Transcript Hård Räl - NorJeTS

Underhåll av räler med hänsyn till:
-Val av räl hårdhet
-Profil underhåll, kontroll
-Re profilering
-Felavhjälpning / Förebyggande underhåll
Friktion
Geometri
NorJeTS - Juni 2013
Hårdhet
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
NorJeTS - Juni 2013
NorJeTS - Juni 2013
Rekomenderad hårdhet som funktion av kurvatur och belastning
NorJeTS - Juni 2013
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
NorJeTS - Juni 2013
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
NorJeTS - Juni 2013
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
NorJeTS - Juni 2013
Mjuk räl - Hård Räl
Mjuk räl med stort slitage, slitaget
begränsar livslängd
Hård räl med litet slitage, ytutmattning begränsar livslängd
RCF: Rolling Contact Fatigue
NorJeTS - Juni 2013
Mjuk 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
-
Hård Räl
• 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
NorJeTS - Juni 2013
Val av Räl profil
• Räler tillverkas i en mängd olika profiler enligt olika länders
specifiaktioner
• Toleranser och mått finns väl beskrivan i tex EN- 13231-1
• 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
NorJeTS - Juni 2013
Definition av Räl profil
• Typisk måttsättning av räl
profil: OBS: Består av
radier och båglängder.
NorJeTS - Juni 2013
Val av Räl profil
• Toleranser och mått finns
väl beskrivan i tex EN13231-1
• Obs Toleranser vid
tillverkning av räler är
större än tolerans krav
vid reprofilering i spår, se
EN 13231-3
NorJeTS - Juni 2013
Val av Räl profil
• Toleranser efter reprofilering i spår se EN 13231-3
NorJeTS - Juni 2013
NorJeTS - Juni 2013
• Typisk skillnad i rälprofiler
Räl profil
MiniProf for Windows
Version 2.42.71
Page 2 of 3
Date: den 24 november 2013
Time: 06:40:58
nsb_s54.mpt
10
5
30°
0
10°
6,3°5°
2°
1°
0°
-1°
-2° -5°
-6,3°
-10°
-15°
-16,7°
Line
=
Direction =
Position =
Rail
=
54e4.mpt
-30°
45°
-45°
60°
-5
-10
15°
16,7°
-60°
70,1°
75°
-70,1°
-75°
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-55
-60
-40
-30
Copyright(c) 1997-2008, Greenwood Engineering
-20
-10
0
10
20
NorJeTS - Juni 2013
NorJeTS - Juni 2013
30
40
Line
=
Direction =
Position =
Rail
=
• Typisk skillnad i rälprofiler
Räl profil
MiniProf for Windows
Version 2.42.71
Page 1 of 3
Date: den 24 november 2013
Time: 06:43:57
54e4.mpt [1]
0,3
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
-1,1
-100°
-50°
0°
50°
Copyright(c) 1997-2008, Greenwood Engineering
NorJeTS - Juni 2013
100°
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
NorJeTS - Juni 2013
Rull kontakt utmattning,
Rolling Contact Fatigue: RCF
NorJeTS - Juni 2013
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
Mode 0: Stabil gång,
ingen slipning
Po
Mode 0: Stabil gång, med
slipning
Tc
NorJeTS - Juni 2013
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
NorJeTS - Juni 2013
-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.
NorJeTS - Juni 2013
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
NorJeTS - Juni 2013
-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!
NorJeTS - Juni 2013
wR1
wR2
Hjul/Räl kontakt
NorJeTS - Juni 2013
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 15-18 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
NorJeTS - Juni 2013
C21- 64 Stenars Loram Sliptåg
NorJeTS - Juni 2013
Loram C21 64 stenars linje
slipmaskin (UK)
NorJeTS - Juni 2013
Slitet Sliphjul, Linje slip
NorJeTS - Juni 2013
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
NorJeTS - Juni 2013
Fräs hjul
1400 mm i diameter
NorJeTS - Juni 2013
2 Fräshjul samt ett litet sliphjul
NorJeTS - Juni 2013
Fräsning samt fin slipning
NorJeTS - Juni 2013
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:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
NorJeTS - Juni 2013
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
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
NorJeTS - Juni 2013
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
NorJeTS - Juni 2013
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
NorJeTS - Juni 2013
Periodicitet, reprofilerings intervall
Miljoner brutton ton
20
0.2
40
60
1:a slipningen
0.4
2:a slipningen
0.6
3:e slipningen
0.8
1.0
1.2
Initial spricktillväxt
1.4
Optimalt “slitage”
1.6
Accelererande sprickor
Skade djup
NorJeTS - Juni 2013
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
3 – 6 Cykeln: RCF minimeras mha. reprofilering, Optimalt så har
man nu tagit bort de kvarvarande sprickorna
Level 1 - 36
NorJeTS - Juni 2013
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
NorJeTS - Juni 2013
NorJeTS - Juni 2013
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?
NorJeTS - Juni 2013
Slipning kan förbättra
spårkvaliten samt
minska behovet av
rälbyte, i de allra flesta
fall…………
NorJeTS - Juni 2013