Overbygning Frode Teigen Jernbaneverket

Transkript

1 Overbygning Frode Teigen Jernbaneverket Overbygningens komponenter Skinner Sviller Befestigelse Ballast Sporveksler Skjøter 2

2 Kraftfordeling i sporet 3 Overbygningsklasser 4

3 Overbygningsklasser 5 Sporkonstruksjoner 6

4 Sporkonstruksjoner 7 Skinnehelning 8

5 Konisitet 9 Skinner Skinneprofiler Skinnekvaliteter Valg av skinnetype Skinnefeil 10

6 Skinneprofiler - historikk 11 Skinner Skal bære toget Skal føre toget Skal lede returstrøm 12

7 Skinner - Generelle krav bæreevne slitasjemotstand bruddsikkerhet utmattingsfasthet sveisbarhet jevn kjøreflate tverrprofil god elektrisk ledningsevne 13 14

8 Skinneprofiler Ny betegnelse Gammel betegnelse 35 kg NSB40 S41 49E1 S49 54E1 UIC54 54E2 UIC54E 54E3 S54 60E1 UIC60 S64 15 Skinneprofiler i JBV 16

9 700-kvalitet Skinnestålkvaliteter skinner med strekkfasthet > 690 N/mm kvalitet skinner med strekkfasthet > 880 N/mm2. Spesialkvaliteter skinner med strekkfasthet > 1080 N/mm2. 17 Skinnekvaliteter 18

10 Kornstruktur ved 0,8 % C 19 Mekaniske egenskaper Strekk-fasthet Flytegrense Bruddforlengelse Hardhet Skinnekvalitet (N/mm 2 ) (N/mm 2 ) (%) (HB) 700 / R200 min 690 ca. 450 min / R260 min 880 ca. 550 min / R320Cr Min 1080 ca. 720 min Min 1180 ca. 780 min R350HT [1] Min 1180 ca. 780 min R370 LHT Min 1280 ca 830 min R400 UHC Min 1280 ca 830 min Bainitt (eks.) Min 1400 ca ca. 13 ca. 450 [1] i skinnehodet 20

11 Skinnestål med høyere fasthet redusert lamellavstand i perlitt gir økt hardhet Mikrolegerte skinner Hodeherdede skinner 21 Hodeherdede skinner (350HT) 260 (900A) - skinne med styrt avkjøling Raskere avkjøling gir finere perlittisk struktur i skinnehodet Høy hardhet/slitasjemotstand i hodet Gode seighetsegenskaper i foten 22

12 Hodeherdede skinner (350HT) 23 Valg av skinner horisontalgeometri vertikalgeometri aksellast trafikkmengde trafikksammensetning hastighet skinneprofil 24

13 Levetid skinner - eksempler Ski-Oslo, Norge ca 45 MGT (7 år) R 290 m, Skinnekvalitet UIC 700 Alnabru - Lillestrøm, Norge MGT (35-45 år) R 600 -, Skinnekvalitet UIC 900B Tungtransportbaner i USA, Sør Afrika, Australia MGT R , Skinnekvaliteter HB 25 Valg av skinner Hva begrenser skinnenes levetid? slitasje reduserer skinnens bæreevne øker sporvidden begrensende faktor ved R< m utmatting Generell utmatting gir økning i antall skinnebrudd Kontaktutmatting Avskallinger og sår 26

14 Valg av skinner 27 Skinneslitasje 28

15 Skinneslitasje Slitasje på Ofotbanen Slitasjemotstand avhengig av hardhet/ strekkfasthet Økning av R m på 200 N/mm 2 halverer slitasjen (lab.forsøk) Praktiske erfaringer bekrefter lab.forsøkene 29 Valg av skinnestålkvalitet Høyere hardhet gir generelt mindre slitasje dårligere sikkerhet mot sprøbrudd dårligere sikkerhet mot brudd ved sprekker/skader dårligere sveisbarhet 30

16 Valg av skinnestål 31 Sviller og befestigelse Svilletyper og materialer Valg av svilletyper Befestigelsestyper / oppgaver 32

17 Svillenes oppgaver ta opp kreftene fra trafikken ved framføring av det rullende materiell fordele kreftene ned i ballasten uten at svillen tar skade sammen med befestigelsen å holde sporvidden ved like sammen med ballasten å sørge for en størst mulig stabilitet i sporet sideveis for å hindre utknekking 33 Tresviller Betongsviller Monoblokk To-blokk Svilletyper Stålsviller Komposittsviller Sviller av resirkulert plast 34

18 Tresviller Lette å håndtere (50-80 kg) God elastisitet liten følsomhet overfor impulslaster mindre krav til ballastkvalitet Utsatt for råte Gir mindre sideforskyvningsmotstand enn betongsviller 35 Tresviller - materialer Furu Levetid ca. 25 år Bøk og eik Levetid ca. 40 år Tropiske regnskogsarter Benyttes ikke pga. miljøhensyn 36

19 Råte Tresviller - problemer Dårlig skruefeste Nedgraving av underlagsplate 37 Betongsviller Tunge kg Ingen elastisitet Knuses ved for høye ballastspenninger Påføres stor skade ved avsporinger Gir god sideforskyvningsmotstand Gir (normalt) liten variasjon i sporvidde Er ikke utsatt for råte 38

20 Betongsviller Monoblokk betongsville Toblokk Betongsville 39 Betongsviller med svillematter Elastiske svillematter limes på undersiden Reduserer ballastspenninger og vibrasjoner Reduserer nødvendig ballasttykkelse med 5-10 cm 40

21 Feil ved betongsviller Sprekker Slitasje av mellomlegg Skinnen graver seg ned i svillen Store sporutvidelser Avsporing Knusing under svillene Pumpesviller Slitasje på isolatorer Dårlig sporisolasjon Signalfeil Nedsatt sidestabilitet 41 Sidestabilitet - sviller Kilde: ORE Q D117 RP8 42

22 Sidestabilitet - sviller Spesialsviller med friksjonsøkende mønster under sville Rammesviller 43 Valg av svilletype - kriterier Enhetspriser Trafikktype Ballastkvalitet Tresviller tåler manglende/dårlig ballast Sikkerhet mot solslyng Sidemotstanden er ca 25% lavere med tresviller i forhold til betong Levetid Vedlikeholdsbehov Miljø 44

23 Kreosotimpregnerte tresviller Jernbaneverket kjøper i dag kreosotimpregnerte tresviller fra Tyskland Kreosot er klassifisert som kreftfremkallende Kreosot inneholder PAH-forbindelser og andre tungt nedbrytbare giftige forbindelser Industriell anvendelse av kresot blir forbudt i Europa fra 2013 (EU direktiv ) For avgrensede områder, deriblant jernbane, tillates bruk av kreosot frem til 2018 Alternativer til kreosotimpregnerte tresviller Tresviller impregnert med mer miljøvennlige og lovlige oljer Sviller av komposittmaterialer Sviller av resirkulert plast Stålsviller Betongsviller med pålimt svillematte

24 «Sleeper Protect» Sleeper Protect er basert på naturlige oljer i kombinasjon med kobber og ACQ (ammonium og hydrogen). Innhold er tillatt etter EU-regler og vil bli godkjent etter Biozidal Products Directive All impregnering blir gjort i samme utstyr som blir brukt i dag som Rüping-metoden Komposittsviller FFU (Fiber reinforced Foamed Urethane) FFU sviller blir montert hvert år i Japan God elastisitet og lang levetid Foreløpig mye dyrere enn tresviller

25 Sviller av resirkulert plast Kan produseres av plastavfall Plastposer, plastflasker, e.t.c. Foreløpig lite erfaringsgrunnlag Testes for tiden av Network Rail Sviller med svillematter Elastiske gummimatter under svillene reduserer nødvendig ballasthøyde med 5-10 cm Løsning allerede implementert fra 2012

26 Stålsviller Mye lavere byggehøyde enn betong- og tresviller gir plass til mer ballast under svillene Forholdsvis rimelig Dårligere sidestabilitet Utsatt for korrosjon i aggressive miljø Innkjøp av sviller 2011

27 Steder hvor elastiske sviller bør benyttes Tunneler med begrenset høyde Under bruer med begrenset høyde på hard undergrunn På traubruer I overgangen mellom stålbruer uten ballast til vanlig spor Her bør det brukes tresviller pga. at det ofte er et hardt parti over landkarene 53 Befestigelse Befestigelsens oppgaver Komponenter i befestigelsen Befestigelsessystemer 54

28 Befestigelse Ikke fjærende befestigelse Fjærende befestigelse 55 Komponenter betongsviller Innstøpt anker eller skruer i dybler Elastisk mellomlegg Isolatorer Klemfjær 56

29 Moderne elastisk befestigelse 57 Moderne elastisk befestigelse 58

30 Komponenter tresviller Underlagsplate av stål Svilleskruer mellomlegg Klemfjær 59 Innstøpt anker Pandrol Fastclip Pandrol PR / Pandrol e 60

31 Mellomlegg Skal redusere spissbelastninger Mykere mellomlegg gir større demping Mykere mellomlegg gir større bevegelse Må begrenses for å hindre utmatting av fjær Mykere mellomlegg gir mer rulling av skinne 61 Mellomlegg Krav til statisk stivhet: kn/mm 62

32 Krav til klemfjærer Klemfjær 63 Klemfjærer Pandrol PR clip Pandrol e-clip Pandrol Fastclip 64

33 Fjærkarakteristikker 65 Isolatorer Brukes på betongsviller for å isolere elektrisk mellom sville og skinne 66

34 Befestigelse på tresviller Underlagsplate Svilleskrue 67 Befestigelsens oppgaver opprettholde tilstrekkelig motstand mot skinnevandring sikre sporvidden hindre utknekking av skinner overføre de vertikale og horisontale krefter fra skinne til sville 68

35 Skinnevandringsmotstand klemkraft til befestigelsen friksjon mellom skinne og mellomlegg friksjon mellom mellomlegg og sville eller underlagsplate friksjon mellom skinnefotens overside og fjæren i befestigelsen 69 Skinnevandringsmotstand 70

36 Sporvidde Befestigelsen skal ta opp laterale og vertikale krefter uten at sporvidden påvirkes. For stor sporvidde forårsakes av skinneslitasje slitasje av isolatorer at skinnen ruller i forhold til svillen at underlagsplate graver seg ned i tresville 71 Krav til sporvidde Kvalitetsklasse Hastighet (km/h) Nytt spor Avvik i sporvidde (mm) Vedlikeholds grense Tiltaksgrense Umiddelbar grense K /-0 +5/-3 +15/-5 +28/-7 K /-0 +7/-3 +20/-5 +35/-8 K /-0 +7/-3 +20/-5 +35/-9 K /-3 +15/-5 +30/-8 +35/-9 K /-4 +15/-5 +30/-8 +35/-9 K /-5 +15/-5 +30/-8 +35/-9 72

37 Rulling av skinne Elastiske mellomlegg forårsaker mer rulling av skinner i kurver 73 Vridningsmotstand Faktorer som påvirker vridningsmotstanden klemkraft opplagerbetingelser til skinnen i lateral retning mot underlagsplate eller skulder materiale i mellomlegget størrelsen på oppleggsflaten 74

38 Vridningsmotstand 75 Vertikale krefter Befestigelsen skal overføre både statiske og dynamiske vertikale krefter Mellomleggsplaten skal dempe dynamiske krefter Stive betongsviller krever mykere mellomlegg enn tresviller 10 mm mellomlegg av gummi vanlig i dag Tidligere 5 mm mellomlegg av EVA plast 76

39 Befestigelses systemer En rekke ulike systemer finnes fra ulike leverandører Pandrol Vossloh Nabla 77 Pandrol PR 78

40 Pandrol e 79 Pandrol Fastclip 80

41 Mekanisering - Pandrol Fastclip 81 Pandrol Fastclip FE «Dual Rail» Standard utgave 82

42 Vossloh W 83 Nabla 84

43 Pandrol VIPA 85 Pandrol Vanguard 86

44 Ballast Funksjon Profiler Krav til materiale 87 Ballastens funksjon Overføre vertikale krefter fra svillene og videre nedover i underbygningen Redusere vibrasjonene fra togtrafikken Sikre stabilt underlag for svillene og motstå forskyvning (på langs og tvers) av skinnestigen Sikre drenering og hurtig avrenning fra sporet Gi gode forhold for justering av sporgeometri og sporfeil 88

45 Overføre vertikale krefter Ballastlaget må ha tilstrekkelig tykkelse for å unngå for store spenninger Skal ikke overstige 0,3 Mpa Krever 30 cm ballasttykkelse under sville underkant Ballasttykkelse økes med 5 cm for hastighet over 200km/h 89 Sikre stabilt spor Ballastmengde har stor betydning for sidestabilitet Sikkerhet mot solslyng Krav til ballastbredde utenfor svilleender 90

46 Ballastprofiler Profil 1 Tresviller: Betongsviller: R > 500 m R > 400 m Profil 2 Tresviller: Betongsviller: 400 m < R < 499 m 300 m < R < 399 m Profil 3 Tresviller: Betongsviller: 300 m < R < 399 m 250 m < R < 299 m 91 Ballastprofil 92

47 Ballastprofil 93 Ballastprofil på hardt underlag 94

48 Krav til ballastmateriale Pukk med størrelse mm Fri for organisk materiale Kubisk form 95 Ballast JBV Teknisk spesifikasjon - Ballastpukk 96

49 Isolerte skjøter Brukes for å dele inn sporet i elektriske sporfelt Togdeteksjon Utgjør et svakt punkt i det helsveiste sporet 97 Isolerte skjøter Skjøter med kraftoverføring gjennom limfuge S type MT Skjøter med kraftoverføring gjennom bolter Exel 98

50 S skjøt 99 S skjøt 100

51 MT skjøt 101 MT skjøt 102

52 MT skjøt 103 Excel skjøt 104

53 Sporveksler Sporvekseltyper Komponenter 105 Enkel sporveksel Kort kurve Klotoide Lang kurve 106

54 Kurveveksel En kurveveksel er en enkel veksel som er bøyd 107 Kurveveksel 108

55 Usymmetrisk dobbeltveksel TUNGESETT 2 SKINNEKRYSS 3 TUNGESETT 1 SKINNEKRYSS 1 SKINNEKRYSS Usymmetrisk dobbeltveksel 110

56 Kryssveksler TUNGESETT 1 SIDEKRYSS TUNGESETT 4 ENDEKRYSS TUNGESETT 2 TUNGESETT 3 ENDEKRYSS 111 Kryssveksler 112

57 Sporvekseltyper Sporvekseltype Stigning/ Radius Største hastighet i avvik [km/h] Byggelengde [m] Enkel veksel kort kurve 1:9 R ,1 1:9 R ,2 Enkle veksler lang kurve 1:12 R ,5 1:14 R ,2 1:15 R ,2 Enkle veksler-klotoide 1:18,4 R ,4 1:26,1 R ,6 Dobbel kryssveksel 1:9 R ,9 113 Sporvekselkomponenter Tungeparti Mellomskinner Kryssparti 114

58 Tungeparti Tungepartiet består av to tungeanordninger som igjen består av: Tunge Stokkskinne Glideplater Befestigelse for skinner og plater evt. tungeruller Tungestøtter 115 Tungetyper Leddtunger 35 kg - veksler eldre S49 - veksler Fjærskinnetunger Nyere S49 - veksler Fjærtunger S54 - veksler UIC60 - veksler 116

59 Tungetyper Fjærtunge Fjærskinnetunge 117 Tungevandringskontroll S49 - veksler S54/UIC60 - veksler 118

60 Tungeruller 119 Glideplater Smørefrie glideplater sparer tid, penger og miljø Krom/nikkel belegg sprøytes på glideplatene Lav friksjonskoeffisient Hardt - gir god slitasjemotstand Korrosjonsbestandig 120

61 Spesialsviller i tungepartiet "kassesville med integrerte driv/kontrollstenger "trafosville" med transformator for sporvekselvarme 121 Kryssparti 122

62 Kryss med smidd krysspissblokk 123 Helstøpt mangankryss 124

63 Manganstål (Mn12-14) Austenittisk ståltype med stor kalddeformasjonsevne Seigt basismateriale som tåler slag godt Hardt topplag med god slitasjemotstand God sveisbarhet - kan ikke herde Etter deformasjon Før deformasjon HB HB HB HB 125 Herding av 12-14% Mn skinnekryss 126

64 Sliping av mangankryss Manganstål trenger noe deformasjon for at overflatelaget skal bli hardt Nye mangankryss vil derfor få noe utvalsinger som må slipes vekk Sliping skal iverksettes når krysset har blitt utsatt for trafikkbelastning mellom og bruttotonn trafikkbelastning 127 Skader i skinnekryss 128

65 Skader i skinnekryss 129 Skader i skinnekryss 130

66 Skinnekryss med bevegelig krysspiss 131 Sporveksel med bevegelig krysspiss 132

67 Ledeskinnekonstruksjoner Fl 1-49 UIC Befestigelse i sporveksler 134

68 Befestigelse i sporveksler 135 Spor uten ballast Lavere byggehøyde Mindre vedlikehold Dyrere Få eller ingen justeringsmuligheter 136

69 Pandrol Vanguard 137 Edilon 138

70 Rheda ballastfritt spor 139 Rheda ballastfritt spor 140

71 Sonneville 141