UST 02 - De ultrasoontrein van de nieuwe generatie
voor de inzet bij de Europese spoorwegen

De veilige berijdbaarheid van het spoor vereist een regelmatige controle, analyse en evaluatie van de met ultrasoontreinen opgenomen gegevens.
 

1. Opbouw van de ultrasoontrein

Voor het gebruik bij de Europese spoorwegen ontwikkelde Eurailscout Inspection & Analysis BV voor haar klanten als aanvulling op de bestaande vloot een ultrasoontrein van de nieuwe generatie.

De ultrasoontrein UST 02, het jongste lid in de vloot van Eurailscout BV, is een uit twee elementen bestaand voertuig met een totale lengte van 41,4 m. De beide voertuigsecties zijn vast gekoppeld en door een voor reizigerstreinen standaard zijnde overgangsinrichting verbonden.

Om het gebruik op het Europese continent te waarborgen, is uitgegaan van het voertuig omgrenzingprofiel UIC-Mb 505. De meettrein is op trajecten met een normale spoorwijdte inzetbaar en op verzoek van de klant naar een bredere spoorwijdte om te bouwen.

De maximale rijsnelheid van de ultrasoontrein bedraagt 120 km/h. De UST 02 wordt door middel van twee units aangedreven, die ieder uit een dieselmotor en een hydrodynamische aandrijving bestaan en onder de vloer van het voertuig zijn gemonteerd.

Het voertuig is uitgerust met pneumatisch bediende schijfremmen van het type KE. Als aanvulling daarop is er een nagenoeg slijtagevrije, dynamische rem in de vorm van een retarder geïnstalleerd.
Voor het gebruik in Europa beschikt de ultrasoontrein over het moderne treinradio systeem GSM-Rail.
Om de interoperabiliteit te garanderen is de UST02 uitgerust met het Duitse beveiligingsystemen PZB 90 en het Nederlandse veiligheidssysteem ATB.

De ultrasoontrein UST 02 is speciaal voor de in Europa geldende klimatologische omstandigheden (- 25 °C tot + 40 °C) geconcipieerd. Beide voertuigsecties zijn uitgerust met verwarmingsinstallatie en airconditioninginstallatie in overeenstemming met de eisen volgens UIC 651 met betrekking tot te handhaven kamertemperaturen en ventilatiecijfers.

De ultrasoontrein beschikt over twee aangedreven draaistellen aan de stuurstand zijden en over twee loopdraaistellen aan de gekoppelde zijden van de trein. In beide loopdraaistellen zijn de sensoren van de meetsystemen gemonteerd.

Het interieur van de trein bestaat uit werkruimten, ruimten voor gemeenschappelijk gebruik, opslagruimte en sanitaire voorzieningen.

Wagensectie 1 bevat de bestuurderscabine 1, een slaapruimte, opslagruimten voor technische apparaten, watervoorraadtanks, de keuken, de sanitaire voorzieningen en de werkplaats. Voor de keuken en de sanitaire accommodaties staat er een watervoorraad van ca. 1000 liter ter beschikking. Al het afvalwater wordt naar een centrale bioreactor geleid.

Wagensectie 2 bevat een tussenruimte naar het overgangsgebied, een royale meetruimte, watervoorraadtanks, de vergaderruimte, ruimte voor 19" rekken, opslagmogelijkheden en de bestuurderscabine 2.

2. Meetsystemen, weergave en opslag van de gegevens, evaluatie

De taak van de ultrasoontrein is het in real time detecteren en in kwalitatief en kwantitatief opzicht analyseren van gebreken in spoorstaven en spoorconstructies.
Daarvoor beschikt hij onder andere over twee verschillende meetsystemen, een ultrasoon meetsysteem en een wervelstroom meetsysteem. Beide systemen laten door middel van sensorische detectie, gegevensverwerking en evaluatie een omvangrijke analyse van de geteste baanvakken toe en leveren zodoende de basis voor een planbare instandhouding bij het beheer van de spoorwegen.

2.1. Wervelstroom meetsysteem

Door het gebruik van het wervelstroom meetsysteem is Eurailscout in staat om fouten aan de oppervlakte binnen het bereik van de loopkant van de rails op te sporen en te evalueren. Deze gegevens vormen de basis voor het slijpprogramma voor spoorstaven en kunnen ook worden gebruikt voor het vaststellen van de kwaliteit ná het slijpen van de spoorstaven. Het wervelstroom systeem meet met vier sensoren op iedere spoorstaaf in een bereik van ca. 0,2 tot 25 mm aan de loopkanten van de spoorstaaf. Daarnaast heeft elk meetunit per spoorstaaf een eigen wervelstroom meetapparaat met vier kanalen en een computer voor de opslag en de analyse van de gegevens. Een besturingscomputer coördineert de individuele componenten van het meetsysteem en werkt als interface voor de door de trein en door het ultrasoon meetsysteem ter beschikking gestelde signalen. Alle componenten zijn via LAN verbonden. Met behulp van DGPS (Differential Global Positioning System), tacho encoders en speciale markers worden de meetgegevens zeer nauwkeurig gelokaliseerd. Dit maakt het later lokaliseren van de gebreken voor het nameten gemakkelijker.

De wervelstroomsensoren worden in een sensorhouder onafhankelijk van de ultrasoon sensorhouder geleid. Het meetbereik van de sensoren en hun plaatsing op de spoorstaaf maakt een eenvoudige classificatie van de opgespoorde fouten volgens "RailTrack" mogelijk.

Aanvullend op deze classificatie kan er met behulp van de amplitude van de wervelstroomsignalen een duidelijk oordeel over de Head Checks worden geveld. Met inachtneming van de verschillende initiële hoeken van de scheuren ontstaat er een meetbare beschadigingdiepte van ca. 2-3 mm.

Tijdens de meting kan de operator de kwaliteit van de beelden bewaken op een controlemonitor. Deze bieden voldoende informatie om een storingvrije werkwijze van het meetsysteem te onderscheiden. Gelijktijdig met de opname van de meetgegevens worden de gegevens automatisch geanalyseerd. Op het einde van de meting staat er een lijst met resultaten van deze analyse ter beschikking.

2.2. Ultrasoon meetsysteem

Het ultrasoon meetsysteem van de derde generatie zoals toegepast bij de UST 02 werd op basis van de bestaande ultrasoon meetsystemen ontwikkeld, die hun betrouwbaarheid reeds hadden bewezen. De door Eurailscout aan het design van het ultrasoon testsysteem gestelde eisen, met de detectie van zoveel mogelijk spoorstaafgebreken, met een hogere productiviteit en een betere betrouwbaarheid als doelstelling, zijn:

• De verdubbeling van de ultrasoon testkanalen tot 32 stuks
• De mogelijkheid voor een on line verwerking van de gegevens
• Snelheid van gegevensverwerking, die een theoretische meetsnelheid van 100km/h toelaten
• Voorbereiding op een real time classificatie van de gedetecteerde gebreken
• Mogelijkheid van een onderhoud op afstand door een servicepartner gebruik makend van GSM netwerk technologie

Deze verbeteringen vereisten een aanzienlijke uitbreiding van de hard- en software. Voor de on line registratie en verwerking van de meetgegevens werd er een nieuwe processorarchitectuur ontwikkeld, die op de industriële PC-architectuur met Intel processors gebaseerd is. Er wordt van het basisbesturingssysteem Linux gebruik gemaakt.

De signalen worden tijdens de proefritten in een vroeg stadium gedigitaliseerd en bewerkt. Bovendien worden alle meetresultaten consequent opgeslagen. De verwerking van de ultrasoon meetgegevens vereist dat de in relatie tot elkaar staande gegevens, zoals spoorstaafprofielen, kilometrage en gedetecteerde spoorstaafgebreken tot zogenaamde clusters worden samengevat. Die worden deels automatisch en deels visueel door de ultrasoon analist op de ultrasoontrein geëvalueerd en geclassificeerd.

Door de consequente opslag van meetgegevens biedt het ultrasoon meetsysteem van de UST 02 de mogelijkheid voor een vergaande automatisering van het classificatieproces in "real time".

Door de integratie van een tweede meetwagen in de ultrasoontrein UST 02, de uitbreiding van de ultrasoon testkanalen tot 32 stuks alsook door de toepassing van nieuwe, toegevoegde ultrasoon tasters is de detectie van "VSH" (verticale lengte scheuren) en "Squats" in de spoorstaafkop mogelijk.

Het aantal "real time" markers- onder andere gebruikt voor de communicatie tussen de verschillende meetsystemen - is eveneens tot 32 stuks verhoogd. Andere "real time" markers, zoals tunnels, wissels en overwegen, worden door de bestuurder van het motorrijtuig ingevoerd. Deze dienen voor de synchronisatie van verschillende meetsystemen met het ultrasoon meetsysteem.

Overeenkomstige beelden van gebreken worden duurzaam op CD opgeslagen, meldingsrapporten en beelden van gebreken worden binnen de 24 uur op papier of digitale gegevensdragers aan de opdrachtgever overgedragen. Daarbij is de uitvoer in verschillende talen mogelijk.

De UST 02 wordt bediend door een team van gekwalificeerde vaklui, dat in verschillende Europese landen de nodige ervaring heeft opgedaan.

4. Samenvatting

De voordelen van de nieuwe ultrasoontrein UST 02 zijn zowel in de voertuigtechnische als in de meettechnische parameters gesitueerd. Op grond van de configuratie van de aandrijving, van het remsysteem en van de wagenbovenbouw is het mogelijk, over trajecten met hellingen tot 40 o/oo en door bogen met een radius van 120 meter te rijden. Het gebruikte, nieuw ontwikkelde ultrasoon meetsysteem met 32 kanalen waarborgt de detectie van alle voor de veiligheid relevante spoorstaafgebreken.

Door de gecombineerde verdere ontwikkeling van de ultrasoon en wervelstroom meetsystemen bij een gelijktijdige optimalisatie van de voertuigspecifieke systemen slaagde Eurailscout BV erin, met de ultrasoontrein UST02 nieuwe normen bij de meetnauwkeurigheid en gebruiksflexibiliteit in het belang van haar klanten, de Europese spoorwegen, te bepalen.