EXAMENSARBETE. Utvärdering av underhållskostnad för hjul och räl på sträckan Kiruna - Riksgränsen. en förstudie. Thomas Åhrén

2002:042 HIP EXAMENSARBETE Utvärdering av underhållskostnad för hjul och räl på sträckan Kiruna - Riksgränsen en förstudie Thomas Åhrén Högskoleingenjörsprogrammet Institutionen för Väg- och vattenbyggnad Drift och underhållsteknik 2002:042 HIP - ISSN: 1404-5494 - ISRN: LTU-HIP-EX--02/042--SE

LULEÅ TEKNISKA UNIVERSITET EXAMENSARBETE Utvärdering av underhållskostnad för hjul och räl på sträckan Kiruna Riksgränsen - En förstudie - Juni 2002 THOMAS ÅHRÈN HÖGSKOLEINGENJÖRSPROGRAMMET Projektingenjör Institutionen för Väg- och Vattenbyggnad Avdelningen för Drift och Underhållsteknik

FÖRORD Examensarbetet har utförts på uppdrag av Malmtrafiken i Kiruna AB, Duroc Rail AB och Banverket Norra Regionen i samarbete med Luleå tekniska universitet under tiden mars juni 2002. Arbetet är det avslutande momentet på utbildningen Projektingenjör 120 poäng vid Luleå tekniska universitet. Inledningsvis vill jag tacka min handledare P-O Larsson, Banverket. Utan Din hjälp hade det varit omöjligt att på så kort tid få en förståelse för vad hjul/rälkontakt innebär. Jag vill också passa på att tacka Thomas Ramstedt, Ove Wikström, K-G Sandberg, Ragnar Lindfors, Anders Wahlberg och alla andra vid Banverket Region Norr som ställt upp när jag behövt hjälp. Ett stort tack riktas även till mina kontaktpersoner vid Malmtrafiken i Kiruna, Mats Fredriksson, Harry Timander och Ove Salomonsson. Hos Duroc riktas mitt tack till mina kontaktpersoner Olov Nilsson, Mauritz Riekkola och Ulf Bergstedt. Ett tack riktas också till Björn Larsen, Jernbaneverket, Narvik, Norge. Avslutningsvis vill jag rikta ett tack till min examinator vid Luleå tekniska universitet, professor Uday Kumar, avdelningen för Drift och Underhåll. Luleå juni 2002 Thomas Åhrén ii

SAMMANFATTNING Underhållskostnaden för hjulaxlar på malmvagnar, där bland annat omsvarvning av hjulen ingår, står för ca 50 % av malmvagnens totala underhållskostnad. Att kunna effektivisera och minska dessa rörliga kostnader är en förutsättning för att skapa ett kostnadseffektivt och tillförlitligt transportsystem. Det är därför viktigt att skapa en helhetsbild över de kostnader som respektive åtgärd genererar för respektive intressent. T.ex. kan olika reprofileringsintervall för hjul skapa kostnader för Banverket och vise versa kan olika slipningsintervall skapa liknande kostnader för MTAB. Genomförda studier kring interaktionen hjul/räl visar att storleken på det slitage som uppstår är beroende av i huvudsak två faktorer. Den första anknyter till kontaktmekanik och materialteknik. Den andra faktorn anknyter till hur väl hela systemet räl/hjul/boggie samverkar, dvs vagnens gångdynamik. Länken mellan dessa faktorer är rälens och hjulets profiler. De dokumenterade erfarenheter som finns visar att perioder med högt hjul- och rälslitage återkommer med 3-5 års mellanrum. Tyvärr finns inga djupare orsaksstudier genomförda, som på ett vetenskapligt sätt beskriver det inträffade och bakomliggande orsaker. Den generella slutsats som kan konstateras är att samtliga berörda parter/intressenter följer på förhand bestämda underhållsstrategier för hjul/rälsystemet. Dessa kan spåras till år 2000 och bakåt. Det kan därför inte spåras några avvikande underhållsmönster/beteende hos någon av hjul/rälsystemets berörda parter för år 2001 och framåt. Att med utgångspunkt från existerande datamaterial koppla problemet med tilltagande hjulflänsslitage till ekonomiska kostnadsökningar är i dagsläget inte möjligt. Samma negativa resultat erhålls vid försök att koppla underhållsaktiviteter och kostnader över organisationsgränser, dvs olika aktörers påverkan på varandra. MTAB:s ekonomiska utfall för år 2001 kopplat till hjulunderhåll, påvisar dock hur känsligt det är för vilka sorters hjulåtgärder som genomförs. Under året har totalt ca 450 färre hjulaxlar bearbetats. Trots detta påvisas en kostnadsökning på motsvarande 20 %. Bakomliggande orsak till detta är att kostnaden för ett hjulbyte är ca 10 gånger högre än motsvarande kostnad för hjulsvarning. Kostnadsökningen kan således spåras till ett ökat antal hjulbyten. Med stöd av teoretiska studier och modeller går det att konstatera tekniska samband som påverkar interaktionen hjul/räl. Att sedan utifrån detta koppla dessa till kronor och ören har däremot ej varit möjligt. Den slutsats som ändå kan dras är att inga av de genomförda strategiförändringarna vad gäller underhåll, tycks ha påverkat systemet Malmbanan som helhet i negativ riktning, vare sig ur ett tekniskt eller ekonomiskt perspektiv. iii

ABSTRACT The maintenance cost of a wheel axle of the wagon for Iron ore transport on Malmbanan, stands for approximately 50 % of the total maintenance costs for the wagon. To reduce the maintenance cost, one has to enhance the effectiveness of maintenance program for such wagons. Often wheel maintenance can create unexpected costs for rails, as well as rail maintenance strategies can create increased costs for wheels. Therefore, it is important to get an overall view of the total maintenance costs for the rail/wheel system. Studies show that rail/wheel wear is dependent on two factors. The first one is related to contact fatigue and material characteristics. The other one is related to how well the rail/wheel system works together. The link between these two factors is the rail/wheel profile. Documented experiences show that excessive rail/wheel wear occur at 3-5 years interval. Unfortunately no studies have been done that can explain the reasons for such excessive wear. The analysis of MTAB financial results connected to wheel maintenance cost, show that the overall economic result is sensitive to damages that take place on wheels. If the wheel is worn out and therefore need to be replaced, it will cost ten times more than to create a new profile on the same wheel. It is therefore possible for MTAB to get higher costs even it they have repaired a fewer numbers of iron ore wagon axles. By theoretical studies and existing models it is possible to describe the interaction between rail and wheel contact. To use these results to calculate predicted costs of wheel flange wear was beyond scope of this work. A final conclusion from this work is that changes made in maintenance strategies, do not seem to have any effect on the railway system on Malmbanan sector in a negative way, neither economically nor technically. The general conclusion from this work is that all parties involved follow the standard maintenance program, and there is no deviation from the agreed maintenance strategy. Therefore, it is not possible to connect increased costs to explicit wheel flange wear. iv

INNEHÅLLSFÖRTECKNING 1 INLEDNING... 1 1.1 Syfte...1 1.2 Projektmål...1 1.3 Forskningsmål...2 1.4 Effektmål...2 1.5 Avgränsningar...2 1.6 Arbetsmetodik...2 1.6.1 Introduktion och litteraturstudium...2 1.6.2 Datainsamling, analys och resultat...2 1.6.3 Diskussion, slutsatser och förslag till vidare studier...3 1.7 Rapportstruktur...3 2 KUNSKAPSLÄGE OCH TIDIGARE ERFARENHETER... 4 2.1 Ökat hjulslitage en tillbakablick...5 2.2 Framtagna arbetshypoteser för hjulflänsslitage...6 3 BESKRIVNING AV HJUL-RÄLSYSTEMET... 7 3.1 Malmbanan och bandel 111 (Kiruna Riksgränsen)...7 3.1.1 Bankroppens uppbyggnad...8 3.1.2 Spårläge...8 3.1.3 Räl och rälprofil...9 3.2 Malmtransportens tåg och vagnar...10 3.3 Malmvagnens boggie...10 3.3.1 Hjul och hjulaxel...11 4 RÄLFÖRVALTARENS ÅTGÄRDER I SPÅR... 13 4.1 Kontroll- och mätmetoder av spår och räl...13 4.1.1 Strix-vagn...13 4.1.2 Miniprof...13 4.2 Banverkets underhållsaktiviteter...13 4.2.1 Utsökning av rälbyteskostnader via Banverkets officiella ekonomisystem...15 4.3 Jernbaneverkets underhållsaktiviteter...16 5 HJULFÖRVALTARENS ÅTGÄRDER PÅ HJUL... 18 5.1 MTAB...18 5.1.1 Byte av hjulmaterialkvalité...18 5.1.2 Antal utbytta hjul och hjulaxlar...19 5.1.3 Ekonomiska effekter av omsvarvningar och hjulbyten...23 5.2 Duroc...25 6 RESULTAT... 27 6.1 Kunskapsläge och tidigare erfarenheter...27 6.2 Rälförvaltarens underhållsåtgärder på räl...27 6.3 Hjulförvaltarens underhållsåtgärder på hjul...27 6.4 Resultatsammanfattning jämfört uppställda projektmål...28 7 SLUTSATSER... 29 8 DISKUSSION OCH FÖRSLAG TILL VIDARE STUDIER... 30 9 REFERENSER... 32 v

APPENDIX Bilaga 1. Verksamhetskoder och anläggningstyper Bilaga 2. Tabellsamling bakgrundsdata FIGURFÖRTECKNING Figur 1. Schematisk bild av hjul-rälkontakt i rakspår eller perfekt kurva.... 4 Figur 2. Schematisk bild av hjul-rälkontakt vid exempelvis ingång i kurva.... 5 Figur 3. Schematisk uppbyggnad av bankropp...8 Figur 4. Schematisk bild av rälprofil på Malmbanan. Källa: Banverket... 9 Figur 5. Schematisk bild av 4-axlad malmvagn med three-piece bogies 1... 10 Figur 6. Schematisk bild av en three-piece bogie... 11 Figur 7. Schematisk bild över hjulaxel inklusive hjul, vid passering genom kurva.... 11 Figur 8. Schematisk bild visande relativa förhållanden mellan uppmätt slitagearbete för malmvagnshjul på ny respektive sliten räl.... 12 Figur 9. Antal löpmeter rälsbyten per år på bandel 111 (Kiruna Riksgränsen)... 14 Figur 10. Årliga kostnader för byten och slipning av räl på sträckan Kiruna - Riksgränsen... 14 Figur 11. Jämförelse av byggnationskostnader, hämtade via ekonomisystem Agresso jmf. uppgifter hämtade från banförvaltare och intern rapport 5, för sträckan Kiruna-Riksgränsen.... 15 Figur 12. Största tillåtna hastighetens beroende med avseende på kurvradie och avvikelse från normal rälsförhöjning.... 17 Figur 13. Antal hjulbyten på MTAB:s vagnspark.... 19 Figur 14. Antal hjulbyten per år pga tunn eller hög hjulfläns.... 20 Figur 15. Procentuell andel av totala hjulbyten fördelade på olika hjulslitageorsaker... 20 Figur 16. Procentuell andel av totala hjulbyten för hjulslitage och hjulbyten pga lagerrevision... 21 Figur 17. Antalet hjulaxelbyten baserade på leveranser av axlar med nya eller omsvarvade hjul.... 21 Figur 18. Ackumulerat antal nya hjulaxlar med hjulkvalité Bluelight för perioden 00-03 02-03.... 22 Figur 19. Malmleveranser från LKAB:s gruvor i Kiruna och Gällivare under perioden 1999 2001. 22 Figur 20. Kostnader per axel för hjulbyten respektive hjulsvarvning beroende på leverantör av tjänsten.... 24 Figur 21. Kostnader för hjulbyten och omsvarvning av hjul, redovisade som ett medelvärde per månad för respektive år. Notera att för år 2002 omfattar materialet perioden januari till mars. Kostnaderna baseras på 2001-års kostnadsnivå... 24 TABELLFÖRTECKNING Tabell 1. Data över förekommande rältyper på Malmbanan. Källa: Banverket... 9 Tabell 2. Största och minsta tillåtna diameter på löpbana för malmvagnshjul... 26 vi

1 INLEDNING Underhållskostnaden för hjulaxlar på malmvagnar, där bland annat omsvarvning av hjulen ingår, står för ca 50 % av malmvagnens totala underhållskostnad. Att kunna effektivisera och minska dessa rörliga kostnader är en förutsättning för att skapa ett kostnadseffektivt och tillförlitligt transportsystem. För att tydliggöra de teknisk-ekonomiska effekterna av underhållsslipning på räl samt omsvarvning av hjul på gamla malmvagnar bör en djupare analys genomföras så att suboptimeringar kan undvikas. Under tidigare år har det visat sig att underhållet på hjulaxlar har minskat men under sommaren 2001 har Malmtrafiken i Kiruna AB (MTAB) fått indikationer på att underhållskostnaderna för omsvarvning av hjulringar har ökat. För Banverkets del har kostnaden per år hela tiden minskat så även för sommaren 2001 på Malmbanan, sträckan Kiruna Riksgränsen. Det är därför viktigt att skapa en helhetsbild över de kostnader som respektive åtgärd genererar för respektive intressent. T.ex. kan olika reprofileringsintervall för hjul skapa kostnader för Banverket och vise versa kan olika slipningsintervall skapa liknande kostnader för MTAB. Samverkan mellan hjul/räl är komplex och faktorer så som förekomst av oxidbildning och friktionen på ytorna, slitna profiler samt luftfuktigheten kan spela en stor roll. Inverkan av dessa parametrar kan vara svåra att finna med enbart en ekonomisk uppföljning, därför bör data beaktas med stor försiktighet så att feltolkningar ej uppstår. Ett samarbete mellan MTAB, Banverket och Duroc, där kostnader och tekniska lösningar kan optimeras gemensamt, tros ge en bättre total ekonomi än om varje part suboptimerar sin del. För att uppnå detta behövs dock kunskaper om vilka tekniska/ekonomiska kostnadsdrivarsamband som idag råder mellan hjul och räl i samband med malmtrafik. Med utgångspunkt från detta kan sedan framtida strategiförändringar teoretiskt testas och värderas med hjälp utav olika modeller, där Durocs framtagna LCC-modell för hjulunderhåll i kombination med spåranalyser kan vara ett tänkbart verktyg och tillvägagångssätt. 1.1 Syfte Syftet med projektet är att analysera och utvärdera underhållskostnader kopplade till hjul och räl på Malmbanans delsträcka Kiruna - Riksgränsen. Utifrån detta kan sedan presenteras förslag till fortsatt arbete, som på sikt leder till att det kan skapas strategier för att totalt kostnadsoptimera olika underhållsaktiviteter för hjul/rälkontakten. 1.2 Projektmål Projektmålet är att utifrån befintliga data hos Banverket och MTAB koppla och verifiera tekniska/ekonomiska kostnadsdrivarsamband mellan hjul och räl för malmtrafik. Studera hur olika räl- och hjulgeometrier (svarvade, slipade, slitna) genererar kostnadsposter hos respektive intressent. Posterna skall kopplas som 1

underhållsaktiviteter med olika aktiviteter och hur dessa kostnader påverkar helhetsbilden av systemet hjul/rälkontakt. 1.3 Forskningsmål Projektets forskningsmål är att påvisa om det finns ett tekniskt/ekonomiskt samband mellan olika aktörers underhållsåtgärder kopplade till hjul- och rälgeometrier. 1.4 Effektmål Minskade och optimerade kostnader för underhållsaktiviteter vid Banverket och MTAB när det gäller hjul- och rälunderhåll som är kopplade till geometriska interaktionen hjul/räl och dess upphov till underhållsåtgärder. 1.5 Avgränsningar Examensarbetet avgränsas till att studera Malmbanans delsträcka Kiruna Riksgränsen (bandel 111). Vidare avgränsas den till att endast avse MTAB:s gamla malmvagnspark. 1.6 Arbetsmetodik Kapitlet beskriver hur examensarbetet planeras genomföras. 1.6.1 Introduktion och litteraturstudium Examensarbetet inleds med en studieresa där både MTAB och Duroc besöks. Besöket hos MTAB ska ge en introduktion i det samspel som råder mellan hjul och räl. Vidare ska en presentation av de data som ligger till grund för MTAB:s frågeställningar genomföras. Besöket hos Duroc ska ge en introduktion i de processer som initieras och genomförs för att återskapa en trafikgodkänd hjulaxelenhet för malmvagnen. Vidare ska verkstad och exempel på olika förekommande hjulskador visas. Slutligen ska Durocs framtagna LCC-modell för hjulunderhåll demonstreras. Litteratursökningen ska ge en överblick på aktuellt kunskapsläge kring hjul och hjulslitage och baseras på tidigare genomförda litteratursökningar samlade hos JvtC, LTU. Databasens storlek uppgår idag till ca 900 träffar som anknyter till järnvägsrelaterat underhåll. Vidare ska den ge en grundläggande förståelse för de samspel som ingår i interaktionen hjul/räl. Med utgångspunkt i litteraturen kan en eller flera arbetshypoteser som kan förklara de ökade hjulflänsslitaget utarbetas. Detta för att styra och avgränsa kommande datainsamlingsfas. 1.6.2 Datainsamling, analys och resultat De data som, med stöd av litteraturen, bedömts nödvändiga för arbetets fortskridande kommer att samlas in från berörda parter för vidare analys. Som informationskällor inom Banverket används ekonomisystemet Agresso, interna rapporter och muntliga källor. Inom Jernbaneverket baseras informationen på interna rapporter och muntliga källor. Hos Duroc, som i detta fall är en leverantör till MTAB, baseras informationen på muntliga källor. Hos MTAB baseras informationen på interna rapporter och muntliga källor 2

1.6.3 Diskussion, slutsatser och förslag till vidare studier Examensarbetet avslutas med en diskussion kring konstaterade resultat. Vidare kommer förslag till fortsatta studier att lämnas. 1.7 Rapportstruktur Kapitel 1 Kapitel 2 Kapitel 3 Kapitel 4 Kapitel 5 Kapitel 6 Kapitel 7 Kapitel 8 Ger en introduktion för examensarbetets forskningsfråga. Summerar aktuellt kunskapsläge samt tidigare erfarenheter inom problemområdet. Ger en beskrivning av det system där hjul och räl samverkar. Redovisar de åtgärder som genomförs i spåret för att bibehålla önskad rälkondition. Redovisar de åtgärder som genomförs för att bibehålla och återskapa hjulens geometri. Redovisar de resultat som studien ger upphov till. Redovisar de slutsatser som kan konstateras utifrån gjorda resultat. Diskuterar resultat och slutsatser i ett vidare perspektiv samt ger förslag till fortsatta arbeten och studier. 3

2 KUNSKAPSLÄGE OCH TIDIGARE ERFARENHETER För att utföra transporter på land så kostnadseffektivt som möjligt, måste total tillförd energi minimeras. Med utgångspunkt i fysikens lagar är det optimala att förflyttningen av önskad massa kan ske utan energiförluster, dvs att massans kontakt med underlaget kan ske utan friktion. Ett sätt att lösa detta på är genom rullande kontakt mellan två material, vilket är fallet med järnvägstrafik där kontaktytan är stålhjul mot stålräl. Kontaktytans storlek, då hjul och räl har optimal kontakt vilket bara inträffar på rakspår eller i en perfekt doserad kurva, motsvarar ungefär en tumnagel per vagnshjul, se Figur 1. Detta innebär att en viss elastisk deformation sker i kontaktpunkten eller kontaktbandet 1, 2. De kontakttryck som uppstår kommer att anta sitt maximala värde i kontaktytans mitt, maximala spänningar är belägen ca 5-10 mm ned i materialet 3, och vara i det närmaste obefintliga vid kontaktens ytterkanter. Variationen av tryck och geometri leder till att det uppstår små glidningar mellan kontaktytorna. Detta leder till ett litet, men ändå mätbart, slitage. Hur stort slitaget blir är beroende av materialhårdhet, kontakttryck och friktion mellan kontaktytorna. Figur 1. Schematisk bild av hjul-rälkontakt i rakspår eller perfekt kurva. Ett sätt att minska slitaget är att minska friktion, exempelvis genom smörjning, och kontakttryck samt öka materialhårdhet. Detta åstadkoms genom att använda en hårdare stålkvalité. Problemet är att en minskad kontaktyta genererar ett större kontakttryck, som kan bli så högt att det överstiger materialets hållfasthet med plastisk deformation och sprickbildning som följd, kallad headchecks. Slipas inte dessa bort kommer de att växa till successivt, för att till slut bli så stora att bitar av materialet lossnar. Beroende på hur sprickorna tillväxer kommer den skada som inträffar att kallas för spalling, dvs sprickan går relativt djupt in i materialet och bitar på ytan bryts loss, eller shelling då sprickorna initieras relativt djupt ner i materialet. Skador pga sprickbildning vid rullande/glidande kontakt kallas för kontaktutmattning. Ökar kontaktytan i storlek kan detta endast ske genom att kontaktbandet mellan hjul och räl förskjuts eller breddas t.ex så att hjulflänsen får kontakt med rälen, vilket endast sker vid kurvtagning. Problemet är att exempelvis kontaktpunkterna vid de två pilarna i Figur 2 inte kommer att ha samma relativa hastighet pga olika avstånd från hjulets rotationscentrum. Detta får till följd att hjulets rotationshastighet kommer att styras av den punkt där friktionen är störst, vilket i princip alltid är uppe på 4

rälhuvudet. Övriga kontaktpunkter kommer således att glida mot rälen och ett sidoslitage uppstår. Detta fenomen kan dock avhjälpas med smörjning av fläns. Figur 2. Schematisk bild av hjul-rälkontakt vid exempelvis ingång i kurva. Störst risk för sidoslitage på räl uppstår i kurvor, där snävare kurvor ger större slitage. Med utgångspunkt från hjulets profil kan antas att störst risk för flänsslitage uppstår vid samma yttre förutsättningar, dvs kurvor. Berghuvud 1 har vidare visat att storleken på rälslitaget dels kan kopplas till hur väl malmvagnens boggie klarar av att ställa in hjulaxlarna i förhållande till rälen, dvs dess förmåga till självstyrning i kurvor, och dels kan kopplas till rådande friktion mellan hjul och räl vilken bl.a är väderleksberoende. Rälen utsätts också för andra påkänningar som leder till ett snabbt skadeförlopp. Som exempel kan nämnas krossår på hjul. Andra skador kan t.ex vara då hjulet kör över pellets som ligger på rälen och en intryckningsskada inträffar på både hjul och räl. Vidare förekommer slirsår som uppkommer om ett tåg av någon anledning har framkomlighetsproblem. Slutligen förekommer även rena rälsbrott som t.ex uppkommer av kraftigt orunda hjul hos tåg eller vagnar, exempel vis pga hjulplattor. Dessa uppkommer om hjulet av någon anledning låses och börjar att glida på rälen, så att ett slitagemärke bildas på hjulets farbana. 2.1 Ökat hjulslitage en tillbakablick Vid genomgång av internt material inom Banverket a, b, kan konstateras att det funnits perioder med markant ökat hjulslitage längre tillbaks i tiden. Under sensommaren 1987 konstaterade dåvarande SJ (Statens Järnvägar) och dess motsvarighet på norsk sida, NSB (Norges Statsbaner), ett ökat hjulflänsslitage på både svenska och norska lok som trafikerade hela/delar av det norra omloppet, se kap. 3.1. Som bakomliggande orsak angavs bristande rälssmörjning, men någon förklaring till varför det uppträdde just då kunde inte hittas. För övrigt konstaterades inte något påtagligt förändrat spårunderhåll under den aktuella tidsperioden. Under sensommaren 1993 konstaterades ett kraftigt ökat hjulflänsslitage på lok som trafikerade det södra omloppet, se kap. 3.1. Återigen angavs orsaken vara bristande rälssmörjning. Underliggande orsak antogs vara betydande spårbyten för aktuell a Internt arbetsmaterial: Ragnar Lindfors, Noteringar från träff NSB SJ angående fläns/hjulslitage, 1987-09-09 b Internt arbetsmaterial: Ragnar Lindfors, Slitage av flänsar på RM-lok sommaren 1993, 1993-08-20 5

sträcka. I övrigt konstaterades inte något påtagligt förändrat spårunderhåll under den aktuella tidsperioden. Under sensommaren 1998 konstaterade MTAB ett kraftigt ökat hjulflänsslitage på sina malmvagnar. Orsak okänd. 2.2 Framtagna arbetshypoteser för hjulflänsslitage Framtagna arbetshypoteser för hjulflänsslitage baseras på malmvagnens gångegenskaper och dess hjul/rälprofilberoende samt mätdata från spår som visar att störst sidoslitage på räl inträffar vid ingång/utgång av kurva. Vidare baseras de på MTAB:s uttalade önskemål om att få svar på varför kostnaderna för hjulunderhåll kopplat till hjulflänsslitage blev onormalt höga under hösten 2001. Ett ökat antal profilförändringar per spårsträcka leder till ökat hjulflänsslitage. Hypotesen baseras på att om det under en kort tid genomförs många korta rälsbyten med avvikande profil från befintligt spår, så kommer malmvagnen med sitt profilberoende att bete sig som om den går in i en ny kurva, dvs vagnens styrförmåga påverkar hjulslitaget. Malmvagnens boggiesystem går i trafik för länge innan det renoveras. Hypotesen baseras på att om underhållsintervallet för boggiesystemet är för långt kan det utsättas för exempelvis betydande materielutmattning som i sin tur leder till att vagnens gångegenskaper och därmed kurvtagningsförmåga drastiskt försämras eller i värsta fall helt upphör. Hitta avvikelser i pågående underhållsstrategier hos berörda parter. Hypotesen baseras på att data samlade i olika system hos berörda parter inte är av sådan karaktär att de kan användas för att styrka utarbetade arbetshypoteser rörande profiländring i spår och/eller revisionsintervall för boggiesystem. Hypotesen baseras således på att hitta avvikelser i pågående underhållsstrategier. Dessa kan vara av både teknisk, ekonomisk eller tidsmässig natur. 6

3 BESKRIVNING AV HJUL-RÄLSYSTEMET Följande kapitel ger en beskrivning av det system som interaktionen hjul/räl bildar. Vidare ges en beskrivning av yttre påverkansfaktorer och system inom vilken hjul/rälinteraktionen verkar. 3.1 Malmbanan och bandel 111 (Kiruna Riksgränsen) Malmbanan sträcker sig från Luleå i söder till Narvik i norr. För sträckan Boden Narvik gäller att majoriteten transporter består av malm. Den är vidare indelad i två omlopp, där det södra omfattar Luleå-Gällivare och trafikeras av ca 7 miljoner nettoton (MNT) malm, där det idag är tillåtet att köra med 30-tons axellast, kallad STAX 30. Det norra omloppet omfattar Kiruna-Narvik som trafikeras av ca 13 MNT malm, där största tillåtna axellast är 25 ton, kallad STAX 25. Av den totala volymen malm trafikeras ca 1,5 MNT malm sträckan Gällivare-Kiruna. Sett ur ett malmvagnshjulsperspektiv kan sedan det norra omloppet delas in i två avsnitt pga skilda spårägare. Dessa är Kiruna - Riksgränsen som förvaltas av svenska Banverket, och Riksgränsen - Narvik som förvaltas av norska Jernbaneverket. Malmbanans tre avsnitt skiljer sig från varandra i många avseenden, exempelvis rältyp, årlig bruttobelastning, kurvatur och höjdvariationer samt nedbrytningsmönster hos räl 4, 5. För sträckan Luleå - Gällivare gäller bl.a följande banlängd 217 km består av 35 % kurvor räl UIC60, vikt 60,3 kg/m snäva kurvradier från ca 350 meter årlig bruttobelastning om ca 12-15 Mbrt betydande höjdvariationer i kombination med snäva kurvradier leder till att huvudsaklig rälnedbrytning sker genom slitage leder till motåtgärd i form av slipning och smörjning av räl För sträckan Kiruna - Riksgränsen gäller bl.a följande banlängd 128 km består av 57 % kurvor räl BV50, vikt 50,0 kg/m måttliga kurvradier från ca 500 meter årlig bruttobelastning om ca 20-22 Mbrt stora höjdvariationer i kombination med måttliga kurvradier leder till att huvudsaklig rälsnedbrytning sker genom materialutmattning leder till motåtgärd i form av slipning och smörjning av räl För sträckan Riksgränsen - Narvik gäller bl.a följande banlängd 39 km består av 79 % kurvor räl S54, vikt 54,5 kg/m snäva kurvradier från ca 300 meter årlig bruttobelastning om ca 20-22 Mbrt stora höjdvariationer i kombination med snäva kurvradier 7

leder till att huvudsaklig rälnedbrytning sker genom slitage inga effektiva motåtgärder har kunnat konstateras 3.1.1 Bankroppens uppbyggnad Den del av järnvägen som normalt syns ovan jord kallas för bankroppen, se Figur 3. I den ingår det som i dagligt tal kallas banvall och spår eller rälsen. Tekniskt sett indelas bankroppen i spårunderbyggnad och spåröverbyggnad. Spårunderbyggnaden består av tryckbank och underballast, liksom broar, tunnlar och skärningar. Uppgiften är att utjämna ojämnheter i terrängen samt fördela ut de krafter som ett passerande tåg ger upphov till. Som exempel kan nämnas att ett fullastat malmtåg väger ca 5200 ton (axellast 25 ton). Spåröverbyggnad Spårunderbyggnad Figur 3. Schematisk uppbyggnad av bankropp I spåröverbyggnaden ingår ballast, sliprar, växlar och räler samt befästningsanordningar. Ballasten är det fundament som håller sliprar och räl på plats både i höjd- och sidled, och fördelar belastningen från ett passerande tåg vidare ned i banunderbyggnaden. Den bör vara något elastisk för att ge en mjukare tåggång. 3.1.2 Spårläge Spåret består i praktiken av två delar, rakspår eller kurva. Tekniskt sett består kurvan av dels en cirkulärkurva och dels en kurva med minskande/ökande radie, kallad övergångskurva, placerad mellan rakspår och cirkulärkurva. Denna krävs för att erhålla en mjukare tåggång samt kunna erbjuda högre tåghastigheter vid passering av kurvor. I samband med att tåg passerar en kurva kommer rälsen att utsättas för betydande sidokrafter. För att motverka detta doseras spåret, kallad rälsförhöjning c. Doseringen, eller skillnaden i höjd mellan rälerna, får maximalt uppgå till 150 mm. Det samband som reglerar förhållandet är beroende av tillåten hastighet (km/h) för den tågtyp som håller lägst hastighet och kurvradie (m) enligt rälsförhöjning = 11,8 x (långsammaste tågets tillåtna hastighet) 2 / kurvradie. (1) Omvänt kan sambandet användas till att beräkna tillåtna tåghastigheter för en given kurvradie och given rälsförhöjning. För att möjliggöra för mer snabbgående tåg att c Källa: Ove Wikström, baningenjör, Banverket, Luleå 8

hålla en högre hastighet i kurva, tillåts deras hastighet beräknas utifrån en verklig rälsförhöjning + 100 mm, kallad rälsförhöjningsöverskott. Hur mycket spåret doseras styrs av dominerande trafiktyp för aktuell bansträcka. Dock finns en begränsning för Malmbanan som endast tillåter ett rälsförhöjningsöverskott motsvarande 30 mm jämfört beräknade värden utifrån malmtågets hastighet som är 50 km/h vid full last. Aktuell rälsförhöjning på Malmbanan baseras till stora delar på malmtågens hastigheter. 3.1.3 Räl och rälprofil Rälen är ur ett anläggningstekniskt perspektiv ett, utav två möjliga, gränssnitt med vilket rälförvaltaren rent fysiskt kommunicerar med tågtrafikörens maskinpark. Det andra gränssnittet är kontaktledningar för elkraftförsörjning till tågen, vilket dock inte berörs överhuvudtaget i denna rapport. Farbana Farkant Huvud Liv Fot Figur 4. Schematisk bild av rälprofil på Malmbanan. Källa: Banverket De rälprofiler som används på Malmbanan kallas för Vignolräl och har i princip haft samma utseende i mer än 100 år, se Figur 4. Skillnaderna mellan dessa är inte så stora, utan kan spåras till olika mått på huvud, liv och fot enligt Tabell 1. Vidare förekommer skillnader i materialkvalitéer (stålsorter), som inte är knutna till en viss typ av rälprofil. Tabell 1. Data över förekommande rältyper på Malmbanan. Källa: Banverket Räl Vikt (kg/m) Huvudhöjd (mm) Huvudbredd (mm) BV50 50,0 36,0 72 UIC60 60,34 32,9 72 S54 (Norge) 54,5 43,3 70 Kontakten sker normalt på farbanan, enligt Figur 1, vilket är att föredra ur ett rälnedbrytningsperspektiv. Ibland sker dock kontakten även på rälens farkant, exempelvis i skarpa kurvor, vilket leder till att rälen snabbt slits ned. I rakspår klarar rälen av att fylla sin funktion i mer än 40 år, medan den i vissa kurvor på norsk sida fram till för något år sedan slits ut efter bara 3 år, se kap. 4.3. 9

3.2 Malmtransportens tåg och vagnar Dagens malmtåg består av ett Dm 3-lok eller två stycken El 15-lok, tillsammans med 52 malmvagnar som lastar ca 80 ton malm vardera. Ett fullastat malmtåg väger ca 5 200 ton. MTAB:s maskinpark för fjärrtransporter av malm uppgår idag till 15 st Dm 3-lok, 6 st El 15-lok samt 912 malmvagnar av modell UAD. För samtliga enheter gäller att de är minst 30 år gamla. Figur 5 visar en schematisk bild av malmvagnen. Figur 5. Schematisk bild av 4-axlad malmvagn med three-piece bogies 1 År 1998 beslutades att det var dags att fasa ut nuvarande maskinpark. År 2000 levererades det första nya malmtåget, IORE, tillsammans med 68 nya malmvagnar, kallad UNO, med en lastkapacitet motsvarande 100 ton malm. Tillsammans kommer det nya tågsetet att ha en tjänstevikt på mer än 8500 ton, vilket innebär att malmtransporterna på sikt beräknas kunna genomföras med endast 9 tågset. 3.3 Malmvagnens boggie Malmvagnen har ett konventionellt boggiesystem som kallas three-piecebogie, se Figur 6. Antalet uppgår till två stycken per vagn. Varje boggie är vidare försedd med två stycken stela hjulaxlar. Dess styrka ligger i att den är enkel i sin utformning och därmed förhållandevis billig att tillverka. Dessutom är den relativt driftsäker. De förslitningsdetaljer som normalt byts på boggien är bussningar och bromsblock. Svagheten är gångegenskaperna i allmänhet och kurvtagningsförmågan i synnerhet. Det finns konstruktionslösningar på boggiesystem som uppvisar betydligt bättre gångegenskaper, men där andra driftstörningar påvisats, exempelvis känslighet för snö och is i bromssystem. 10

Figur 6. Schematisk bild av en three-piece bogie 6 3.3.1 Hjul och hjulaxel För att hjulaxeln ska kunna följa spåret även i kurvor krävs att hjulaxeln är självstyrande. Vidare måste det hjul som går i ytterkurva färdas med en högre hastighet för att kompensera för det faktum att måste tillryggalägga en längre sträcka. Detta åstadkoms genom att hjulen är fast fixerade i förhållande till varandra och genom att de är koniska. När spåret ändrar riktning strävar fortfarande vagnen, pga fysikens lagar, efter att fortsätta utefter en rak linje. I och med detta kommer hjulaxlarna, en efter en, då de går in i kurvan att förflyttas utåt i förhållande till spåret. Då hjulen är koniska leder detta till att det inre hjulets diameter (d) vid kontaktpunkten med den inre rälen, kommer att vara mindre än det yttre hjulets diameter (D) vid dennes kontaktpunkt med den yttre rälen enligt Figur 7. Det yttre hjulets löpbana kommer därför, pga en större diameter att ha en högre hastighet i kontaktpunkten, att rulla en längre sträcka per tidsenhet jämfört mot det inre. Hjul/hjulaxelsystemet kan nu liknas vid en rullande kon på en plan yta, dvs dess fortsatta rörelsemönster bildar en cirkel. D d Figur 7. Schematisk bild över hjulaxel inklusive hjul, vid passering genom kurva. För att detta ska fungera när två hjulaxlar sitter monterade i samma boggie, vilket är fallet för exempelvis malmvagnen, krävs att hjulaxlarna kan vridas något i förhållande till varandra. Samma sak gäller för vagnens två boggies. Samspelet mellan hjul och hjulaxlar, boggies och övriga vagnen kallas för gångdynamik. 11

Malmvagnens gångdynamik finns väl beskriven av bl.a Berghuvud 1. Genomförda tester och datorsimuleringar visar att systemet ej fungerar optimalt. Detta leder till att den främre hjulaxelns hjulpar utsätts för större slitage, där det yttre hjulet är mest utsatt. En nyligen genomförd datorsimulering d, för en malmvagns passage i kurva med ny eller sliten räl, visar att det främre yttre hjulet utsätts för upp till fem gånger större slitagearbete jämfört mot det bakre hjulparet. Resultatet är oberoende av hjulets profil. Figur 8 visar en schematisk bild över relativa förhållanden mellan uppmätt slitagearbete för malmvagnshjul på ny respektive sliten räl. 4 x 3-5 x 1 x 2 x 0-1 x 2-4 x 1-2 x 0-2 x Ny räl Sliten räl Figur 8. Schematisk bild visande relativa förhållanden mellan uppmätt slitagearbete för malmvagnshjul på ny respektive sliten räl. Enligt Archard s nötningsekvation 7 är volymen bortnött material per glidsträcka proportionell mot lasten. Då slitagearbetet motsvarar last multiplicerat med glidsträcka kan den relativa skillnaden i slitagearbete, approximativt motsvaras av en lika stor relativ skillnad i bortnött volym vid de olika hjulens kontaktpunkter. Med andra ord gäller således att om slitagearbetet har ökat med fyra gånger kommer även den bortnötta volymen stålmaterial att ha ökat med fyra gånger. Det råder sålunda ett linjärt förhållande mellan den energi som utvecklas i form av slitagearbete och bortnött materialvolym. d Datorsimuleringen är genomförd under april månad 2002 av A. Berghuvud, på uppdrag av P-O Larsson, Banverket Luleå. Resultaten är ännu ej offentlig presenterade. 12

4 RÄLFÖRVALTARENS ÅTGÄRDER I SPÅR Följande kapitel beskriver de aktiviteter som spårinnehavaren, dvs Banverket och Jernbaneverket, genomför för att vidmakthålla spårets och den enskilda rälens kondition. 4.1 Kontroll- och mätmetoder av spår och räl För att kontinuerligt följa upp och utvärdera spåret och rälens kondition finns vedertagna mätmetoder och mätinstrument som används hos flertalet spårinnehavare i norra Europa. De två vanligaste presenteras i korthet i detta kapitel. 4.1.1 Strix-vagn Banverkets centrala mätvagn för tillståndskontroll och kvalitetsbedömning kallas Strixvagn. Vagnen har mätsystem för mätning och kontroll av: Spårets relativa läge Rälsprofil och rälsslitage Ojämnheter på rälshuvudet Varmgångsdetektorernas funktion Mätningen sker kontinuerligt utmed hela spåret under pågående färd. Resultaten skrivs ut direkt i diagramform, vilket innebär att medföljande personal får en direktrapport om spårets kondition. Vidare erhålls en lista över de fel som överskridit gällande gränsvärden. Med ledning av inhämtade mätdata beräknas och presenteras ett kvalitetstal (Q-tal) för den aktuella banan, vilket gör att man kan följa banans utveckling över tiden. Slutligen videofilmar Strix-vagnen både bana och kontaktledning under spårmätningarna, vilket är ett värdefullt verktyg i andra sammanhang där man önskar få en visuell bild över en speciell plats eller ett specifikt objekt i spåret eller dess omedelbara närhet. 4.1.2 Miniprof Miniprof är Banverkets mätinstrument för att mäta rälens tvärsnittsprofil, där resultatet direkt skrivs ut och visar aktuell profil. Med utgångspunkt av det visualiserade mätresultatet kan bedömning om eventuella åtgärder bestämmas. Till skillnad från Strixvagnen så genomförs mätningen på en i förväg bestämd punkt utmed spåret. Därefter flyttas instrumentet till nästa mätpunkt. Detta innebär att för exempelvis sträckan Kiruna - Riksgränsen, så finns ett 60-tal i förväg bestämda fasta mätpunkter. Mätnoggrannheten är dock betydligt högre än för Strix-vagnen. 4.2 Banverkets underhållsaktiviteter För de underhållsaktiviteter som Banverket utför på räl, återfinns ett strategiskifte under år 1996 då årligen återkommande rälslipningar infördes som ett försöksprojekt 5. Resultaten av dessa uppvisar så här långt mycket goda resultat, där det årliga rälsbytesbehovet minskats från ca 25 000 löpmeter till ca 5 000 löpmeter räl, se Figur 9. Effekterna av ett detta är positiva ur både trafikstörningsmässigt och 13

ekonomiskt betingade hänseenden. Som exempel kan nämnas att det år 2001 kostade dryga 850 kr/m att byta räl samtidigt som samma räl kostade knappt 45 kr/m att slipa. Årliga rälsbyten Meter 50000 40000 30000 20000 10000 0 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 Rälsbyten Figur 9. Antal löpmeter rälsbyten per år på bandel 111 (Kiruna Riksgränsen) Rälslipningen sker med sliptåg, där tekniken för de flesta sliptåg är densamma. Roterande slipstenar pressas mot rälen i olika vinklar för att erhålla önskad tvärprofil. Vanligtvis bearbetar minst 32 slipstenar rälen samtidigt och resultatet för den nya profilen uppvisar en fasettliknande yta. Rälslipning utförs normalt av fyra huvudorsaker återställa längd- och tvärprofil förändra längd- och tvärprofil ta bort kontaktutmattningsskador ta bort ytskador På Malmbanan är den dominerande orsaken, till både rälslipning och rälsbyte, kontaktutmattningsskador såsom headchecks, spalling och shelling. Ett sätt att minska dessa skador är att modifiera tvärprofilen så att kontaktytan mellan hjul och räl ökas, vilket leder till lägre kontakttryck och därmed minskad risk för kontaktutmattning hos rälmaterialet. Den modifierade tvärprofil som eftersträvas på sträckan Kiruna - Riksgränsen kallas malmbaneprofilen. Kombinationen av minskat kontakttryck och återkommande bortslipning av ytskador på rälen har visat sig ge en betydande förlängning av rälens livslängd, och som en följd av detta minskade totalkostnader för vidmakthållande av räl, se Figur 10. Årliga kostnader för byte och slipning av räl 25 20 M kr 15 10 5 0 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 Slipning Rälsbyten Figur 10. Årliga kostnader för byten och slipning av räl på sträckan Kiruna - Riksgränsen. 14

4.2.1 Utsökning av rälbyteskostnader via Banverkets officiella ekonomisystem En utsökning e av rälbyteskostnader via Banverkets officiella ekonomisystem Agresso, ger svar som inte överensstämmer med uppgifter som hämtas hos banförvaltare för en given bandel, se Figur 11. Utsökningen baseras på verksamhetskod B09, där B står för banhållning och kod 09 innebär investeringar, för stråk 21 vilket motsvarar Malmbanan. Materialet reduceras först till att endast omfatta bandel 111 vilket motsvarar sträckan Kiruna - Riksgränsen. Materialet reduceras sedan till att omfatta verksamhetskod B0906, där 06 står för byggande. Poster som projektering, administration, system- och bygghandlingar samt byggkontroll ingår därför inte i resultatet. Därefter har materialet reducerats till att endast omfatta anläggningskod 111, dvs räler. Detta innebär att poster såsom sliper, befästningar, skarv, ballast och spårväxel inte ingår i resultatet. Jämförelse av kostnader för rälbyggnation på bdl 111 M kr 12 10 8 6 4 2 0 1999 2000 2001 År Rälbyggande enl. Agresso Rälbyggande enl. förvaltare Figur 11. Jämförelse av byggnationskostnader, hämtade via ekonomisystem Agresso jmf. uppgifter hämtade från banförvaltare f och intern rapport 5, för sträckan Kiruna - Riksgränsen. Förklaringen g till skillnaden i kostnader, enligt Figur 11, beror på att ekonomisystemet egentligen inte klarar av att hantera kostnader på ett korrekt sätt för utsökningens detaljeringsgrad. Således ingår i Agressos rälbyten inte enbart byten av räl, utan även slipning av densamma. Detta gör att uppföljningar av sådana kostnader måste ske av personer initierade i verksamheten. Sker uppföljningarna däremot enbart på uppgifter hämtade ur Agresso kommer resultatet att bli missvisande, när detaljeringsgraden blir för stor. Ett liknande fenomenet har tidigare uppmärksammats i samband med ett examensarbete 8 genomfört år 2001. Uppgiften var att undersöka varför olika kostnadsbilder framträder för akut felavhjälpning av spårväxlar mellan två olika bandelar. Bearbetad information hämtades ur två system, felrapporteringssystemet 0felia och ekonomisystemet Agresso. Resultatet av studien visade att dessa två system inte kommunicerar med varandra, och att det därför inte är möjligt att hitta underliggande kostnadsdrivare. e Utsökningen är genomförd av K.G Sandberg, Banverket. Bearbetning av data har gjorts av författaren. f Leif Landström, banförvaltare Kiruna banområde. g Thomas Ramstedt, bitr. underhållschef, Banverket Luleå 15

4.3 Jernbaneverkets underhållsaktiviteter För de underhållsaktiviteter som Jernbaneverket h utför på räl, återfinns ett strategiskifte under år 2000. Före denna tidpunkt baseras utbyte av räl på manuellt utförda kontroller. Efter denna tidpunkt baseras alla rälbyten på resultat från utförda Miniproof-mätningar. Skademönstret för rälen kan indelas i tre grupper. Ytterräl i kurva där slitage är dominerande skadeorsak, innerräl i kurva där utvalsning är vanligast förekommande samt normalt rälslitage på rakspår där utbytesintervallet uppgår till flera tiotals år. I samtliga kurvor, på insidan av ytterrälen, förekommer rester av bortnött metall. Att spåra dessa materialrester är i dagsläget omöjligt, men det troliga är att det härrör från både räl och hjul. Detta med tanke på konstaterade hjulflänsslitage hos malmvagnen. Före år 2000 byttes årligen ca 8-10 000 löpmeter räl. Detta innebär en praktisk rälslivslängd på endast 3 år. Efter införandet av enbart maskinella beslutskriterier för rälbyte har mängden utbytt räl minskat till hälften, dvs ca 4-5000 löpmeter räl per år. I och med detta förväntas livslängden öka till det dubbla, dvs minst 6 år. Från och med år 2001 används dessutom en annan rälkvalitet, vilken förväntas ha en högre slitagebeständighet. Bakomliggande orsaker till materialkvalitetsbytet är i huvudsak ekonomiska i kombination med att inga andra aktiviteter påtagligt förbättrat rälens livslängd. De rälbyten som genomförs är i huvudsak lokaliserade till kurvor, och då företrädesvis ytterkurvor. Vid byte måste i princip alltid hela kurvan bytas. Detta då det inte får vara för stora profilskillnader i skarvningspunkten mellan gammal och ny räl. Jernbaneverket har inte fram till dags dato, i motsats till Banverket, genomfört årligen återkommande rälslipningar. De tester som hittills är gjorda har inte påvisat någon påtaglig förbättring av rälens livslängd. Dock har det beslutats att från och med år 2002 så skall ett tioårigt slipprojekt startas. Inledningsvis kommer rälslipningar att genomföras enbart på innerrälen för att utvärdera dess effekter. Mätningar med STRIX-vagn har visat att teoretiskt cirkulära kurvor inte håller önskad standard med avseende på kurvradie och rälsförhöjning. Som exempel kan tas att teoretiska cirkulärkurvor med radie 300 m, uppvisar faktiska värden varierande mellan 280 340 m. Dessutom förekommer upp till 12 mm lägre rälsförhöjning än beräknat. Detta påverkar direkt malmvagnens gångegenskaper genom kurvorna och riskerar därmed generera onödigt höga påkänningar på rälhjulsystemet. Figur 12 visar hur tillåten hastighet varierar med avseende på avvikelser i rälsförhöjning hos en normal cirkulärkurva på Ofotbanen, med radie 300 m och rälsförhöjning 98 mm. Detta motsvarar en tåghastighet på 50 km/h. Problemet har dock funnits under hela den tid STRIX-mätningar förekommit, dvs Q-talen är oförändrade, och med stor sannolikhet under hela den tid Ofotbanan varit i drift. h Personligt möte med Björn Larsen (Jernbaneverket, Narvik), Luleå 2002-04-23 16

Hastighetens beroende av kurvradie och rälsförhöjning 55 km / h 50 45 R 280 m R 300 m R 320 m R 340 m 40 0 mm - 2 mm - 4 mm - 6 mm - 8 mm - 10 mm - 12 mm Avvikelse från 98 mm rälsförhöjning Figur 12. Största tillåtna hastighetens beroende med avseende på kurvradie och avvikelse från normal rälsförhöjning. 17

5 HJULFÖRVALTARENS ÅTGÄRDER PÅ HJUL Följande kapitel beskriver de aktiviteter som förvaltare genomför för att vidmakthålla hjulet och dess profil. 5.1 MTAB Ett fysiskt påtagligt gränssnitt mellan MTAB, som ägare till malmtransportmateriel, och exempelvis Banverket, i egenskap av spårinnehavare, är hjulets kontakt mot räl. Enligt teorin så kommer hjulets nedbrytningshastighet att vara beroende av dels malmvagnens gångegenskaper, och dels av spårets och rälens kondition. De kontroll- och revisionsintervall som finns för malmvagnen och dess hjul- och boggiesystem baseras på erfarenhetsmässiga grunder från en mer än 100-årig malmtrafik. Allt eftersom nytt materiel införts och ersatt gammalt har intervallen reviderats. Nuvarande norm i baseras på ett normalt slitageförlopp och stipulerar en kontroll av hjul var 30 000:e rullad kilometer. Efter 120 000 rullade kilometer tas hela malmvagnen in för kontroll. Vid denna tidpunkt är det normalt dags för en första omsvarvning av hjulet för att återskapa dess ursprungliga profil. Vid 600 000 rullade kilometer tas vagnen in för revision och både boggie och hjulaxlar renoveras. I boggien ersätts nedslitna detaljer och hos hjulaxeln byts lager. I normalfallet har nu hjulet profilåterskapats det antal gånger som är möjligt med hänsyn till hjulringens tjocklek, och det är därför i normala fall dags att montera nya hjul på axeln. Med nuvarande storlek på malmvagnsparken beräknas varje malmvagn rulla ca 120 000 km per år. Således beräknas ett vagnshjul som utsätts för normalt slitage att ha en livslängd på motsvarande 5 år. Observera att kontroll- och revisionsintervall baseras på erfarenheter från gamla malmvagnsparken med gamla malmvagnshjulet, dvs den hjulmaterialkvalité som användes för ca 5 år sedan. 5.1.1 Byte av hjulmaterialkvalité Fram till för 5 år sedan j användes en materialkvalité med namnet B92. Hjulet som tillverkades av detta material kallades för 46-HM. Vid denna tidpunkt introducerades en ny materialkvalité med en förändrad kolhalt, kallad Blue. Det tester som genomfördes visade att hjulets livslängd ökade. För två år sedan introducerades åter en ny materialkvalité, kallad Bluelight. Kolhalten i det nya materialet är något högre än hos sin föregångare Blue. Genomförda tester, med den nya malmvagnen, visade nu på en markant ökning av hjulets livslängd, dvs det uppvisar ett mindre slitage. I och med detta var det nu möjligt att genomföra en bättre optimering av hjulets geometri, med förbättrade egenskaper och minskad materialanvändning som följd. På så vis skapades ett bättre hjul till en lägre kostnad jämfört mot dess föregångare. Den reducerade materialanvändningen vid Bluelight-hjulets tillverkning är möjlig bl.a därför att hjulets löpbana minskat i tjocklek. En negativ konsekvens av detta är i Personligt möte med Mats Fredriksson (MTAB), Ove Salomonsson (MTAB) och Harry Timander (MTAB), Kiruna 2001-03-14 j Samtal med Ove Salomonsson, MTAB 18

dock att en minskad löpbanetjocklek även innebär ett minskat utrymme för profilåterskapande åtgärder på hjulet som t.ex svarvning, där materialavverkning är nödvändigt. Beslutet att införa det nya malmvagnshjulet baserades på i huvudsak två faktorer. Bluelighthjulet, med sin ändrade profil, passar till de nya malmvagnar som håller på att fasas in i MTAB:s maskinpark, och kan med vissa justeringar även användas till den gamla malmvagnen. Att anpassa den gamla hjultypen till den nya vagnen är däremot ej möjligt. Byte av hjultyp upphävde således riskerna för MTAB att få ett oanvändbart restlager av gamla hjultypen Genomförda tester på Bluelightmaterialet påvisade så markant ökade hjullivslängder jämfört mot tidigare material att ett byte av materialkvalité var befogat, trots minskat utrymme för profilåterskapande aktiviteter. Idag finns det dock indikationer som visar att det nya Bluelighthjulet, monterat på en gammal malmvagn, inte håller den livslängd som beräknades vid tiden för beslut om byte av hjultyp. Vidare finns det förseningar i den planerade infasningen av nya malmvagnar. Vilka konsekvenser detta kan ge, tillsammans med ett minskat utrymme för profilåterskapande åtgärder, är i dagsläget oklart. 5.1.2 Antal utbytta hjul och hjulaxlar I samband med informationsträffen hos MTAB i Kiruna, redovisades data som indikerar ett tilltagande problemet med tunn hjulfläns under hösten 2001. Kostnaderna för hjulinköp har ökat från ca 0,8 Mkr i juli till närmare 2 Mkr under november månad. Vid genomgång av data samlade hos MTAB förekommer två olika benämningar på samma typ av data, där den ena refererar till byten av hjul och den andra till byten av hjulaxlar. I princip skall dataunderlaget vara det samma, men faktiska siffror tyder på att avvikelser förekommer. Antalet hjulbyten per år för MTAB:s vagnpark för perioden del av år 1999 fram till del av år 2002, redovisas i Figur 13. Antal hjulbyten fördelade per skadeorsak 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 Del av år 1999 År 2000 År 2001 Del av år 2002 Tunn hjulring Tunn fläns Tjuvbroms Slag Lagerrevision Lös boxskruv Krossår Hög fläns Dubbel fläns Figur 13. Antal hjulbyten på MTAB:s vagnspark. 19

Figur 14 visar antalet hjulbyten pga tunn eller hög hjulfläns under motsvarande period. Av den kan utläsas att antalet hjulbyten pga tunn fläns ökat markant i antal under år 2001 jämfört mot tidigare år. Antal hjulbyten pga tunn eller hög hjulfläns 2500 2000 131 627 1500 1000 500 0 1727 45 1527 63 440 265 Del av år 1999 År 2000 År 2001 Del av år 2002 Tunn fläns Hög fläns Figur 14. Antal hjulbyten per år pga tunn eller hög hjulfläns. Genom att presenteras samma grunddata, men denna gång i relation till totala antalet hjulbyten för respektive år, framträder ett helt annat mönster. Figur 15 visar en ökning av andelen tunn hjulfläns för år 2001, samtidigt som totala andelen hjulbyten pga slitageskador där tunn hjulfläns ingår minskar. Procentuell andel av totala hjulbyten för hjulslitage 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Del av år 1999 År 2000 År 2001 Del av år 2002 Tunn hjulring Tunn fläns Hög fläns Dubbel fläns Figur 15. Procentuell andel av totala hjulbyten fördelade på olika hjulslitageorsaker. Genomförs motsvarande jämförelse, men med det tillägget att även hjulbyten pga lagerrevision ska ingå, framkommer att andelen slitage- och revisionsrelaterade hjulbyten har varit konstant under åren 1999 till 2001 enligt Figur 16. Jämförelsen tar då hänsyn till förekommande skadeorsaker med moderata tillväxttakter. Således är skademönster av akut karaktär, exempelvis krossår, hjulplattor, slag och tjuvbroms ej medräknade. En slutsats av detta, i relativa termer räknat, är att om exempelvis andelen hjulbyten pga hög hjulfläns minskar så har någon annan hjulbytesorsak ökat i motsvarande takt. 20