A gördülő-fáradás okozta sínhibák túlnyomóan a nagy sebességű és nagy terhelésű vasúti pályában fordulnak elő az európai vasúti hálózaton. A MÁV hálózatán 2010 nyarán jelent meg tömegesen ez az új típusú, veszélyes sínhiba, a sínfejben sűrűn elhelyezkedő hajszálrepedések formájában (ú.n. Head-Check sínhiba). A vasúti üzemben a nagy tengelyterhelésű és szabályozott vonóerejű mozdonyok használata miatt a sínfejen a kerék által okozott érintkezési feszültségek megnőttek. Az így kialakuló mechanikai feszültség hatására a vasúti sínben hajszálrepedések jelennek meg, amelyek mélyen behatolhatnak a sín keresztmetszetébe, és hirtelen síntörésekhez vezethetnek. A repedés mélységének megbízható mérése, diagnosztizálása az üzem alatt rendkívül fontos a forgalombiztonság szempontjából, valamint ez alapján tervezhető az állapotnak megfelelő munkáltatás is, mellyel a sín élettartama jelentősen növelhető.
A projekt részeként különböző sínmintáknál meghatároztuk a HC tip. hibával terhelt sín törőerő, lehajlás és a károsodás mértékét, és elvégeztük az ehhez kapcsolódó további szükséges vizsgálatokat (szakítószilárdsági vizsgálat, keménységmérések, mikrokeménységi vizsgálatok). A jelenség feltárása érdekében kiértékeltük és elemeztük a MÁV vonalain elvégzett gépi örvényáramos mérések eredményeit. Összevetettük a roncsolásos és roncsolásmentes vizsgálatok eredményeit a mélységérzékenység szempontjából, valós sínminták alkalmazásával. Elemeztük a sínfej és a kerék terhelését folyópályán és kitérőkben.
A jelenség modellezésének érdekében további vizsgálatokat végeztünk. A folyamat peremfeltételeinek pontosításához keménységvizsgálatok segítségével tártuk fel a sín kerék kapcsolat néhány jellemzőjét a kopott sín – kerékprofil páros esetén. Folytattuk a MÁV vonalain elvégzett gépi örvényáramos mérések kiértékelését. A paraméterek módszeres változtatásával modelleztük a profilok /sín, kerék / illeszkedését, a head check sínhiba megindulását, a repedés kezdő állapotát és a repedés terjedését. Számítógépes szimulációval megállapítottuk a kritikus repedésméretet. A projekt részeként karbantartási stratégiai javaslatokat dolgoztuk ki, és meghatároztuk, valamint felülvizsgáltuk a sebességkorlátozási határértékek osztályba sorolását. A projekt a Vasúti Járművek, Repülőgépek és Hajók Tanszék munkatársainak közreműködésével valósult meg, amely lefed minden számítást, számítógépes elemzést, és modellezést, amely a sín-kerék kapcsolat feszültségi állapotát, valamint a repedésterjedés modellezését adja meg.
Analysis of rail failures caused by rolling fatigue
The rail failures caused by rolling fatigue occur in the high speed and high load railways in the European railway network. In the network of MÁV corporation, a large number of this new and dangerous failure appeared in the summer of 2010 in the form of densely located hairline cracks in the rail head (so called Head Check failure). Due to the use of high axle load and controlled traction force locomotives the contact stresses on the rail head increases. As a result of the forming mechanical stress caused by high pressure hairline cracks appear in the rail head, which penetrate deeply in the cross section of the rail, and can lead to sudden rail cracks. From the viewpoint of traffic safety the inspection and diagnostics of cracks is excessively important, as well as the rail grinding work can be planned, which can significantly increase the life of rails.
In the course of the research, we defined the value of cracking force, deflection and damage of rail samples with HC and we also completed the necessary additional measurements related (tensile strength, hardness, microhardness measurements). In order to explore the phenomena we evaluated and analysed the results of machine made eddy current measurements on the railway lines of MÁV. We compared the results of destructive and non destructive methods from the viewpoint of depth sensitivity by applying real rail samples. We analysed the load of rail head and wheel in fluent paths and in switches.
Further studies were carried out to the modelling of the phenomenon. In order to clarify the boundary conditions of modelling we explored the some feature of the worn rail – wheel contact by hardness measurement. We continued machine made eddy current measurements carried out on the MAV railroads. We modelled the rail and wheel contact, the start of head check failures and the initial state and spreading of cracks with systematic change of parameters. We defined the critical crack size with computer simulation. As a part of the project we worked out maintenance strategy recommendations and defined as well as supervised the classification of speed limits. The analysis of contact stresses and modelling of crack evolution were examined by the Department of Aeronautics, Naval Architecture and Railway Vehicles