The Top of Rail Research Project

Transkript

1 Projektförslag till HLRC The Top of Rail Research Project Projekttid 4 år Sökt belopp från HLRC: 9,25 MSEK Beviljat från JVTC: 2,25 M SEK Avdelningen för Drift & Underhåll och avdelningen för Experimentell Mekanik

2 Medverkande parter Professor Per-Olof Larsson-Kråik, projektledare (Trafikverket). 2 x professor Jan Lundberg, handledare och forskare (LTU) Biträdande professor Johan Casselgren, handledare och forskare (LTU Tekn.dr Per Gren, biträdande handledare (LTU) Tekn. dr Farzaneh Ahmadzadeh (LTU) 2 doktorander (LTU) Civ. ing Thomas Nordmark (LKAB FoU Logistik) Personal från Trafikverket och LKAB Roland Bång, Uh ansvarig (Infranord)

3 Bakgrund Framtida krav på ökad axellast och ökad transportkapacitet på Malmbanan kommer att medföra oacceptabelt slitage på hjul och räl. Transportkapaciteten bör öka med 80 % mellan 2010 och Detta medför kraftigt ökat slitage på räl och hjul. Samtidigt minskat tillgänglig tid drastiskt för underhåll, på grund av ökad trafik Enligt Trafikverket genereras 50 % av alla drift och underhållskostnader i kontakten mellan hjul och räl. Vissa indikationer tyder på att Top of Rail kan fungera framgångsrikt som slitagereducerare på järnväg utomlands. Pilotstudie som genomförs nu av LKAB och Trafikverket visar att ökad vetenskaplig kunskap krävs om Top of Rail smörjning framgångsrikt skall kunna införas på Malmbanan Projektförslaget är mycket väl förankrat hos Thomas Nordmark (LKAB) och hos Trafikverket vars personal kommer att stötta forskningen.

4 Top of rail utrustning

5 Projektmål Att genom forskning leverera ny kunskap så att LKAB och Trafikverket kan besluta om och hur Top of Rail smörjsystem skall implementeras samt vilka besparingar och andra fördelar som kan erhållas. Dessutom är målet att leverera en ny prototyp för kontinuerlig inspektion av mängden smörjmedel och utmattningssprickor på rälen

6 Övergripande forskningsfråga Hur påverkar TOR, slitage på hjul och räl, på framtidens Malmbana och hur skall TOR där genomföras för maximal transportkapacitet och bästa möjliga ekonomi?

7 Delforskningsfrågor 1. Varför ökar slitage och sprickor på hjul och räl under vintern? 2. Hur ser relationen ut mellan synliga och icke synliga sprickor ut på Malmbanan och hur utvecklas slitage och sprickor som funktion av Top of Rail parametrar (ex. smörjmedelmängd, avstånd mellan smörjapparater, smörjfrekvens, last, etc)? 3. Vilken är den bästa teoretiska-empiriska modellen för livslängdberäkning av hjul och räl där alla väsentliga parametrar beaktas? 4. Hur skall en teoretisk-empirisk modell för beräkning av livscykelkostnader för räl och hjul utformas? 5. Hur kan man på bästa sätt mäta slitage och sprickor genom att använda tåg där mätteknik från andra applikationer utnyttjas? 6. Vilken teknik är mest lämplig för att uppskatta kvarstående smörjmedelsmängd på rälen? 7. Hur skall en räl/hjulfriktionsalgoritm utformas som använder sig både av direkta och indirekta metoder?

8 Forskningens och teknikens ståndpunkt Det finns ingen forskning som har studerat inverkan av TOR under arktiska förhållanden och extrem last Vetenskapen är överens om att mer forskning krävs framförallt där fältprov utnyttjas för leverans av realistiska mätdata som kan ligga till grund för nya och bättre slitage och LCC modeller Speciellt krävs ökad kunskap och sprickpropagering i kombination med TOR

9 Tillvägagångssätt Projektet består av två delar som är beroende av varandra: Del 1: Fältprov och underhållsforskning Del 2: Forskning om nya mätmetoder

10 Kontinuerligt och nära samarbete mellan två forskningsavdelningar För att komma fram till ett underhållssystem som möter framtidens krav krävs ökad vetenskaplig kunskap om snabbare och bättre mätmetoder som ger indata till nya och bättre slitagemodeller och livscykelkostnadsberäkningar

11 Delprojekt 1 (Avd. För Drift och Underhåll) Kartläggning av teknikens och forskningens ståndpunkt Mätningar av slitage (Mini Prof) och sprickor (UT) på räl och hjul, energiförbrukning, last, hastighet, spårkrafter, dragkraft, smörjmedelsmängd, smörjfrekvens, smörjintervall, avstånd mellan smörjpunkter, fuktighet, temperatur, underhållsaktiviteter, ljud och vibrationer Modellering av livslängd som funktion av ingående parametrar för hjul och räl med ANN och systematiska merittalsmetoder, etc. Livscykelkostnadsanalys där våra senaste forskningsrön utnyttjas. Ljud och vibrationsmätningar.

12 Delprojekt 2 (Avd för Experimentell Mekanik) Rail eye sensorn: Laserbaserad sensor för kontinuerliga mätningar av nedsmutsning och slitage av räl. Fluorescens mätningar av sprickor, förslitningsskador och smörjmedels tjocklek. Detektering av sprickor och förslitningsskador med hjälp av termografi för verifiering av de två andra optiska metoderna. Rail friction estimation. Friktions estimering baserat på hjulhastigheter.

13 Akademiska resultat 2 doktorsavhandlingar och 2 tekniska doktorer inom området Top of Rail 8 accepterade forskningsartiklar i internationella vetenskapliga tidskrifter med referee förfarande Ökad vetenskaplig kunskap om Top of Rail och nya relaterade mätmetoder

14 Industriella resultat för LKAB Möjliggör reducerad spänningsnivå i hjul-räl kontakterna, vilket öppnar upp för ökad axel last och lastintensitet (STAX 32,5). Minskad risk för okontrollerad spricktillväxt till rälsbrott mellan periodiska UT mätningar Livscykelkostnadsberäkning för hela konceptet. Slitage och spricktillväxt på grund av TOR. Riktlinjer för avstånd mellan smörjaggregat, smörjfrekvens, etc. Ökad tillgänglighet på rullande material (hjul, vagnar och lok). Möjlighet att länka information UH system MAXIMO.

15 Leveranser Livslängdberäkningar på hjul och räl Uppskattning av energibesparingar Beroendet mellan spricktillväxt, slitage, övriga skador och inverkande parametrar Livscykelkostnadsanalys för TOR samt underhållsstrategier En demonstrator för ett icke berörande system avsett för mätningar av sprickor och andra skador Sambandet mellan ytjämnhet och friktion Två tekniska doktorer Minst 8 vetenskapliga artiklar

16 Potential för nya innovationer Nya mätmetoder för synliga sprickor Smart box med neuralt nätverk för livsländberäkningar

17 Tack för uppmärksamheten Frågor?