El 18 på Flåmsbana

Innledning

El 18 vurderes å bli satt inn i trafikk som trekkmateriell for vogner på Flåmsbana til erstatning for El 17.

Aspektet gir en betydelig økning av aksellasten; fra 16,0 tonn for El 17 til 21,3 tonn for El 18. NGI har utført et prosjekt for å undersøke stabilitet i fyllinger, støttemurer med mer. Det er dokumentert at det ikke er fare for utglidninger. NGI anbefaler allikevel å overvåke steder hvor det kan være mulighet for utglidning under spesielle forhold.

Flåmsbana har en krevende geometri. I langsgående retning er det fall/stigning på 55 mm/m. Det finnes et stort antall av kurver med små radier; R = 200 m med D = 50 mm og R = 150 m med D = 50 mm. Kurveradius ned mot 130 m finnes også.

Med sin kurvatur faller Flåmsbana utenfor rammene i EN 14363. Det kreves dermed særskilte vurderinger. Flåmsbana er klassifisert i overbygningsklasse b. Iht. teknisk regelverk tillates vogner i persontog å ha en aksellast på 18 tonn ved framføring i 100 km/h. Denne hastigheten er ikke aktuell på Flåmsbana på grunn av kurvaturen. Hastigheten settes til 30 km/h.

I teknisk regelverk i tabell for kombinasjon for tillatt aksellast og hastighet er det definert underpunkter som kommer til anvendelse

• maks aksellast for lokomotiv i persontog er 22,5 tonn

• den totale masse av toget skal ikke overstige maksimal nominell aksellast x antall aksler x 1,02 (lokomotiv i persontog holdes utenfor i denne beregning)

Kulepunktene innebærer at lokomotiv med aksellast inntil 22,50 tonn kan benyttes til framføring av vogner på Flåmsbana. El 18 har en aksellast lik 21,3 tonn.

Det legges til grunn at det ved målevognkjøring i den senere tid er verifisert at Flåmsbana har en sporkvalitet som minst er i samsvar med retningslinjene for tillatte avvik for bestemmende sporkvalitetsparametere gitt for den hastighetsavhengige kvalitetsklasse for sikker framføring av togmateriell. Aspektet innebærer at kvalitetsparameterne ikke overskrider verdier i grense for vedlikehold; eventuelt for tiltak. Det legges også til grunn at komponenter i sporet er i en slik forfatning at El 18 kan framføres. Aspektet har særlig gyldighet for tresviller.

En viktig parameter er den faktiske sporvidde målt i lastet tilstand med målevogn. Sporvidden må bli vurdert i sammenheng med reell sporvidde (nominell + utvidelse på grunn av kurvatur), skinneslitasje og svilleskruens kontakt med trevirke i svillene.

En annen parameter er vindskjevhet i overgangskurve sett i sammenheng med tilhørende sirkelkurve og overhøyde i sirkelkurven.

Parametere for sporkonstruksjonen

På grunn av de små kurveradiene har Flåmsbana lasket spor.

Skinner er 49E1 overveiende i kvalitet R 260 Mn med strekkfastheten min. 880 N/mm2. Skinner av samme profil i kvalitet R 200 Mn finnes også. Min. strekkfasthet for denne skinnekvaliteten er 680 N/mm2. Hodeherdede skinner er også registrert.

Ifølge BANADATA Innsyn Overbygning finnes ca. 10.000 til 11.000 meter skinnestreng i kvalitet R 200 Mn. Disse er lagt i sporet omkring 1965. Skinner i kvalitet R 260 Mn er lagt i sporet på et senere tidspunkt.

Det er undersøkt om skinnene i kvalitet R 200 Mn ligger på steder på strekningen som gir mindre belastning. Til dette formålet er benyttet løfteskjema og BANADATA Innsyn Overbygning. Iht. stikkprøver er det ikke funnet en slik sammenheng.

Tresviller i bøk og furu av relativt nyere dato er lagt i sporet.

Betongsville Bet-NSB-Enhetssville forekommer også.

Sviileavstanden er overveiende 640 mm.

En del av befestigelsen på sporet er av en type Pandrol og beskrives som god. En annen type som benyttes, er Hey-Back. Erfaringer tilsier at Hey-Back befestigelsen har en svakere klemkraft enn Pandrol befestigelsen.

Konklusjoner

Det legges til grunn en overbygningsstandard iht. beskrivelse i BANADATA Innsyn Overbygning og at sporet opprettholdes i en kvalitet som er i samsvar med den kvalitetsklasse som gjelder for Flåmsbana basert på målinger med målevogn.

Videre legges til grunn normale klimatiske forhold. Ved eventuelt ekstremvær som kan virke nedbrytende på overbygningskonstruksjonen, må trafikk med El 18 vurderes.

Det er utført beregninger og/eller vurderinger for følgende aspekter for den laskede sporkonstruksjonen på Flåmsbana:

• Belastning på momentbøyning av skinner på elastisk underlag ved vertikalkrefter (rett strekning)
• Belastning på momentbøyning av skinner i kurver ved vertikal- og horisontalkrefter
• Belastning på befestigelse
• Belastning i skjøter i lasket spor på elastisk underlag
• Belastning ved hjulslag og belastning på lasker i skjøter
• Kontaktmekanikk, belastning på skinnehodet i hjul/skinne i kontaktflate
• Belastning ved bremsing for konstant hastighet og nedbremsing til full stopp
• Belastning ved traksjon for akselerasjon og konstant hastighet
• Vurderinger mht. skinnevandring ved oppbremsing og traksjon av materiell i lasket spor ved nøytraltemperatur
• Vurderinger mht. skinnevandring ved oppbremsing og traksjon av materiell i lasket spor ved avvik i nøytraltemperatur
• Termisk oppvarming (særlig av hjulbane)
• Vurdering av sidestabilitet ved Prud`Hommes formel
• Vurdering av (Y/Q) ved dynamisk belastning
• Vurdering av (Y/Q) ved statisk belastning ved lav hastighet (hjulavlastning)
• Delta r kriteriet
• Vurdering av radiell styringsindeks
• Opprettholdelse av sporvidde vurdert ut fra kurveradius, skinneslitasje og kontakt av svilleskrue for befestigelsen mot trematerialet til tresviller
• Forholdet R/D/g (sirkelkurve, overhøyde, vindskjevhet i overgangskurve)
• Stabilitet

Det er innledningsvis for flere temaer beskrevet en teoretisk orientering som grunnlag for de formler som er anvendt i beregningene.

Belastning på momentbøyning av skinner på rett strekning

På rett strekning og i kurver med store radier oppstår spenninger i dynamisk tilstand i skinnefot i symmetriaksen som er lavere enn tillatt anbefalt spenningskapasitet for skinner i kvalitet R 200 Mn og i kvalitet R 260 Mn. Det skulle derfor ikke være fare for utmatting.

Det påpekes at den kvasistatiske kraft QKV.ST. vurderes i samsvar med tilhørende kvasistatisk kraft i EN 14363 evaluert i et lavpassfilter på 20 Hz. Denne kraften er en 50 % kraft og forekommer derfor svært ofte.

Den dynamiske kraft QDYN vurderes i samsvar med tilhørende dynamisk kraft i EN 14363 evaluert i et lavpassfilter på 20 Hz. Denne kraften er en 99,85 % kraft og forekommer dermed meget sjeldent.

Beregningene er utført med nominelt skinneprofil og dermed nominelt treghetsmoment. Med den slitasje som er registrert og vist i slutten av dette kapittel, så er bæreevnen svakere enn ved nominelt profil. Det forventes imidlertid ikke utmatting i underkant skinnefot i symmetriaksen.

Belastning på momentbøyning av skinner i kurver ved vertikal- og horisontalkrefter

I kurver med små radier opptrer en kombinasjon av eksentrisk virkende vertikale krefter og horisontale krefter på skinnehodet. I en kvasistatisk vurdering er de beregnede spenninger i kant av skinnehode og skinnefot tolererbare og akseptable i skinnekvalitet R 200 Mn og R 260 Mn. De kvasistatiske spenninger er å oppfatte som 50 % verdier i en statistisk vurdering og opptrer dermed ofte. De kvasistatiske spenninger er tolererbare.

Dynamisk betraktning for eksentrisk virkende vertikalkrefter og horisontale krefter gir beregningsmessig meget høye spenninger i kantene på skinnehodet og i skinnefot. De beregnede spenninger overskrider anbefalte grenseverdier; særlig gjelder dette for skinnekvalitet R 200 Mn. Plastiske deformasjoner vil kunne opptre teoretisk. Imidlertid er det nødvendig å være oppmerksom på de beregnede dynamiske spenningene er å oppfatte som 99,85 % verdier i en vurdering i et lavpassfilter på 20 Hz i samsvar med betingelsene i EN 14363 og at de derfor opptrer meget sjeldent og har lokal opptreden. De største beregnede spenningene som opptrer i underkant skinnefot i punkt C (det vises til figur i relevant kapittel), har en størrelse på 344,10 N/mm2; dvs. ca. 50 % av strekkfastheten for skinnestål R 200 Mn.

I tillegg til krefter fra rullende materiell opptrer også belastning forårsaket av kurveradius, egenspenninger og temperaturspenninger. I særlige tilfeller kan da den resulterende spenning bli opp mot 480 N/mm2. Imidlertid er det nødvendig å være oppmerksom på at temperaturspenningene sjeldent opptrer med maksimale verdier. Aspektet vil ha betydning for sannsynlighet for opptreden av plastisk deformasjon i punkt C på skinneprofilet (det vises til figur i gjeldende kapittel).

Det er også å bemerke at skinner i kvalitet R 200 Mn har ligget i sporet siden ca. 1965. Ifølge BANADATA Innsyn finnes ca. 10.000 – 11.000 løpemeter skinner i denne kvaliteten. Øvrige skinner har kvalitet R 260 Mn og er lagt i sporet på et senere tidspunkt.

Beregningene er utført med nominelt skinneprofil og dermed nominelt treghetsmoment. Med den slitasje som er registrert og vist i slutten av dette kapittel, så er bæreevnen svakere enn ved nominelt profil. Det forventes imidlertid ikke plastiske deformasjoner på sensitive steder i profilet.

Belastning på befestigelse

På grunn av kurver med radier R = 150 m opptrer horisontale og vertikale krefter i befestigelsen. Aspektet gir en resulterende kraft rettet mot befestigelsen. Det forventes ikke en økning i helningsvinkelen for virkningslinjen for den resulterende kraft fra det tyngre lokomotivet El 18 sammenlignet med virkningslinjen for de kombinasjonskrefter som oppstår ved framføring av det lettere lokomotivet El 17. Aspektet har sammenheng med de radielle styringsegenskaper til boggiene i El 18. Med El 17 eksisterer betydelig erfaring for virkning på befestigelsen. Imidlertid vil det trolig bli en økning i de horisontale krefter fra El 18 på grunn av større aksellast. Aspektet kan føre til hurtigere opptreden av slitasje i skruehullene på tresvillene på grunn av treets mekaniske egenskaper. Det er derfor nødvendig å føre kontroll med skruene ved for eksempel utøvelse av et definert dreiemoment (som beskrevet i Teknisk Regelverk).

Belastninger fra hjulslag og belastning på skjøter i lasket spor på elastisk underlag og i sporveksler

Det er vurdert 4 aspekter:

• Kraft ved hjulslag på tresviller på elastisk underlag
• Støtkrefter i skinneskjøter i lasket spor
• Belastning i svevende skjøter i lasket spor
• Belastning i sporveksler (krysspiss og braketter)

Kulepunkt

Målinger av tester i bl. annet. ORE D 161 viser at ved en aksellast på 22,50 tonn så øker slagkraften med 30 kN/mm for tresviller på elastisk underlag ved framføringshastighet på 30 km/h.

Slagkraften skulle dermed anta en verdi på ca. 45,00 kN. Dette er ikke urovekkende.

Kulepunkt

Overgang fra eksisterende lokomotiv El 17 med aksellast 16 tonn til nytt lokomotiv El 18 med aksellast 21,3 tonn gir en økning i støtkreftene P1 og P2 på om lag en faktor lik 1,15 for hastighet V = 30 km/h. Økningen i lasten har en faktor lik 1,33.

Økningen i støtlasten oppfattes ikke å være dramatisk.

Kulepunkt

For svevende skjøter opptrer store belastninger i stållaskene vurdert etter en konservativ metode. Det er imidlertid nødvendig å være oppmerksom på at laskene har anlegg mot overkant skinnefot og underkant skinnehode. Stållaskene opptrer dermed ikke som teoretisk virkende fritt bærende bjelker. Store belastninger kan imidlertid føre til utmatting ved skruehullene på grunn av dynamiske belastninger.

Kulepunkt

En enkel betraktning viser at støtkraft i krysspiss vil øke med en faktor lik 1,15 ved overgang fra El 17 til El 18. Ved ofte passeringer må det forventes hurtigere nedbrytning av krysspiss.

I områder for ledeskinner kan det forekomme at ledeskinnen blir belastet bare på horisontale krefter da de vertikale kreftene fra hjulbane overføres til hovedskinne. Ledeskinnene er festet til underliggende sville og blir dermed utkraget. Ved stor horisontal belastning kan det derfor inntreffe brudd i brakettfot ved små sporveksler. Det er ikke mulig å konkretisere om dette vil skje; sannsynligheten er meget lav. Men brakettene må overvåkes.

Belastning på skinnehodet

Følgende tabell viser økning i spenning i kontaktflaten som funksjon av økning av aksellasten:

Lokomotiv	El 17	El 18	Fiktiv El
Akselkraft (kN)	160	213	320
Økning i akselkraft	1,000	1,33	2,00
Økning i spenning σξ, max	1,00	1,10	1,26

En økning av aksellast fra 16 tonn til 21,3 tonn (økning lik 1,33) gir en økning i kontaktspenningene på 1,10 under forutsetning av samme hjuldiameter.

En økning i spenningene på 10 % på grunn av økning av akselkraften på lokomotivene med henholdsvis 4 og 8 aksler i togstammen vil naturlig fremskynde nedbrytning; men det forventes ingen dramatisk økning i hastigheten for slitasje.

Det er tatt utgangspunkt i radier for hjulbanene til hjulene r_ƞ = 0,36 m, 0,50 m og ∞ m i beregningene. Det kan synes å være noe inkonsekvent å anta radiene 0,50 m og ∞ m. Hjulbaneprofilet vil tilpasse seg skinneprofilet og en radius lik omtrent 0,36 m vil av naturlige årsaker opptre mest. Det eksisterer derfor et relativt bredt kontaktbånd i kontaktflaten hjul /skinne som bidrar til mindre stressende spenninger. El 18 har nominell hjuldiameter 1125 mm. El 17 har nominell hjuldiameter 1100 mm. Forskjellen er ubetydelig for den økning i lasten som er definert.

Bremsekrefter

Kapitlet omhandler 2 aspekter:

• Bremsing for opprettholdelse av konstant hastighet og vurdering for skinnevandring
• Nedbremsing til full stopp og vurdering for skinnevandring

Det er tatt hensyn til kriterier for nødvendig adhesjonsforhold.

I beregningene er det lagt til grunn at det benyttes El brems med kraft 150 kN for opprettholdelse av konstant hastighet under hensyntagen til nødvendig adhesjon.

For nedbremsing til full stopp er det i beregningene benyttet en modell med bruk av pneumatisk brems. Det er ikke tatt stilling til hvilke typer pneumatisk brems som brukes (i beregningene legges til grunn blokkbremser; dette behøver ikke å være riktig).

Det er vurdert at skinnevandring trolig ikke vil oppstå ved bremsing for opprettholdelse av konstant hastighet i lasket spor på Flåmsbana.

Det er vurdert at det vil kunne inntreffe en beskjeden skinnevandring ved nedbremsing til full stopp i det laskete spor. Aspektet er imidlertid en funksjon av klemkraften i befestigelsen. Det er rapportert at særlig Pandrol PR 341 A er i god stand og dette skulle dermed medføre høy klemkraft.

Traksjon

Kapitlet omhandler 2 aspekter:

• Traksjon for opprettholdelse av konstant hastighet og vurdering for skinnevandring
• Traksjon for akselerasjon til definert hastighet og vurdering for skinnevandring

I beregningene er lagt til grunn mekanisk gangmotstand, kurvemotstand, luftmotstand og stigningsmotstand. Det er vurdert at det vil kunne inntreffe en beskjeden skinnevandring ved traksjon i et lasket spor.

Vurderinger mht. skinnevandring ved nedbremsing og traksjon av materiell i lasket spor ved avvik i nøytraltemperatur

Ved nøytraltemperatur i skinnene forventes ingen eller en beskjeden skinnevandring (se foregående kapitler).

Dersom temperatur avviker fra nøytraltemperatur, medfører dette aspektet langsgående krefter i skinnene. Utøvelse av traksjon for akselerasjon vil i tillegg føre til langsgående krypkrefter. Samlet kan disse 2 aspektene forårsake skinnevandring og at sporet blir trukket innover i kurve. Dette kan inntreffe både for ubelastet naboskinne og belastet skinne fra lokomotivet i det laskede sporet. Ved overgang fra El 17 til El 18 øker aksellasten med en faktor 1,33. Aspektet vil gi en økning i adhesjonskraften for samme adhesjonskoeffisient. Imidlertid vil den økte aksellasten virke stabiliserende.

Skjøtåpningene må kontrolleres og om nødvendig justeres. Når skjøtåpninger er blitt for store eller for små, skyldes dette i regelen enten skinnevandring eller lasken som kan gi for stor eller for liten friksjon. I slike tilfeller må det foretas skjøtregulering, rensing og smøring av laskekammeret og tilskruing av laskene. Varmeromstabellen må følges.

Termisk oppvarming (særlig av hjulbane)

Det er beregnet den termiske oppvarming av særlig hjulbane ved vedvarende bremsing.

Vurdering av sidestabilitet ved Prud`Hommes formel

Den maksimale styringskraft som El 18 kan utøve for å unngå sideforskyvning av sporet ved normale forhold er 68,85 kN. Kraften har en lengde på 2 meter i vinduet og evalueres i et lavpass filter på 20 Hz.

I mangel av informasjon benyttes formelverket i EN 13103 og EN 13014 for beregning av styringskraften som kan betraktes som sideforskyvningskraft i Prud’ Hommes formel. Dette skulle medføre = 37,55 kN < 68,85 kN. Selv om El 18 har gode radielle styringsegenskaper, så er resultatet optimistisk. Kraften er trolig større.

Det vurderes imidlertid at kapasitet mot sideforskyvning er tilstrekkelig god nok. mangel av informasjon er beregnet (Y/Q)_{j, a, max} i dynamisk tilstand:

De beregnede verdiene for Y_DYN og Q_DYN er hentet fra kapitlet for kalkulasjon av disse parametere i forbindelse med beregning av spenninger i skinne når skinnen fungerer som bærebjelke.

Det er ingen fare for avsporing.

Vurdering av (Y/Q) ved statisk belastning ved lav hastighet (hjulavlastning)

Det legges til grunn at El 18 har et hjulprofil som gir flensvinkel på 68° - 70°. For en friksjonskoeffisient μ = 0,36 blir

En typisk overgangskurve på Flåmsbana har en lengde L = 20 m og overhøyde D = 50 mm. Aspektet gir en gradient i overhøyderampen på 1 : 400. Imidlertid ved overgang til en sirkelkurve med R = 150 m bør også overhøyderampen ha slak helning. Diagrammene fra målevognkjøring gir høyere verdier for vindskjevhet i belastet tilstand.

Det eksisterer ingen fare for avsporing i kvasistatisk tilstand under forutsetning av at El 18 har foreskrevne verdier mht. torsjonsegenskaper.

Delta r kriteriet

Dersom hjulradius er 550 mm, beregnes nødvendig Δr til 5,50 mm for kurveradius R = 150 m.

Det blir bedt om en redegjørelse om i hvilken grad NSB iverksetter tiltak for best mulig overholdelse av kriteriet.

Vurdering av radiell styringsindeks

For kurveradius lik 150 m beregnes Δx til 7 mm for en boggi med hjulavstand lik 2,8 m.

Beregningen innebærer at hjulene i ytterstreng må gå 14 mm fra hverandre og hjulene på innerstreng må gå 14 mm til hverandre (nærme seg hverandre).

Det blir bedt om en redegjørelse om i hvilken grad NSB iverksetter tiltak for best mulig overholdelse av kriteriet.

Opprettholdelse av sporvidde vurdert ut fra kurveradius, skinneslitasje og kontakt av svilleskrue for befestigelsen mot trematerialet til tresviller

Det er av betydning at sporvidden holdes innenfor de mål som regelverket foreskriver for å unngå avsporing. Aspektet medfører at svilleskruene må ha kontakt med materialet i svillene. Tester kan utføres med et definert dreiemoment som er beskrevet i regelverket for vedlikehold.

Måling med målevogn over flere perioder, dvs. måling i belastet spor vil gi informasjon om opptredende sporvidde og om svilleskruene er i kontakt med trevirke i svillene. En eventuell abrupt endring fra en periode til neste periode kan tyde på at svillen er blitt utsatt for råte.

Den overveiende konklusjon er at på enkelte steder hvor sporvidden er målt opp til 1465 mm, så bør skruene kontrolleres på dreiemoment iht. bestemmelsene i regelverket og eventuelt at utbedringer gjennomføres.

Forholdet R/D/g (sirkelkurve, overhøyde, vindskjevhet i overgangskurve)

Iht. løfteskjema er vindskjeheten meget lav; flere steder 1 : 400. Diagrammene fra målevognkjøringen viser vindskjevhet < 10 mm for 2 meters verdier og < 31 mm for 9 meters verdier.

Stabilitet

På grunn av lav hastighet vil instabilt løp ikke oppstå.

Tilrådning

Det konkluderes med at El 18 kan benyttes for framføring og trekking av vogner i passasjertrafikk på Flåmsbana. Iht. informasjon fra NSB må det benyttes ett lokomotiv for maksimalt inntil 3 vogner. Dette er også bekreftet i de beregninger som er gjennomført; både med hensyn til skinnegangens adhesjon og kapasitet for øvrig for relevante parametere for sporet. På grunn av gradienten på 55 mm/m er dette også nødvendig.

Ved flere vogner må det benyttes 2 lokomotiv (for inntil 6 vogner). Ett lokomotiv må gå foran og det andre må gå bak i togstammen av vogner slik at traksjons- og bremsekreftene blir spredd. Gjennomførte beregninger med grunnlag i overbygningens armering bekrefter at dette tiltaket er nødvendig.

Beregningene dokumenterer at i alle fall 4 parametere krever oppmerksomhet:

• Det forventes kun en litt hurtigere hastighetsøkning for nedbrytning av sporet og for slitasje på alle komponenter i sporet; i særlig grad gjelder dette skinner.

• Belastning i kontaktflaten i hjul/skinne mekanikken får en økning på 10 % med samme hjuldiameter ved overgang fra El 17 med 16 tonns aksellast til El 18 med 21,3 tonns aksellast. Det forventes et bredt bånd i kontaktflaten slik at denne økningen skulle kunne være tolererbar; også for skinner i kvalitet R 200 Mn. Lastøkningen fra lokomotivet er 33 %.

En togstamme bestående av et lokomotiv av type El 17 og 3 vogner har en samlet vekt:

En togstamme bestående av et lokomotiv av type El 18 og 3 vogner har en samlet vekt:

• Økning i prosent blir 9,7. For vognene er benyttet den ekvivalente masse med en faktor lik 1,10. Under ellers like adhesjonsforhold behøves en tilsvarende økning i bremse- og trekkraft. Økningen oppfattes ikke å være alarmerende.
• Støtkrefter i laskede skjøter og i krysspiss i sporveksel får en forventet økning på 15 % fra El 18 i forhold til El 17. Denne økningen forventes ikke å være dramatisk.

På grunn av overbygningens konstruksjon må det utøves kontroll ved framføring i den forstand at ikke mer traksjons- og bremsekraft enn nødvendig benyttes. Det må utøves streng kontroll med hensyn til sluring og glidning.

Både operatør og infrastruktur må holde banen under oppsikt. Det anbefales at det utarbeides et program for korttidsovervåking og langtidsovervåking av overbygningen i samsvar med de anbefalinger som er gitt fra NGI vedr. støttemurer, fyllinger med mer.

For sporet bør følgende aspekter underlegges spesiell overvåking:

• De laskede skjøtene med åpninger må kontrolleres og om nødvendig justeres
• I svevende skjøter (dersom slike forekommer) kontrolleres laskene på utmatting
• Skruene i skruehullene i tresvillene må kontrolleres på nødvendig dreiemoment iht. regelverket
• Tresvillenes bestandighet kontrolleres; særlig i kurver
• Observasjon av eventuell skinnevandring som kan resultere i et innover trukket spor
• Overvåkning av nøytraltemperatur
• Utvikling av slitasje på skinnehodet i skinnene
• Abrupt endring av sporvidde fra en måling til neste måling i belastet spor med målevogn

NSB blir bedt om en redegjørelse for hvordan det er tenkt i best mulig grad å etterkomme krav til Δ r kriteriet og til radiell styringsindeks.

Belastningsparametere

Kapitlet redegjør i stikkordsform for parametere som må tas hensyn til i en vurdering av belastning på sporet og som bør iakttas i relevante beregningsmodeller. Kapitlet er ment å være allmenngyldig og er ikke spesielt laget for Flåmsbana.

Sporet har til oppgave:

• Fungere som kjørevei; togmateriellet er bundet til sporet
• Fungere som bærebjelke på elastisk underlag (ballast med underbygning)

Hovedfaktorer som belaster sporet

• Trafikk (årlig tonnasje på sporet)
• Aksellast
• Traksjon og bremsing
• Hastighet

Faktorer som må vektlegges i framføring

• Materiellets løpedynamiske egenskaper
• Hjul/ skinne kontakt mekanikk
• Sporets dynamiske virkning
• Dynamisk profil til materiellet
• Linjebelastning

Vurdering av aksellaster; linjelaster

• Aksellast for lokomotiv
• Aksellast for vogner med passasjerer og gods
• Linjelast (geometrisk utforming av lokomotiv og vogn)

Ballastspor

Overbygning

• Tverrsvilleoverbygning
• Ballastskuldre (bredde)
• Formasjonsplan (bredde)
• Høyde av ballast

Komponenter i sporet:

• Skinner
• Sviller
• Befestigelse
• Ballast
• Sporveksler
• Skjøter

Viktige parametere for å ta opp belastningene fra rullende materiell

• Skinner

° Vekt (treghetsmoment), stålkvalitet (i kurver)

° Statisk og dynamisk belastningsevne

• Sviller

° Svilleavstand, statisk og dynamisk belastningsevne

• Befestigelse

° Tilstrekkelig klemkraft, nødvendig kvalitet i komponenter

• Ballast

° Kvalitet, utseende på steinene (form), riktig fraksjonering, tykkelse av ballast

• Sporveksler

° Belastningsevne i alle komponenter; særlig de som blir belastet med støt

• Skjøter

° Skjøter

° Belastningsevne på støt

Overbygningens elastisitet

• Vurdering av ballastsiffer eller ballaststivhet

° Belastningsevne for skinner på momentbøyning

• Variasjon av ballastsiffer eller ballaststivhet som funksjon av årstid (sommer, høst, vinter, vår, endring av temperaturer og variasjon av nedbørsmengder)

Sporgeometri og hastighet

• Minste kurveradius i sporet
• Maksimal vertikal helning av gradient i lengderetning
• Minste kurveradius i sporveksler
• Optimal overhøyde i kurver relatert til balansert hastighet; eventuelt til hastighet i sammenheng med manglende overhøyde eller overskuddshøyde
• Helning i overhøyderampe i overgangskurver
• Minste lengde for trasseringselementer (rett strekning, kurver, overgangskurver)
• Enklest mulig geometri i kombinasjoner

° Unngå for eksempel horisontal sirkelkurve og overgangskurve i vertikalradier i lavbrekk og høybrekk

Vognmateriell

• Opphengsystemer (fjærer og dempere)
• Avstand mellom hjulsettene i to eller tre – akslede boggier for lokomotiv og vogner
• Boggiene kjennes ved radiell styringsevne
• Konisitetsbetraktninger (ikke avgjørende for kurverike baner med overveiende små radier)
• Delta r kriteriet i kurver; eventuell radiell styringsindeks

Lokomotiv

• Opphengsystemer (fjærer og dempere)
• Vil være to – akslede boggier
• Boggiene kjennetegnes ved radiell styringsevne
• Utnyttelse av adhesjon
• Sluregrense
• Konisitetsbetraktninger (ikke avgjørende)
• Delta r kriteriet i kurver; eventuelt radiell styringsindeks

Bremsing

• El brems
• Skivebremser
• Blokkbremser
• Bremsing for overholdelse av konstant hastighet
• Bremsing for stopp

Traksjon

• For opprettholdelse av konstant hastighet i stigning
• For akselerasjon for realisering av definert hastighet i stigning

Opptredende belastninger på sporet i definerte tilstander

• Statisk
• Kvasistatisk
• Dynamisk

Belastninger fra rullende materiell

• Vertikale krefter
• Laterale krefter
• Støtkrefter
• Traksjons- og bremsekrefter

° Langsgående krefter i sporet; krypkrefter (skinnevandring)

° Skjærkrefter på skinnehodet

° Varmeutvikling på skinnehodet

° Varmeutvikling på hjulbane

Øvrige krefter utøves ved:

• Temperaturvariasjoner
• Værforhold
• Egenkrefter i komponenter (skinner)

Mulig opptreden av uønskede hendelser

• Innover rettet forskyvning av sporet i små kurver
• Brukne deler i komponenter
• Merkbar skinnevandring
• Gliding av mellomleggsplate i sviller (gjelder bare betongsviller)

Modelleringer og beregninger

• Enklere og mer sofistikerte modeller

° Statisk modell med koeffisienter for dynamisk tillegg

° Modell som beregner dynamisk belastning på grunn av irregulariteter

° Simulering

• Vertikallaster i statisk, kvasistatisk og dynamisk tilstand

° Momenter og spenninger i skinner

° Belastning på befestigelse, sviller, ballast

• Kombinasjon av vertikal- og lateralkrefter i kvasistatisk og dynamisk tilstand

° Momenter og spenninger i skinner

° Belastning på befestigelse, sviller, ballast

• Ballastsifferet for optimalisering av overbygningens elastisitet

• Belasting på skinnehodet (hjul/skinne kontaktmekanikk)

° hjuldiameter

• Støtbelastninger på steder og komponenter hvor slike belastninger oppstår (P1 og P2 krefter)
• Krypkrefter ved traksjon og bremsing

° Shakedown diagram

• Skinneslitasje

• Motstand mot skinnevandring

• Motstand mot sideforskyvning av sporet