnoza. Datele furnizate au rolul de a asista utilizatorul in planificarea operatiilor de reparare si intretinere a caii pe baze stiintifice si criterii de optimizare aplicabile fiecarui caz in parte. In cazul liniei de contact, acelasi gen de analiza este eficient sa se efectueze pe sectoare unitare cu lungimea egala cu cea a zonei de ancorare.