Application of the Raylardaki Yuvarlanma Temas Yorulması Tipi Yüzey Kusurlarının Tespitinde Eddy Akım Kusur Dedektörü ETS2-77’nin Uygulaması
GİRİŞ
Raylar, demiryolu taşımacılığının ve metro hatlarının en önemli ve aynı zamanda en çok zorlanan elemanlarından biridir. Bunun nedeni, rayların hem hareketli araçların (rolling stock) neden olduğu yüke hem de dinamik yüklere doğrudan maruz kalmasıdır. Son yıllarda trenlerin hızının artması ve yük vagonlarının taşıdığı yük miktarının yükselmesi nedeniyle, tren tekerleği ile ray başı yüzeyi arasındaki temas noktasında servis süresine bağlı yorulma tipi kusurların gelişmesi mümkündür. Bunlar, “Yuvarlanma Temas Yorulması” (Rolling Contact Fatigue – RCF) kusurları olarak adlandırılmaktadır.
Ölçü köşe kusurları, örneğin “Ölçü Köşe Çatlaması” (Gauge Corner Checking – GCC), raylarda en sık görülen yorulma ile ilişkili kusurlar arasındadır. Bu kusurlar, tekerlek flanşı ile ölçü tarafı (ray başının hat tarafındaki iç kenarı) arasındaki temas noktasında, yani çalışma yuvarlanma yüzeyinden rayın yan yüzeyine geçiş bölgesinde ortaya çıkar.
Ray bakım ve servis çalışmalarının daha ekonomik bir şekilde yapılabilmesi için, Ölçü Köşe Çatlaması (Gauge Corner Checking) gibi kusurların gelişimlerinin erken aşamasında tespit edilmesi gerekir. Böylece, daha sonraki aşamalarda hasarlar taşlama işlemi ile giderilebilir. Aksi takdirde, kusurlar zamanında ortadan kaldırılmazsa ilerleyerek büyüyebilir ve rayın tamamen kırılmasına yol açabilir.
Yukarıda belirtilen görev, Eddy Akım Muayene Ekipmanlarının uygulanması sayesinde başarıyla çözülebilir. Bu ekipmanlar yalnızca bu tip kusurları tespit etmekle kalmaz, aynı zamanda hasarın seviyesini de etkin şekilde değerlendirebilir.
GENEL BİLGİ
Yuvarlanma Temas Yorulması
“Yuvarlanma Temas Yorulması” (Rolling Contact Fatigue – RCF) terimi genel bir terimdir ve esas olarak tekerlek ile ray arasındaki temas yüzeyinde oluşan kayma aşırı zorlanmasının gelişimiyle ilişkili çeşitli kusurları tanımlamak için kullanılır.
RCF kusur tiplerinden biri Ölçü Köşe Çatlaması (Gauge Corner Checking)’dır. Bu kusurlar, ray başının ölçü yüzeyinde gelişir ve birbirinden 2–5 mm mesafede bulunan bir dizi çatlak şeklinde ortaya çıkar. Çatlakların derinliği 2–5 mm olabilir ve derinliğe doğru ilerleme açıları 10º ile 30º arasında değişebilir.
Şekil 1 — Ölçü Köşe Çatlaması tipi kusurlar
Ray Başı Dikey Hasarının (Ölçü Köşe Çatlaması) Derinliğinin Değerlendirilme Yöntemi
Dikey bir hasarın derinliğini değerlendirmek için Eddy Akım Muayene Yöntemi uygulanır. Bu teknik, elektromanyetik yöntemlere aittir ve ECP’nin (Eddy Akım Probu) oluşturduğu değişken elektromanyetik alan ile incelenen parçanın yüzey tabakasında oluşan eddy akımları arasındaki etkileşimin analizi esasına dayanır.
Bu nedenle, yüzey kusurlarının neden olduğu eddy akımı değişimlerini analiz ederek, ray başındaki dikey hasarın derinliği değerlendirilebilir.
Kusurların mevcut olması durumunda eddy akımlarının bu kusurlar boyunca yayılması dikkate alındığında, Ölçü Köşe Çatlamasının (Gauge Corner Checking) değerlendirilmesi mümkün hale gelir.
Dikey çatlak derinliğinin değerlendirilmesi, çatlağın gelişim açısının hesaplamalara dâhil edilmesi esasına göre yapılır ve bu amaçla aşağıdaki formül kullanılır (bkz. Şekil 2):
Şekil 2 — Ölçü Köşe Çatlaması tipi kusurun gösterimi
RCF kusurlarının tespiti görevini çözmek için, kusur dedektörünün tasarımında iki tarayıcı uygulanmıştır. Tarayıcılardan biri, ray başının ölçü yüzeyinde ortaya çıkan Ölçü Köşe Çatlamasının (Gauge Corner Checking) tespiti için, diğeri ise ilgili alanın çalışma yuvarlanma yüzeyinde ortaya çıkan Çalışma Yüzeyi Çatlamasının (Running Surface Checking) tespiti için tasarlanmıştır.
Şekil 3 – Ray Kusur Dedektörü ETS2-77
Şekil 4 – ETS2-77 Kusur Dedektörünün İki Bağımsız Tarayıcısı ve 8 Eddy Akım Prob(u) (ECP)
İki bağımsız tarayıcının ve 8 Eddy Akım Probu (ECP)’nun kullanımı, 48 mm genişliğinde muayene alanının elde edilmesini mümkün kılmıştır.
Ray başının ölçü yüzeyi muayenesi için kullanılan tarayıcının 4 ECP’si, probun hassas bölgelerinin bloklanması suretiyle sabitlenmiştir. Buna karşılık, ray başının yuvarlanma yüzeyinin muayenesi için kullanılan tarayıcının 4 ECP’si ayarlanabilir olup değişken konumlandırmaya sahiptir.
Operatörün kolaylığı için ETS2-77 kusur dedektörünün tarayıcıları iki pozisyona sahiptir:
Çalışma (1): ECP’ler raya bağlandığında ve temas halinde olduğunda”,
Taşıma (2) – ECP’ler raydan çıkarıldığında.
ETS2-77 kusur dedektörlerinin uygulanması, hem hatların hem de ray anahtarlarının 0,3 – 2,5 m/s hız aralığında muayenesini mümkün kılar.
Şekil 5 – Ölçü Köşe Çatlaması için Demiryolu Hattı Segmentinin Muayenesi
Ray başındaki dikey hasarın derinliğini değerlendirmek için, ETS2-77 kusur dedektörünün yazılımı operatörün kullanım kolaylığına yönelik geniş özelliklerle donatılmıştır. Bunlar şunları içerir:
hizmet bilgisi verilerinin girilmesi (test edilen ray segmenti, sol veya sağ ray, yol koordinatı, operatör vb.),
sonuçlarla yol koordinatları arasında ilişki kurmaya ve veri analizini kolaylaştırmaya imkân tanıyan işaretçilerin konumlandırılması,
çatlak açısının değiştirilmesi (hem test sırasında hem de sonuç analizi sırasında),
tespit edilen kusurdaki dikey hasarın derinliğinin otomatik hesaplanması,
test edilen ray segmentlerinden elde edilen “ham” sonuçların kaydedilmesi,
Yazdırma için muayene protokolleri çıktısı.
Şekil 6 — Demiryolu hattında işletmedeki ray başının muayenesi / ETS2-77’nin demiryolu hattındaki uygulanması
Şekil 7 — Metro hattında ray başının işlem sırasında muayenesi /ETS2-77’nin metro hattındaki uygulanması
SONUÇ
Ray başının muayenesi için demiryolu ve metro hatlarında eddy akım tarayıcılarının uygulanması, yalnızca RCF tipi kusurların tespit edilmesini değil, aynı zamanda bu kusurların dikey hasar derinliğinin değerlendirilmesini de mümkün kılar. Bu bilgilerin kullanımı sayesinde ray taşlama işlemi daha etkili bir şekilde gerçekleştirilecek ve bunun sonucu olarak yüzey kusurları ortadan kaldırılacaktır. Ayrıca, kusurların erken aşamada tespit edilmesi sayesinde ray yüzey tabakasından uzaklaştırılması gereken kısım önemli ölçüde azalır; böylece rayların hizmet ömrü uzatılır ve bunun sonucu olarak da konunun ekonomik boyutu üzerinde olumlu bir etki yaratılır.
