Ocena zgodności systemów przytwierdzeń szyn

Od kilkunastu lat spełnienie wymagań jest sprawdzane poprzez badania wykonywane zgodnie z europejskimi normami. Pomimo obowiązywania szczegółowych przepisów regulujących zagadnienia techniczne związane z systemami przytwierdzeń, wciąż występuje wiele wątpliwości dotyczących udostępniania ich na rynku.

Fot. 1. Przykład systemu przytwierdzeń SB

Definicja systemu przytwierdzeń szyn

Określenie prawidłowej definicji systemu przytwierdzeń, choć może wydawać się trywialne, nie jest do końca takie oczywiste. Zgodnie z normą PN-EN 13481-1 system przytwierdzeń jest definiowany jako zespół elementów, które mocują szynę do konstrukcji nośnej i zachowują ją w wymaganej pozycji, pozwalając jednocześnie na wszelki niezbędny ruch pionowy, poprzeczny oraz wzdłużny*.

W przypadku systemów przytwierdzeń stosowanych w Polsce, najwięcej kontrowersji swego czasu wzbudzała kwestia przynależności definicyjnej kotwy żeliwnej, tj. czy jest ona elementem podkładu czy też systemu przytwierdzeń. Zwolennicy kotwy jako elementu podkładu uzasadniali, że jest ona trwale zabetonowana w podkładzie już od momentu jego wyprodukowania. I choć trudno temu zaprzeczyć, to jednak z zapisów norm wynika jednoznacznie, że jest ona elementem systemu przytwierdzeń, gdyż w normach dotyczących wymagań dla systemów na podkładach betonowych, w nawierzchni bezpodsypkowej oraz dla systemów specjalnych podano wymagania dla zabetonowanych i wklejonych elementów systemów przytwierdzeń*.

Zatem elementami systemu przytwierdzeń SB są łapki, wkładki dociskowe, przekładka i kotwy żeliwne, a elementami klasycznego systemu przytwierdzeń na podkładach drewnianych są łapki, pierścienie sprężyste, nakrętki, śruby stopowe, podkładka żebrowa, przekładka podszynowa oraz wkręty.

Polecamy: Modernizacja kolei w Polsce – rynek o dużym potencjale

Wymagania norm europejskich dotyczące systemów przytwierdzeń szyn

Normy wyróżniają pięć kategorii systemów przytwierdzeń przedstawionych w tablicy 1. Kategoria A dotyczy przede wszystkim systemów stosowanych w lekkich kolejach miejskich, np. metrze czy tramwajach. Systemy kategorii B mogłyby zostać zastosowane również na liniach kolejowych aglomeracyjnych, na których przewozy realizowane są wyłącznie zespołami trakcyjnymi, mających zazwyczaj mniejszy nacisk osi niż lokomotywy. Podstawowymi systemami stosowanymi na liniach kolejowych są te z kategorii C oraz D. Warto zwrócić uwagę, że na torach z systemami kategorii C oraz D mogą być eksploatowane pojazdy o nacisku osi do 260 kN. Systemy kategorii E są dedykowane liniom silnie obciążonym (z ang. Heavy Haul), które w Europie są mniej popularne niż na kontynencie amerykańskim czy australijskim.

Tabl. 1. Kategorie systemów przytwierdzeń szyn

Systemy przytwierdzeń są sprawdzane zgodnie z metodami badawczymi przedstawionymi w normach serii PN-EN 13146. W tablicy 2 przedstawiono zakres badań w zależności od przeznaczenia tych systemów.

Tabl. 2. Zakres badań systemów przytwierdzeń szyn

Tabl. 3. Wymagania techniczne dotyczące systemów przytwierdzeń szyn

Wymagania TSI

Przed szczegółową analizą wymagań technicznych specyfikacji interoperacyjności (TSI) należy mieć na uwadze, że wymagania dla jej składników dotyczą tradycyjnej konstrukcji toru na podsypce tłuczniowej z szyną Vignolesa na betonowych lub drewnianych podkładach i przytwierdzeniach, zapewniających opór przed przemieszczeniem wzdłużnym szyny dzięki przytwierdzeniu jej stopki.

Części składowe i podzespoły wykorzystywane do budowania innych konstrukcji toru nie są uznawane za składniki interoperacyjności. Dotyczy to choćby elementów nawierzchni bezpodsypkowych (np. systemów przytwierdzeń, podpór blokowych, podkładów, podrozjazdnic).

Za składniki interoperacyjności nie są również uznawane szyny, przytwierdzenia i podkłady stosowane na krótkich odcinkach toru do szczególnych celów, na przykład na rozjazdach oraz skrzyżowaniach, w przyrządach wyrównawczych, płytach na odcinkach przejściowych i budowlach specjalnych.

Techniczne specyfikacje interoperacyjności nie przywołują wprost norm dotyczących systemów przytwierdzeń, ale wymagania w nich zawarte opisują metody badawcze ujęte w tych normach. Zgodnie z TSI system przytwierdzeń szyn musi spełniać w warunkach badań laboratoryjnych następujące wymagania:

a) siła wzdłużna niezbędna do zapoczątkowania przemieszczania się (tj. przesuwania w sposób niesprężysty) szyny przez pojedyncze przytwierdzenie musi wynosić co najmniej 7 kN, a dla prędkości powyżej 250 km/h – co najmniej 9 kN;

b) system przytwierdzeń musi wytrzymać przyłożenie 3 mln cykli typowych obciążeń przykładanych na ostrym łuku, tak by parametry przytwierdzenia w kategoriach siły docisku i wzdłużnej wytrzymałości toru nie zostały obniżone o więcej niż 20%, a sztywność pionowa nie została obniżona o więcej niż 25%; typowe obciążenia muszą być adekwatne do:

• maksymalnego nacisku osi, który zgodnie z projektem ma wytrzymać system przytwierdzeń;
• kombinacji szyny, jej pochylenia poprzecznego, podkładki podszynowej oraz rodzaju podkładów, z którymi dany system przytwierdzeń może być używany.

Zgodnie z art. 7, ust. 4 ustawy TSI INF, od dnia 1 stycznia 2016 r. nowo wyprodukowane składniki interoperacyjności są objęte deklaracją WE zgodności lub przydatności do stosowania. Zatem producenci powinni przeprowadzić ocenę zgodności, która w przypadku systemów przytwierdzeń ujęta jest w module CA lub CH.

W module CA deklaracja jest wystawiona przez producenta wyłącznie na podstawie przeprowadzonych badań, natomiast w CH wystawienie deklaracji może nastąpić dopiero po uzyskaniu certyfikatu uznania systemu zarządzania jakością, wydanym przez jednostkę notyfikowaną.

Systemy przytwierdzeń szyn – wymagania „rozporządzenia 720”

W przypadku realizacji systemu przytwierdzeń na liniach nieobjętych obowiązkiem stosowania TSI (np. metra, wąskotorowe, szerokotorowe, bocznice kolejowe czy też infrastruktura funkcjonalnie wydzielona z systemu kolei), ocenę zgodności przeprowadza się na podstawie zapisów Rozporządzenia Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 13 maja 2014 r. w sprawie dopuszczania do eksploatacji określonych rodzajów budowli, urządzeń i pojazdów kolejowych (Dz.U. z 2014 r. poz. 720), tzw. rozporządzenia 720. W celu uzyskania świadectwa dopuszczenia do eksploatacji konieczne jest otrzymanie certyfikatu zgodności typu. W procesie certyfikacji przeprowadzanej przez jednostkę, o której mowa w art. 22g ustawy o transporcie kolejowym, niezbędne jest wykazanie zgodności wyrobu z właściwymi specyfikacjami i dokumentami normalizacyjnymi, wśród których wymienione są normy serii PN-EN 13481. Zatem, bez względu na przeznaczenie i zakres stosowania systemów przytwierdzeń (linie weryfikowane wg TSI lub pozostałe), wymagania techniczne dla nich są tożsame.

Fot. 2. Przykład toru o tradycyjnej konstrukcji

Systemy przytwierdzeń szyn a wymagania ustawy o wyrobach budowlanych

Zgodnie z obowiązującymi od lat przepisami prawa, linie kolejowe są obiektami, na których zabudowuje się różnego typu wyroby budowlane. Jeszcze kilka lat temu było wiele wątpliwości związanych z wprowadzaniem do obrotu systemów przytwierdzeń, ponieważ producenci niekiedy kilkukrotnie przeprowadzali proces oceny zgodności:

• na podstawie TSI, wydając deklarację zgodności WE;
• na podstawie ustawy o transporcie kolejowym, wydając deklarację zgodności z typem;
• na podstawie ustawy o wyrobach budowlanych, wydając krajową deklarację zgodności (obecnie krajową deklarację właściwości użytkowych).

Teraz wyroby wymienione w „rozporządzeniu 720” (w tym systemy przytwierdzeń szyn) nie są objęte obowiązkiem sporządzania krajowej deklaracji właściwości użytkowych, o której mowa w ustawie o wyrobach budowlanych.

W przypadku chęci udostępnienia systemów przytwierdzeń na rynku, niezbędne jest natomiast sporządzenie deklaracji zgodności WE (na liniach weryfikowanych wg TSI) lub deklaracji zgodności z typem (na pozostałej infrastrukturze kolejowej objętej ustawą o transporcie kolejowym).

Krajowa deklaracja właściwości użytkowych może być natomiast sporządzona dla elementów przytwierdzeń szyn (np. łapek, przekładek podszynowych), choćby w przypadku ich dystrybucji w celach utrzymaniowych (wymiana pojedynczych elementów) lub przeznaczenia na infrastrukturę tramwajową.

Systemy przytwierdzeń szyn. Podsumowanie

Proces oceny zgodności systemów przytwierdzeń szyn jest zazwyczaj ostatnim etapem udostępniania ich na rynku. Spośród wszystkich elementów nawierzchni kolejowej to one ulegają najczęstszym modyfikacjom, tak więc dobra znajomość reguł oceny zgodności jest kluczowa dla sprawnego wdrażania nowych, innowacyjnych produktów.

W najbliższym czasie, z uwagi na konieczność wdrożenia IV pakietu kolejowego, spodziewane są kolejne zmiany w przepisach dotyczących wprowadzania do obrotu m.in. systemów przytwierdzeń. Nie wiemy, jakiego typu będą to modyfikacje, gdyż wciąż trwają w tym zakresie prace legislacyjne.

Literatura

1. PN-EN 13146-1:2012 Kolejnictwo – Tor – Metody badań systemów przytwierdzeń – Część 1: Określenie oporu podłużnego szyny.
2. PN-EN 13146-2:2012 Kolejnictwo – Tor – Metody badań systemów przytwierdzeń – Część 2: Określenie oporu na skręcanie.
3. PN-EN 13146-3:2012 Kolejnictwo – Tor – Metody badań systemów przytwierdzeń – Część 3: Określenie tłumienia obciążeń dynamicznych.
4. PN-EN 13146-4:2012 Kolejnictwo – Tor – Metody badań systemów przytwierdzeń – Część 4: Skutki obciążeń powtarzalnych.
5. PN-EN 13146-5:2012 Kolejnictwo – Tor – Metody badań systemów przytwierdzeń – Część 5: Określenie rezystancji elektrycznej.
6. PN-EN 13146-6:2012 Kolejnictwo – Tor – Metody badań systemów przytwierdzeń – Część 6: Skutki trudnych warunków środowiska.
7. PN-EN 13146-7:2012 Kolejnictwo – Tor – Metody badań systemów przytwierdzeń – Część 7: Określenie siły docisku.
8. PN-EN 13146-8:2012 Kolejnictwo – Tor – Metody badań systemów przytwierdzeń – Część 8: Badania eksploatacyjne.
9. PN-EN 13146-9+A1:2012 Kolejnictwo – Tor – Metody badań systemów przytwierdzeń – Część 9: Określenie sztywności.
10. PN-EN 13146-10:2017-04 Kolejnictwo – Tor – Metody badań systemów przytwierdzeń – Część 10: Próbny test obciążenia w celu potwierdzenia odporności na wyciąganie.
11. PN-EN 13481-1:2012 Kolejnictwo – Tor -Wymagania eksploatacyjne systemów przytwierdzeń – Część 1: Definicje.
12. PN-EN 13481-2:2012 Kolejnictwo – Tor – Wymagania eksploatacyjne systemów przytwierdzeń – Część 2: Systemy przytwierdzeń do podkładów betonowych.
13. PN-EN 13481-3:2012 Kolejnictwo – Tor – Wymagania eksploatacyjne systemów przytwierdzeń – Część 3: Systemy przytwierdzeń do podkładów drewnianych.
14. PN-EN 13481-4:2012 Kolejnictwo – Tor – Wymagania eksploatacyjne systemów przytwierdzeń – Część 4: Systemy przytwierdzeń do podkładów stalowych.
15. PN-EN 13481-5:2012 Kolejnictwo – Tor – Wymagania eksploatacyjne systemów przytwierdzeń – Część 5: Systemy przytwierdzeń w torze o nawierzchni bezpodsyp- kowej z szyną zamocowaną na płycie lub z szyną zamocowaną w kanale szynowym.
16. PN-EN 13481-7:2012 Kolejnictwo – Tor – Wymagania eksploatacyjne systemów przytwierdzeń – Część 7: Systemy przytwierdzeń specjalnych w rozjazdach i skrzyżowaniach oraz kierownicach.
17. Rozporządzenie Komisji (UE) nr 1299/2014 z dnia 18 listopada 2014 r. w sprawie technicznych specyfikacji interoperacyjno- ści podsystemu „Infrastruktura” systemu kolei w Unii Europejskiej (Dz.Urz. UE L356 z 12.12.2014, str. 1).
18. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 13 maja 2014 r. w sprawie dopuszczania do eksploatacji określonych rodzajów budowli, urządzeń i pojazdów kolejowych (Dz.U. z 2014 r. poz. 720).
19. Ustawa z dnia 28 marca 2003 r. o transporcie kolejowym (Dz.U. z 2019 r. poz. 710 z późn. zm.).
20. Ustawa z dnia 16 kwietnia 2004 r. o wyrobach budowlanych (Dz.U. z 2019 r. poz. 266 z późn. zm.).

*Tłumaczenie własne autora.

mgr inż. Grzegorz Stencel
Instytut Kolejnictwa

Sprawdź też: Kryterium liczby torów w klasyfikacji przejazdów