VT' notat. (db. Väg- och transport- Ifarskningsinstitutet. Spårgeometrins inverkan på fordonsgången - förslag till FoU-projekt. Projektnummer:

Relevanta dokument
VTI natat. Vä -00/1 Ifafik- 'Insgitutet. Projektnummer: Nummer: J 04 Datum: Baxning med 3-punkts- respektive 4-punktsmet0d

VTI särtryck. CEN komfortvärdering och järnvägens linjeföring. Väg- och transportfarskningsinstitutet. Nr 271 ' Biörn Kufver

VTI natat. Vä -øcll Pai/(- 'Insgitutet. Nummer: J 01 Datum: Spårväxlars geometri. Avdelning: Järnvägsenheten. Projektnummer:

Utredning av ny spårdragning på inlandsbanan

Rekommenderade minimivärden för resulterande horisontalradier, då övergångskurvor inte behöver användas av kördynamiska skäl

Järnvägssignalteknik Signalsystem (AH2029)

Fordonsprofiler, Dimensionering av järnvägsfordons yttermått

Dokumentdatum. Sidor 2(9)

Spårväxel Projektering

Banöverbyggnad - Fordonsprofiler

Modellering av dynamiska spårkrafter från spårvagnar. Examensarbete utfört av Ejder Eken och Robert Friberg Presentation för Swedtrain,

Svängningar och frekvenser

Spårgeometri för snabb?

Växlar - Underhålls strategi slipning av växlar - Med eller utan rörlig korsnings spets?

Föreläsning 17: Jämviktsläge för flexibla system

Vägen utformas efter värderbara trafikeffekter

Gröna Tåget. Breda tåg i Skandinavien. Evert Andersson Rickard Persson

Moderna höghastighetståg

VU 94S-2 6 Linjeföring 83 (120) 6.7 Breddökning

OPTRAM Kontaktledning

9 Breddökning. 9.1 Breddökningens storlek

KRAV 1 (31) Dokumenttitel Banöverbyggnad - Spårgeometri Krav på spårets geometri vid nybyggnad, reinvestering/upprustning, underhåll och drift

KOMIHÅG 12: Ekvation för fri dämpad svängning: x + 2"# n

SF1625 Envariabelanalys

Distribution: fri / nyförvärv / begränsad / Statens väg- och trafikinstitut. Projektnummer: _ Projektnamn:

LÄRARHANDLEDNING Harmonisk svängningsrörelse

Teknikutveckling för framtidens snabba tåg

Vågrörelselära och optik

13 Stigningsfält och omkörningsfält

Introduktion till Biomekanik, Dynamik - kinetik VT 2006

VTInotat. (db. Titel: Hastighetsmätares felvisning. Projektnummer: Uppdragsgivare: Egen FoU. NUmmer: T 112 Datum:

Ellipsen. 1. Apollonius och ellipsen som kägelsnitt.

Mätning av vibrationer i befintliga byggnader inför utbyggnad av bostadsområde i området Strandängen i Jönköping.

Jämförelse av ventilsystems dynamiska egenskaper

Prov med Regina 250. Christer Högström, Provledare Regina 250 Bombardier Transportation

Mekanik FK2002m. Kraft och rörelse II

Gröna Tåget Framtida tågprestanda och bangeometri

Ett spårvänligt tåg (A track friendly train) Evert Andersson, Kungliga Tekniska Högskolan (KTH) Rickard Persson, KTH och Bombardier Transportation

Bästa däcken fram eller bak? Fordonsdynamik med reglering. Kurvtagning: Figur 5.5

Vågrörelselära och optik

P Q = ( 2, 1, 1), P R = (0, 1, 0) och QR = (2, 2, 1). arean = 1 2 P Q P R

Lösningar till Tentamen i fysik B del 1 vid förutbildningar vid Malmö högskola

För elever i gymnasieskolan är det inte uppenbart hur derivata relaterar

Om ellipsen och hyperbelns optiska egenskaper

Kv Vinghästen m fl, Ulleråker

BFL102/TEN1: Fysik 2 för basår (8 hp) Tentamen Fysik mars :00 12:00. Tentamen består av 6 uppgifter som vardera kan ge upp till 4 poäng.

2320 a. Svar: C = 25. Svar: C = 90

VTT notat. Nr Utgivningsår: Titel: Lågtrafik på vägar med breda körfält. Författare: Sven-Olof Lundkvist. Programområde: Trafikteknik

Lennart Carleson. KTH och Uppsala universitet

Uppgifter 2 Grundläggande akustik (II) & SDOF

Yttrande gällande riskbedömning urspårning och olyckor med tåg på Saltsjöbanan

Starkare lok på Stambanan genom övre Norrland?

m 1 =40kg k 1 = 200 kn/m l 0,1 =0.64 m u 0 =5.0 mm x p,1 = X 1 sin ωt + C 1 x p,2 = X 2 sin ωt + C 2,

Tentamen. TSFS 02 Fordonsdynamik med reglering 14 januari, 2017, kl. 8 12

Sidoskydd. Grundläggande signaleringskrav. BVS Giltigt från Giltigt till Antal bilagor

VT' notat. Väg- och transport- Ifarskningsinstitutet. Projektnummer: / Nr T

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A. 1. En svängningsrörelse beskrivs av

Något om algebraiska kurvor

Signal: Signaleringsprinciper. Sidoskydd. Innehållsförteckning KRAV 1 (9)

Formelsamling finns sist i tentamensformuläret. Ämnesområde Hörselvetenskap A Kurs Akustik och ljudmiljö, 7,5hp Kurskod: HÖ1004 Tentamenstillfälle 1

Analys, modellering och återskapande av fordonsdynamiska rörelser i tåg

Sidor i boken f(x) = a x 2 +b x+c

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik Föreläsning 5. Sammanfattning av föreläsning 4 Frekvensanalys Bodediagram

BANSTANDARD I GÖTEBORG, KONSTRUKTION Kapitel Utgåva Sida K 1.2 SPÅR, Material 1 ( 5 ) Avsnitt Datum Senaste ändring K Betongsliper

Effektsamband för transportsystemet. Fyrstegsprincipen Version Steg 2. Drift och underhåll. Kapitel 6 Drift och underhåll av järnväg

Kurvlängd och geometri på en sfärisk yta

Tentamen i Mekanik SG1102, m. k OPEN m fl. Problemtentamen OBS: Inga hjälpmedel förutom rit- och skrivdon får användas!

Svar och anvisningar

Tentamen: Baskurs B i Fysik, del1, 4p kl

Peter Larsson XTBF. Expertstöd Teknik Rapport XT 09/10 ver ISSN/ISBN

Stokastisk geometri. Lennart Råde. Chalmers Tekniska Högskola och Göteborgs Universitet

1. Grunder. 2. Framvagn. Teknik Kurs Karting. UAK Karting

BVDOK 1 (10) Skapat av (Efternamn, Förnamn, org) DokumentID Dokumentdatum. Södergren Björn TDOK 2014: Chef VO Underhåll

Övningar Arbete, Energi, Effekt och vridmoment

INFÖR BESÖK PÅ GRÖNA LUND

AKTIVITETER VID POWERPARK/HÄRMÄ

Vad är grönt i GrönaTåget?

Säkra hjul räddar liv. För tunga lastbilar, släpvagnar och bussar

RÖRELSE. - Mätningar och mätinstrument och hur de kan kombineras för att mäta storheter, till exempel fart, tryck och effekt.

Vågor. En våg är en störning som utbreder sig En våg överför energi från en plats till en annan. Det sker ingen masstransport

= 0. Båda skärningsvinklarna är således π/2 (ortogonala riktningsvektorer).

Lösningsskisser till Tentamen 0i Hållfasthetslära 1 för 0 Z2 (TME017), verkar 8 (enbart) skjuvspänningen xy =1.5MPa. med, i detta fall,

3. Skissa minst en period av funktionskurvan 3y = 4 cos(8x/7). Tydliggör i skissen på enklaste vis det som karakteriserar kurvan.

5. Förklara och ange definitionsmängden och värdemängden för funktionen f definierad enligt. f(x) = x 2

skadade och dödade personer.

BILAGA A FREKVENSBERÄKNINGAR Gästhamnen Kristinehamn Datum

Vibrationsutredning Utby 3:25 m.fl.

Vektorgeometri för gymnasister

Tentamen i Mekanik SG1130, baskurs P1. Problemtentamen

Kundts rör - ljudhastigheten i luft

Problemtentamen. = (3,4,5)P, r 1. = (0,2,1)a F 2. = (0,0,0)a F 3. = (2,"3,4)P, r 2

KOMIHÅG 18: Ekvation för fri dämpad svängning: x + 2"# n. x j,

Kompendium om. Mats Neymark

Tillåtna hjälpmedel: Physics Handbook, Beta, kalkylator i fickformat, samt en egenhändigt skriven A4- sida med valfritt innehåll.

Vägledning. Dok. nr.: 411-b1 Version: 05 Datum: Granskning av järnvägsfordons samverkan med svensk järnvägsinfrastruktur

Tentamen. TSFS 02 Fordonsdynamik med reglering 1 november, 2013, kl. 8 12

Laboration 1 Mekanik baskurs

a3 bc 5 a 5 b 7 c 3 3 a2 b 4 c 4. Förklara vad ekvationen (2y + 3x) = 16(x + 1)(x 1) beskriver, och skissa grafen.

Transkript:

VT' notat Nummer: J 08 Datum: 1992-03-27 Titel: Spårgeometrins inverkan på fordonsgången - förslag till FoU-projekt Författare: Björn Kufver Avdelning: Järnvägsavdelningen Projektnummer: 20027-9 Projektnamm: Samverkan fordon - bana Uppdragsgivare: Distribution: VTI Fri (db Väg- och transport- Ifarskningsinstitutet

INNEHÅLLSFÖRTECKNING INLEDNING NÅGOT OM SPÅRETS GEOMETRISKA LÄGE NÅGOT OM FORDONSDYNAMIK PLÖTSLIGA RADIEFÖRÄNDRINGAR KURVOR MED ÖVERGÅNGSKURVOR PERIODISKA VÄXLINGAR I KURVATUREN TYP AV ÖVERGÅNGSKURVOR FÖRESLAGNA STUDIER

INLEDNING I detta notat tas ett antal olösta principiella spårgeometriska problem upp till behandling. Avsikten är inte att här lösa problemen utan att initiera ett FoU-projekt där problemen analyseras. Spårgeometriska problem är en delmängd av de problem som berör,samverkan mellan fordon och bana. Figur 1 nedan visar översiktligt vilka samband som finns. Fordonets egenskaper och banans egenskaper bestämmer vilka vibrationer, stötar etc som uppstår inne i fordonet och vilka spårkrafter som uppstår. Vibrationerna i fordonen ger dels en nedbrytning i fordonet vilket i sin tur förr eller senare resulterar i kapital- och/eller underhållskostnader för fordonen och ger dels obehag för passagerarna vilket är en av flera faktorer som påverkar resenärernas betalningsvilja för resan. Spårkrafterna ger upphov till en nedbrytning av banan vilket i slutänden leder till kostnader för underhåll och/eller reinvestering. Nedbrytning Fordon Uibrationer r r Kostnader för av fordon fordonsunderhâll Obehag för Intäktsbortfall passagerare Bana, Spârkrafter Nedbrytning Kostnader för 's ' av banan " banunderhâll Figur 1. Samband fordon - bana och dess ekonomiska konsekvenser. Varje pil i figur 1 representerar ett vetenskapligt problemområde. Kunskapsluckor om sambanden mellan exempelvis spårkrafter och banans nedbrytning eller mellan vibrationer, upplevt obehag och resenärers betalningsvilja kan i sig motivera stora forskningsprojekt. Spårgeometriska problem innefattas i den vänstra delen av figur 1. Egenskaper hos banan som är väsentliga i sammanhanget är spårets geometriska läge, elasticitet och dämpning. För att kunna beräkna spårkrafter och vibrationer i fordonen behövs också uppgifter om fordonens massa, fjädringssystem och hastighet. De spårgeometriska problem som diskuteras nedan är generella, vilket innebär att de är mycket frekventa. De är också ofta begränsande för tillåten tåghastighet. De berör alltså ytterst en för järnvägen viktig egenskap. Här kommer en knytning till optimeringsläran att göras. Tidigare studier inom området har ofta slutat i inbördes motstridiga rekommendationer. Målsättning är här att diskutera hur själva motstridigheten skall hanteras. Den målfunktion som används vid utvärderingen av olika spårgeometriska lösningar kan t ex uttryckas i termer av maximal vertikallast på spåret, maximal sidolast på spåret, maximal sidoacceleration i vagnskorgen och maximalt ryck. Eftersom alla nämnda funktioner är fordonsberoende, måste några valda typfordon tas med i en sådan analys.

Resultatet av ett FoU-projekt med denna inriktning kan vara en rekommendation till mer relevanta spårgeometriska föreskrifter, l avsikt att optimera linjeföringen vid ny- och ombyggnad. Järnvägsteknisk FoU med inriktning på samverkan fordon - bana pågår redan på CTH och KTH. Vid CTH studeras främst banans elastiska egenskaper och deras inverkan på fordonsreaktionerna. På KTH pågår liknande projekt samt projekt där fordonens fjädringsegenskaper studeras i syfte att optimera löpverket. Några projekt där spårgeometriska problem analyseras pågår för närvarande ej i Sverige. NÅGOT ou SPÅRETS GEOMETRISKA LÃGE Spårets geometriska läge delas vanligen upp i dess börvärde, benämnt spårgeometri, och spårläge (synonym: spårlägesfel). Krökning l/r $w4%%?4»^%45rt64 a WMA" Mum-»www Krökning 1/R :vw 34, nrfhj rån. i, 'IW Sektion s Krökning l/r \ > Sektion S c 1 - o \\ 'i, 1' i' - *J " Sektion 8 Figur 2. Spårets geometriska läge (a), spårgeometrin (b) och spår- * läget (c). Olika egenskaper hos spårgeometrin kan vara cirkulärkurvornas radier, längder och rälsförhöjning, övergångskurvornas typ och längder samt längder på raklinjer mellan kurvor. Spårläget, som är skillnaden mellan det faktiska geometriska läget och spårgeometrin, är svårare att enkelt kvantifiera. När man talar om sidolägesfel avses ibland Spårets avvikelse i sidled, ibland andraderivatan av denna avvikelse. (Andraderivatan är nämligen mycket lättare att mäta.) När man vill kvantifiera sidoläget Över en sträcka kan sidolägesfelens form, amplitud och våglängd vägas samman på olika sätt.

I figur 1 ovan visades sambandet mellan spårkrafter, nedbrytning och kostnader för banunderhåll. På grund av spårkrafterna försämras alltså spårläget. Efter att ha vägt samman spårlägesfelen över en viss sträcka till ett kvalitetstal erhålls nedanstående figur om detta kvalitetstal ritas upp som funktion av den ackumulerade trafikbelastningen (om underhållet är behovsstyrt). Spârlägeskualitet /P d hög 0 II II resultat av spårjustering lägsta acceptabla nivå i. nedbrytning underhållsinsats -.a....................................................... -............................. 0 a.......................... -...................... -. ackumulerad trafikbelastning Figur 3. Spårlägeskvalitetens utveckling. Spårets geometriska läge, d v 3 summan av spårgeometrin och spårläget, påverkar fordonen så att accelerationer uppstår i exempelvis hjul och vagnskorg. Frågan uppstår då om det går att analysera fordonsreaktionernas beroende av spårgeometrin och spårläget var för sig och sedan lägga ihop dem. Ett villkor för att detta skall gå att göra är att fjädring i såväl fordonet som spåret är linjära. Detta villkor uppfylls sannolikt inte. Vid utvärdering av spårgeometrin kan därför ett antal spårlägesfunktioner behöva användas. Dessa väljs så att spår med gott, mindre gott och dåligt spårläge tas med i analysen. Därefter kan studeras om modifieringar av spårgeometrin ger signifikanta skillnader i fordonsgången vid alla de olika spårlägesfunktionerna. Om upplägget ovan skall vara meningsfullt krävs att spårgeometrin och spårläget i verkligheten inte samvarierar på grund av att någon av de studerade geometrierna blir svårare att åstadkomma. (En av de studerade geometrierna skulle då aldrig kunna erhålla spårlägeskvaliteten d i figur 3.) Studier av spårriktmaskinens funktion (VTI Notat J 04) visar att om maskinen har datorstyrd korrektion för spårgeometrin (exempelvis GVAutrustning) finns ingen samvariation mellan spårgeometri och resultat av spårriktning utan utsättning. (Rakspår är dock lättare att rikta än kurvor, om laserstyrning används.) Riktning med maskiner utan datorkorrektion för spårgeometrin, blir dock svårare att genomföra om spårgeometrins element är kortare än spårriktmaskinens mätbas. Banverkets bruksanvisningar för spårriktmaskiner (exempelvis SJFT 573.0:62 utgåva 2) ger ingen vägledning om hur spårriktmaskinen i dessa fall skall styras.

Slutsatsen blir alltså att spårgeometrin kan utvärderas m h a några typfall på spårläge, utom möjligen vid kombinationen av korta elementlängder och äldre spårriktmaskiner. Det faktum att en "god" spårgeometri ger lägre spårkrafter och därmed långsammare tillväxt av spårlägesfel påverkar inte spårläget omedelbart efter en spårriktning. Däremot kan kanske en "god" spårgeometri tillåtas få en sämre spårlägeskvalitet än e-nivån i figur 3, eftersom fordonsreaktioner och spårkrafter ändå blir lägre än jämförelseobjektets. (Likaså kanske det tar längre tid innan spåret med den "goda" spårgeometrin brutits ned till e-nivån.) NÅGOT ou FORDONSDYNAMIK Ett ofta förbisett faktum i diskussioner om spårgeometri är att fordonet inte är en stel kropp, utan ett massa-fjäder system med dynamiska egenskaper. Ofta görs så kallade kvasistatiska betraktelser, se figur 4 nedan. Fordonets accelerationer på ett (idealt och) oändligt långt rakspår jämförs med dito på en (ideal och) oändligt lång cirkulärkurva. Vid passage av tangeringspunkt interpoleras dessa värden över en sträcka lika lång som boggiavståndet [Baluch 1988, ORE 1978, SBB 1983]. Kuasistatisk Sidoacceleration /\ boggiavstând use* -äacceleration beräknad son konstant / Badie å acceleration ige» med 'beaktande' av fordonets utsträckning i längsled :i / Sektion i spåret Figur 4. Exempel på kvasistatik. Denna typ av analys missar helt de störningar som fordonet utsätts för vid passage av tangeringspunkter (början och slut på kurvor). Exempel på simulering av fordonsreaktioner vid passage av tangeringspunkt visas i figur 5 nedan (från Alias 1976). O K V.Diagram of accelerations : A = acwal acceleration; B = theoretical acceleration corresponding to the cant deñciency. Figur 5. Sidoacceleration i vagnskorg vid direkt övergång från rakspår till cirkulärkurva. Skillnaderna mellan resultaten i figur 4 och figur 5 är betydande.

I en analys av den svenska spårgeometrin måste ett antal svenska typfordon användas, exempelvis tungt lastad godsvagn, tom godsvagn, standardvagn typ A7 och någon vagn i X2. Beräkningen av fordonsreaktionerna kan göras på åtminstone två olika sätt. Antingen görs en fouriertransformation av spårgeometrin itill frekvensplanet, varefter geometrin multipliceras med typfordonets överföringsfunktion och slutligen görs en transformation av de erhållna accelerationerna tillbaka till tidsplanet. Eller så simuleras förloppet. På KTH finns lämpliga simuleringsprogram tillgängliga. Användningen har hittills varit att utvärdera olika fordonsvarianter på given bana. Ingenting hindrar dock att man gör det motsatta, d v 3 studerar typfordonens gång på olika spårgeometrier. PLÖTSLIGA RADIEFÖRÃNDRINGAR Normalt anordnas övergångskurvor istället för plötsliga radieförändringar. Det finns trots allt situationer där plötsliga radieförändringar anordnas, främst p g a svårigheter att få plats med övergångskurvor. Sådana situationer är växelkurvor, sidotågvägar i nära anslutning till spårväxlar och provisoriska spår. De senare kan ibland avse huvudtågvägar trafikerade i höga hastigheter. De ogynnsamma fordonsreaktionerna vid plötslig radieförändring illustreras tydligt i figur 5 ovan. En intressant frågeställning är givetvis hur stor den plötsliga radieförändringen skall få vara för en viss hastighet. Här har exempelvis DB, SEB och SNCF olika regler, trots att de trafikerar spåret med åtminstone delvis samma vagnmateriel [DB 1989, ORE 1978, SBB 1983]. DB SBB SNCF 106 mm (V S 100) 118 mm (V S 100) 101 mm (V S 160) 83 mm (100 < V S 160) 107 mm (100 < V S 125) 85 mm (V = 220) 47 mm (V > 160) V = tåghastighet i km/h Tabell 1. Tillåten plötslig förändring i rälsförhöjningsbristen (hb). En mer intressant frågeställning uppstår vid s-kurvor med plötsliga radieförändringar. Här ställs krav på längden hos ett mellanliggande rakspår, för att inte de två delkurvorna skall samverka på ett ogynnsamt sätt. Här är önskemålen om stora kurvradier och långt mellanliggande rakspår inbördes motstridiga, t ex enligt nedanstående approximativa formel för s-kurva mellan två parallella rakspår.

Kur uatur l/r /\ L Sektion i spåret.ne- -år, Ltot a: ;b- Ltot2 = 4 * s * R + L2 där Ltot = totallängd (antas vara begränsad) s = sidoförflyttning av spåret R = kurvradie L = längd hos mellanliggande rakspår \ /' Figur 6. S-kurva mellan två parallella rakspår. Ställs kraven onödigt högt på det mellanliggande rakspårets längd blir resultatet onödigt små kurvradier. Det mellanliggande rakspåret kan ersättas med två övergångskurvor. Detta har gjorts i höghastighetsväxlar hos bland annat NS och SNCF [ORE 1974, ORE 1978]. Om samma totallängd på s-kurvan önskas skall klotoiderna tillsammans ha en längd på ca 1.7 gånger längden av det slopade rakspåret. Kuruatur l/r T Sektion i \ / spåret 2 * Lr = 1.7 * L där Lr = längd hos en övergångskurva Figur 7. Klotoider som ersätter ett mellanliggande rakspår.

7 (12) Banverkets normer kräver följande längder hos mellanliggande rakspår och mellanliggande övergångskurvor. L 2 0.10 * V ä 0.25 * V på sidotågvägar L 2 0.25 * V ä 0.50 * V på huvudtågvägar 2 * Lr 2 1.2 * V Vid A hb = 100 + 100 2 * Lr 2 0.3 * V vid A hb = 25 + 25 Så som banverkets normer är skrivna är det ofta det inte "lönar sig" att ersätta det mellanliggande rakspåret med klotoider. Frågan är om detta är fordonsdynamiskt riktigt. En studie av fordonsgång vid passage av plötsliga radieändringar kan innehålla följande. 1. Beräkning av hastighets inverkan på fordonsreaktionerna vid given förändring av sidoaccelerationen. 2. Beräkning av erforderlig längd på mellanliggande rakspår för att inte kurvornas inverkan på fordonsgången skall samverka ogynnsamt. 3. Beräkning av erforderlig längd på mellanliggande klotoider (eller andra övergångskurvor) för att de skall kunna ersätta ett mellanliggande rakspår. För punkterna 2 och 3 gäller att svenska järnvägen har unika frågeställningar eftersom lutningssystemet i snabbtåget X2 måste beaktas. KURVOR MED ÖVERGÅNGSKURVOR I normalfallet används övergångskurvor för att förbinda cirkulärkurvor med olika radier till varandra och vid anslutningen till rakspår. Fördelen med övergångskurvor är att spårets kurvatur blir kontinuerlig. Detta gäller även den kvasistatiska sidoaccelerationen, vilken är proportionell mot spårets krökning. Följande nackdelar uppstår när övergångskurvor anordnas. Spåret måste sidoförflyttas inåt, med den så kallade inryckningen, och kurvan blir längre. Dessa effekter, vilka blir större ju längre övergångskurva som väljs, är desamma som vid en radieökning. Vid givna hinder utmed banan (sidohinder eller önskade raklinjer t ex för växelförbindelser) är alltså önskemålen mellan stora kurvradier och långa övergångskurvor inbördes motstridiga [Baluch 1983]. Vid korta längdbegränsade kurvor finns eventuellt ytterligare en nackdel; cirkulärkurvans längd kan bli mycket kort. Trots att krökningen blir kontinuerlig när övergångskurvor används, anses det ändå att fordonens gång störs vid tangeringspunkterna. Många järnvägsförvaltningar har därför föreskrifter om minsta längd på raklinjer och cirkelkurvor mellan övergångskurvor, för att dessa störningar inte skall samverka ogynnsamt. Dessa föreskrifter ifrågasätts dock av tyska forskare, eftersom krav på cirkelkurvans längd i trängda situationer leder till att längderna på övergångskurvorna måste minskas [Kruse 1983].

DB har dessutom vid projekteringen av sina Neubaustrecken övergett sin tidigare norm att längden på övergångskurvan skall vara proportionell mot den krökningsskillnad som skall tas upp i övergångskurvan. Vid små krökningsskillnader skall övergångskurvan vara längre än vad en proportionering ger [Fürmetz 1985]. En studie av fordonsgång i övergångskurvor kan därför innehålla följande. 1. En kvantifiering av den nytta (i form av minskade dynamiska effekter) som anordnande eller förlängning av övergångskurvor ger i förhållande till effekterna av den då nödvändiga radieminskningen. 2. Beräkning av fordonsreaktionerna vid stora radier och korta övergångskurvor. Bedömning av om DBs normer med icke-proportionella längder på övergångskurvorna är gynnsamma även för tåg med aktiva lutningssystem (t ex X2). 3. Beräkning av fordonsreaktionerna vid korta cirkulära kurvdelar mellan övergångskurvor. Kontroll om de tyska forskarnas resultat, angående avvägning av cirkulärkurvans längd mot övergångskurvornas längder, gäller även för tåg med aktiva lutningssystem. PERIODISKA VÄXLINGAR I KURVATUREN I kurvor med flera cirkulära kurvdelar och vid kurvor med korta mellanliggande rakspår kan någon form av periodiska växlingar i kurvaturen erhållas. Dessa växlingar exciterar rollningsrörelser hos fordonen. Med banverkets spårgeometriska föreskrifter kan excitationens grundfrekvens uppgå till 0.9 Hz på sidotågväg och 0.5 Hz på huvudtågväg. Dessa frekvenser är i samma storleksordning som många fordons resonansfrekvens. Fordonens rollvinkelamplituder och upplevda sidoaccelerationer inne i fordonen blir därmed beroende av antalet periodiska växlingar i kurvaturen, något som inte regleras i banverkets nuvarande geometrinormer. En studie inom detta område bör innehålla följande. Fordonsreaktionerna beräknas vid olika våglängder och olika antal växlingar i kurvaturen. Inverkan av lutningssystemet i X2 beräknas. TYP AV ÖVERGÅNGSKURVOR Om klotoider används mellan cirkulärkurvor med olika radier och vid anslutningen till rakspår, erhålls en kontinuerlig kurvatur i linjeföringen. Spårlinjens andraderivata blir kontinuerlig. Tredjederivatan blir däremot diskontinuerlig. Om rälsförhöjningen i övergångskurvan skall vara proportionell mot spårets krökning och därmed motsvara en viss proportion av tågens (kvasistatiska) sidoacceleration, erhålls följande konsekvenser, se även figur 8 nedan. 1. Ytterrälens längslutning blir diskontinuerlig. Vid rälsförhöjningsrampernas början och slut erhålls knyckar, vilket ger vertikala impulslaster på spår och fordon (figur 8a). 2. Fordonens rollvinkelhastighet blir ojämn. På rakspår och i cirkulärkurva är rollvinkelhastigheten noll. I klotoidens rälsförhöjningsramp är rollvinkelhastigheten konstant. Vid tangeringspunkterna erhålls stora rollvinkelaccelerationer (figur 8b och 80).

\/ 3. Tvåaxliga fordon och boggier erhåller snabba ändringar i hjulaxlarnas riktningar när de förflyttas från ett plant spår (raklinje, cirkelkurva) till ett skevt (rälsförhöjningsramp). Snabba på- och avlastningar i fjädringssystemet uppstår under den tid en tangeringspunkt passeras (figur 8d). Kuruatur 1/R \ \\ Hjulaxels rolluinkelhastighet i B Hjulaxels rolluinkelacceleration i Spårets skeuhet under boggin Sektion i spåret Sektion i Sektion i spåret spåret \/ v If \. D ; 1 i '1 Sektion i spåret \/ Figur 8. Effekter vid passage av klotoidens Övergångskurva. För att minska dessa negativa effekter har ett antal andra typer av övergångskurvor diskuterats i järnvägslitteraturen, se figur 9. Dessa Övergångskurvor blir längre än motsvarande klotoid vid ett givet inryckningsmått på cirkulärkurvan. Några av dem, exempelvis den bi-kvadratiska parabeln, används redan vid några järnvägsförvaltningar.

10 (12) A 118' X 2,_,z/... i., 4............., 4. i.....,_ 9,a-I",rr»fun-d A //JJ X 2 Fifa \,. 9.. 0 7 Bi-kuadratlsk parabcl Sektlon 1 sparat...,........_._ c.ae/"ff i' A ^ xffx/ xz fr" xzå/j e rr... > Ruch-kurua Sektion 1 sparat,9, X^3,/'r/»f 4;/ *fx Blossêkurua 5,n Sektion 1 :paret l/r _ e... COS X x/'j,ftir-._pr.- øw-j \ e _PJ'. c 0 7 Cosinus-kurua Sektlon 1 spåret 1/R A,apvi v sin 3 M _á;kce,-w1;;»ø ' \ Sinus-kurua ' Sektion i sparat 7 Figur 9. Matematisk form hos några olika övergångskurvor. De jämförelser som har gjorts mellan de olika typerna av övergångskurvor har i regel inte varit adekvata. Antingen beaktas inte fordonens dynamiska egenskaper eller så jämförs övergångskurvor med olika krökningsförlopp och olika längd på ett icke relevant sätt så att inga slutsatser kan dras [Hashimoto 1989]. Ett FoU-projekt som behandlar olika typer av övergångskurvor bör därför innefatta följande. 1. En jämförelse av fordonsreaktionerna görs. De övergångskurvor av olika typ som jämförs har antingen samma inryckningsmått (avser kurvor med sidohinder) eller samma totallängd (avser kurvor med längdbegränsningar). 2. Speciellt studium av det svenska snabbtåget X2 görs. Eventuellt kan en ny typ av övergångskurva studeras. Där påförs först en krökning endast så stor att lutningssystemet aktiveras. Först därefter sker en snabbare tillväxt av spårets krökning.

11 (12) FÖRESLAGNA STUDIER I detta notat diskuteras ett FoU-projekt som berör spårgeometrins inverkan på fordonsgången. Fyra huvudområden har identifierats och diskuteras ovan storlek på och avstånd mellan plötsliga radieförändringar avvägning mellan längd på övergångskurva och storlek på kurvradie inverkan av upprepade växlingar i kurvaturen typ av övergångskurva och rälsförhöjningsramp Den kunskap som byggs upp i det föreslagna FoU-projektet kan vidareutvecklas till att omfatta mer snabba dynamiska förlopp: d v 3 spårlägesfelens inverkan på fordonsgången. Utvärderingen kan även här omfatta krafter mellan hjul och räl och/ /eller sidoaccelerationer m m inne i vagnskorgen. SJ har i flera olika skrifter påtalat att problem med "impulsartade rörelser" måste utredas [Holmgren och Nordström 1988, TFB 1987, TFB m fl 1986]. Olika egenskaper hos spårläget som kan studeras är - olika form, våglängd och amplitud hos spårlägesfelen - inverkan av periodiska spårlägesfel - samverkan av olika spårlägesfel. Resultatet av dessa fortsatta studier kan vara en rekommendation till ny utvärdering av spårlägesmätningar med starkare knytning till dels nedbrytande krafter mellan hjul och räl och dels komfortnivåer i fordonen.

12 (12) Litteratur Alias J., A switch which can be traversed in the switching direction at 220 km/h, Rail International, December 1976 Baluch H., Computer Aided Design (CAD) in a modular designing of track layout in railway stations, Rail International, June 1988 Baluch H., Increasing the length of transition curves by a reduction of the main curve radius, Rail International, January 1983 Deutsche Bundesbahn, Vorschrift für das Entwerfen von Bahnanlagen - Allgemeine Entwurfsgrundlagen (VEB 1), Vorausgabe (DS 800/1), 1989 Fürmetz Reinhard, Der Gleisplan, Bauverlag GmbH, Wiesbaden 1985 Hashimoto S., Analysis of relationship between transition curve profile and railway vehicle vibration, QR of RTRI 4-89 Holmgren B./Nordström L., Forskning och utveckling inom framtidens järnväg, Göteborg april 1988 Kruse B., Die Trassierung von Nahverkehrsbahnen unter Berücksichtigung der Fahrzeugdynamik, ETR (32) 1983 Kufver B., Baxning med 3-punkts- respektive 4-punktsmetod, VTI Notat J 04, Linköping 1990-10-01 ORE, Standardisation of points and crossings, RP 1, Utrecht 1974 ORE, Unification of the geometry of points and crossings with rails of 60 kg/m permitting high speeds on the diverging track, RP 4, Utrecht 1978 Schweizerische Bundesbahnen, Reglement über die geometrische Gestaltung der Fahrbahn für Normalspur, R 220.46, 1983-01-01 Statens Järnvägar Banavdelningen, Spårets geometriska form, SJF 540.2 utgåva 2, Stockhom 1987-12-01 Statens Järnvägar Banavdelningen, Spårriktmaskin SPR 131 och 141 - Bruksanvisning, SJFT 573.0:62 utgåva 2, Stockholm 1982-03-01 TFB, Forskning och utveckling inom järnvägssektorn. Seminarium våren 1987, TPB-meddelande nr 29, Stockholm oktober 1987 TFB/STU/SJ/VTI, FUD inom järnvägsområdet - Behov och arbetsfördelning, maj 1986