Underhåll av räler med hänsyn till: -Val av räl hårdhet -Profil underhåll, kontroll -Re profilering -Felavhjälpning / Förebyggande underhåll

Transkript

1 Underhåll av räler med hänsyn till: -Val av räl hårdhet -Profil underhåll, kontroll -Re profilering -Felavhjälpning / Förebyggande underhåll Geometri Friktion Hårdhet

2 Hårdhet och kvalite för Räler Under de senaste år tionden har dels kvaliten på räler utvecklats, krav på mått nogranhet och renhet har förbättrats, över gång till strängjutning mm ger ett bättre stål med mindre inbyggda fel och svaghter Men framför allt har man valt att i allt större utsträckning använda sig av stål med högre hårdhet för att minimera rälslitaget och maximera livslängden för rälen

3 Rekomenderad hårdhet som funktion av kurvatur och belastning

4 Minimerat Räl slitage: -Smörja -Härda -Reprofilera - Slitage är ett av de vanligaste orsakerna till tex yttersträngs byte Finns olika sätt att minska slitaget för att livslängden på rälen Smörja med spår monterad eller lok monterad utrustning Fördelar: enkelt och effektivt sätt att minska slitage, framför allt sido slitaget Enkelt att mäta när rälen behöver bytas pga. slitaget tex med mätvagn Buller dämpande effekt pga sänkning av skjuvkrafter, minskning av «skrik ljud» Nackdelar: Går ej att smörja hela året, minskar styr förmågan hos lok och vagnar, kan bli problem med översmörjning, svårt att reglera översmörjning => halt spår Sämmre effekt än räl med högre hårdhet Kräver smörjutrustning som skall underhållas

5 Ökad Räl hårdhet Antingen härdning och / eller legeringar i stålet ger hårdare yta Nackdel med legering av hela rälen är att den blir spröd Huvudhärdad räl ger en mjuk räl med ett hårt rälhuvud som motstår nötning

6 Ökad Räl hårdhet Nackdel: När rälen blir hård så minskar nötningen dramatiskt, blir nötningen, slitaget för liten uppstår yt-utmattning vid metall mot metall kontakt Utmattningen sker i ytan och / eller strax under ytan Detta leder till spricktillväxt som i förlängmning leder till material bortfall i ytan (spalling) då sprickan växer i ytskiktet och möter en anna spricka eller räls brott om sprickan växer ner i rälen Alternativt bildas korta vågor, korrugering en form av utmattning

7 Mjuk räl - Hård Räl Mjuk räl med stort slitage, slitaget begränsar livslängd Hård räl med litet slitage, ytutmattning begränsar livslängd RCF: Rolling Contact Fatigue

8 Mjuk räl - Hård Räl Stort slitage, framför allt vid höga Axal laster Inga eller små förekomster av kontakt utmattning speciellt vid normala axel laster Inget större behov av slipning Smörjning minskar slitaget Lätt att kontrollera slitaget med mätvagn eller okulärt Inga problem att svetsa med Thermit svets metoder Lågt slitage, framför allt vid höga Axal laster Ytans hårdhet ger kontakt utmattningsskador om det inte slipas regelbundet Smörjning minskar slitaget ytterligare med kan öka spricktillväxt Svårt att kontrollera spricktillväxt innan sprickorna blir stora, Virvelströmsmätning krävs Stora sprickor upptäcks i princip för sent med Ultraljuds mätning Kräver speciell Thermit svets

9 Val av Räl profil Räler tillverkas i en mängd olika profiler enligt olika länders specifiaktioner Toleranser och mått finns väl beskrivan i tex EN Olika profiler är framtagna för mer eller mindre specifika krav 60 E1, för höghastighetståg med relativt låg axel last, ger god styrning vid stora kurvradier 60 E2, 54 E4, BS 113A (56E1): Anti Head Check profil, motverka ytutmattning Special profiler som slipas eller fräses in på spår med speciella krav: MB1 1:30, ÖSB 1 1:20, MB4 1:30 mm. Olika räl lutning ger liknande effekt

10 Definition av Räl profil Typisk måttsättning av räl profil: OBS: Består av radier och båglängder.

11 Val av Räl profil Toleranser och mått finns väl beskrivan i tex EN Obs Toleranser vid tillverkning av räler är större än tolerans krav vid reprofilering i spår, se EN

12 Val av Räl profil Toleranser efter reprofilering i spår se EN

13 MiniProf for Windows Version Räl profil Typisk skillnad i rälprofiler Page 2 of 3 Date: den 24 november 2013 Time: 06:40:58 nsb_s54.mpt , ,7 10 6, , , ,1-75 Line = Direction = Position = Rail = 54e4.mpt Line = Direction = Position = Rail = Copyright(c) , Greenwood Engineering

14 MiniProf for Windows Version ,3 Räl profil Typisk skillnad i rälprofiler Page 1 of 3 Date: den 24 november 2013 Time: 06:43:57 54e4.mpt [1] 0,2 0,1 0,0-0,1-0,2-0,3-0,4-0,5-0,6-0,7-0,8-0,9-1,0-1, Copyright(c) , Greenwood Engineering

15 Profil underhåll, kontroll Hård räl lämpar sig väl för höga axellaster, lämplig profil för banans kurvatur ger ett mindre underhålls behov Profilen behöver anpassas till kurvradier, i princip klarar man sig i de flesta fall med två profiler En profil för ytterrälen (HR: High Rail): för att minska spricktillväxt, sprida lasten över en större yta samt flytta max belastningen över tid En profil för innerräl (LR: Low rail) samt för rakspår (TT: Tanget Track) bägge rälerna: för att sprida belastningen, minska yttrycket samt för att motverka sinusgång och i den mån det går bättra på styrningen Kräver regelbunden reprofilering för att: Slipa bort utmattad yta samt eventuella sprickor i möjligaste mån Återställa en profil enligt ovan för att sprida ut max belastning för utmattnings lasten Kritiskt slitage, optimal averkning i förhållande till livs längd Kritiskt slitage skiljer sig mycket mellan kurvor och rakspår

16 Rull kontakt utmattning, Rolling Contact Fatigue: RCF

17 Profil modifiering HR: Profil modifiering / Avlastning av Farbanekant 2 Punkts kontakt Utan profil modifiering uppstår 1-punkts kontakt vilket ger RCF på farbanekant / TOR Profilen modifieras från 1-punkta kontakt till 2-Punkts kontakt : Farbane kanten får minimalt med RCF pga ökat slitage Rullbanan på hjulet hamnar på TOR samt sprids ut en del så trycket minskar och belastningen hamnar utanför RCF området Po Mode 0: Stabil gång, ingen slipning Mode 0: Stabil gång, med slipning Tc

18 Minimum principal stress, current worn rail profile, P8 wheel - centred Plastic strain, current rail profile, P8 wheel - centred Minimum principal stress, ground rail profile, P8 wheel - centred Plastic strain, ground rail profile, P8 wheel - centred Level 1-18

19 -Profil underhåll: Reprofilering reprofilering Förändra räl profilen både transversalt och longitudinalt slipning En nötande, slipande metod som använder (numera) slipstenar som roterar vinkelrät eller längs med rälen. Resulterar i en mycket jämn avverkning men mindre exakt profil. fräsning En skärande bearbetning som skär bort små metall spån från ytan med ett roterande skärverktyg. Resulterar i en mycket exakt profil, men ojämn avverkning. hyvling En äldre metod som skär en kontinuerlig bit metall från räl huvudet med ett fixerat skär stål. Exakt profil men svår kontrollerad avverkning. Oftast för stor material avverkning.

20 Åtgärd: Reprofilera och avlägsna utmattat material Reprofilering: Sliten räl profil reprofileras till en optimerad räl profil för bästa möjliga konicitet, utan att rälen behöver bytas. Olika profiler på rakspår resp. kurvor för optimal styrning och stabilitet. Ta bort lokala ytskador efter div arbeten Jämna ut svetsar, antingen de är höga, låga eller krokiga Ta bort mjukt ytskikt på ny räl Öka spårvidd vid behov

21 -Profil underhåll, kontroll Genom att avlägsna en viss mängd av ytmaterialet, jämnt med hela ytan (inklusive variationer pga. reprofilering) kommer man ner till material i rälen som inte är utmattat och processen kan börja om Det är en kontrollerad slitage process, avlägsnar sprickor innan de blir ett problem Förhindrar spricktillväxten även om sprickor finns kvar OBS: Kontroll måste ske så att slipning sker oftare (större material avverkning än spricktillväxt) Flyttar kontakt punkten för att minimera spricktillväxt I princip blir rälen som ny fast med bättre anpassad profil, Dvs. bättre än ny!

22 w R 1 w R 2 Hjul/Räl kontakt

23 Slipning Vanligaste förekommande reprofilerings metoden Stor flexibilitet Kan variera profilen längs spåret, olika profiler på rakspår och i kurva. Inner räl kontra ytter räl Hög kapacitet, upp till ca Km/ h i arbetshastighet. Avverkning och reprofilerings kapacitet beror direkt på storleken av sliptåget, dvs hur många slip motorer / stenar det har För att klara det på ett passage krävs i princip ett 64 stenars tåg Växel slipning: Sker med små sliptåg speciellt konstruerade för att kunna slipa växlar. Kräver många passager innan växeln är klar

24 C21-64 Stenars Loram Sliptåg

25 Loram C21 64 stenars linje slipmaskin (UK)

26 Slitet Sliphjul, Linje slip

27 Fräsning Används mest i Tyskland och Österike Fräser med stor nogranhet en profil lämgs spåret I dags läget inte helt enkelt att variera profilen längs spåret Räcker med en passage Litet tåg, lätt att serva och parkera mellan skiften, tar lite plats Långsam framdrift, ca 1-2 km /h, räcker dock med en passage Designat för att ta bort sprickor i rälen, inte för att modifiera profilen Tar bort mycket material Passar bra i stads miljö, tyst och damfritt Milling Machine.AVI

28 Fräs hjul 1400 mm i diameter

29 2 Fräshjul samt ett litet sliphjul

30 Fräsning samt fin slipning

31 För och nackdelar med Slipning och Fräsning Slipning: Konstant averkning Flexibelt vad det gäller olika profiler Stora toleranser på profil Hög värme utveckling, stor brandrisk Kan skada axel räknare och kablage Bullrigt och dammigt Ej lämpligt i tunnlar, skitar ner Designad fölr att modifiera räl profil Kör ofta sönder äldre räl smörjnings utrustning, dtektorer mm Fräsning: Leverar konstant profil Begränsad flexibilitet för profiler Averkning varierar Kräver jämn styvhet i spåret Låg värme utveckling Inget metall spill i spåret, allt sugs upp Inget damm, lågt ljud Lämpligt i tunnlar o städer Designad för att ta bort sprickor Inga problem med Axel räknare, smörjutristning etc

32 Slipnings filosofi Motverka de belastningar som genererar yt-utmattning, RCF genom att optimera profilen, dvs orsaken till problemt Reprofilera räl profilen till en «anti HC profil» dvs profilen skall motverka bildandet och tillväxt av sprickor Inget fokus på att avlägsna alla spricker, däremot på att motverka bildning och tillväxt av spricker genom att flytta den kritiska belastningen Ta bort den utmattade ytan, men så lite som möjligt med fullgod effekt, ca 0,2 0,5 mm / pass (helt beroende på storleken av sliptåget) Förebyggande underhåll

33 Höghastighets slipning High Speed Grinding: HSG - Ytterligare en variant av slipning - Ingen direkt drivning av slipstenarna - Drivs av friktionen mellan sten och räl - Avlägsnar ett tunt ytskikt, ca 0,035 mm / pass - Ingen egentlig re-profilering, avlägsnar ett jämnt skikt över hela ytan - Fördelen är att det sker i relativt hög hastighet, ca 80 km/h - Bra som preventiv åtgärd på ny räl

34 Fräsnings filosofi Tar bort sprickor och skador i rälen, dvs symptomen av utmattningen Optimerar ej profilen längs spåret Effektivt vid stora skador i rälen samt vid svår vågbildning Korrektiva åtgärder, tar bort mycket räl material, 0,4 2 mm Är beroenda av en jämn styvhet i spåret för att det skall bli ett bra resultat Fungerar mycket bra på växlar med rörlig korsnings spets

35 Periodicitet, reprofilerings intervall Miljoner brutton ton :a slipningen 2:a slipningen 3:e slipningen Initial spricktillväxt Optimalt slitage Accelererande sprickor Skade djup

36 Slipning / Fräsning => Skade minimering 1:a Cykeln: Korrigera profil (1_2 Cykler), Kontrollera RCF tillväxt och initiering 2-3 Cykeln : RCF tillväxt under kontroll pga. underhålls slipning av profilen, mängden spricker reduceras Level Cykeln: RCF minimeras mha. reprofilering, Optimalt så har man nu tagit bort de kvarvarande sprickorna

37 Olika underhålls senario Förebyggande slipning: Slipa ny räl för att ta bort ty ojämnheter, ta bort Mill scale dvs det yttersta mjuka skiktet efter tillverkningen. Minimerar vågbildning i kurvor Underhålls slipning. Slipar ofta men lite, innan skador uppstår Korrektiv slipning. Slipar sällan men mycket för att ta bort skador efter att de har uppkommit Spårvidds slipning, bättre tåg gång

38 Slutsats: Ekonomiskt lönsamt Reprofilering => Slipning / Fräsning är ett effektivt underhålls verktyg, men: -Det kräver en god planering: -Var skall det slipas, sliptågen kostar en hel del. Kräver en robust plan, helst ett flerårigt upplägg -Vad / Vilken profil skall användas var? Kurvor, Rakspår, Växlar? -Periodicitet? Förebyggande, Underhåll? Korrektiv?

39 Slipning kan förbättra spårkvaliten samt minska behovet av rälbyte, i de allra flesta fall