DET HELSVEISTE SPORET

Transkript

1 DET HELSVEISTE SPORET Det helsveiste sporet Lasket spor frem til 1970 tallet Skinnelengder fra 12 til 40 meter Helsveising av skinner startet på 60-tallet og ble sluttført på slutten av 80-tallet I dag er over 95% av alle hovedspor helsveist 2

2 Sveisemetoder Helsveist spor Krefter i helsveist spor Sidestabilitet Nøytralisering 3 Sveisemetoder Aluminiotermisk sveising ( thermit ) Brennstuksveising (Elektrisk motstandssveising) Stasjonær Mobil Elektrisk lysbuesveising (formsveising) 4

3 Ant. sveis Sveisemetoder Stasjonær maskinsveis Mobil maskinsveis Thermitsveis År 5 Sveisbarhet - skinnestål Sveising er en sjokkartet varmebehandling meget rask oppvarming meget rask avkjøling Sveisbarhet sier noe om hvordan grunnmaterialet påvirkes av varmebehandlingen Store spenninger Sprekker 6

4 Sveisbarhet - skinnestål Karbonekvivalenten Ce %C %Mn %Cr %Mo %V %Ni %Cu Dersom Ce > 0,4 er forvarming nødvendig Skinnestål Ce 0,9 Skinnestål 260Mn - Ce 1,0 7 Aluminiotermisk sveising Ble utviklet av Hans Goldschmidt på slutten av 1800 tallet Ble tatt i bruk i Norge på tallet metalloksyd + aluminium metall + aluminiumoksyd + energi 8

5 Den aluminiotermiske prosess jernoksyd (Fe 2 O 3 ) aluminium (Al) legeringselementer skrapjern 1 kg sveiseporsjon gir ca. 1/2 kg jern, 1/2 kg slagg (aluminiumoksyd) og 3550 kj energi. Temperaturen til stålet og slagget ved tapping er ca C. 9 Thermit - sveising Fe2O3 + 2Al 2Fe + Al2O kj Energi 10

6 11 12

7 Brennstuksveising Press sveisemetode uten bruk av tilsatsmaterialer Skinneender varmes opp med strøm 6 V / A Skinner stukes mot hverandre med høyt trykk når temp er ca C 13 Brennstuksveising 14

8 Valg av sveisemetode mekaniske egenskaper anvendelighet/fleksibilitet skinnelengder pris 15 Mekaniske egenskaper SkV Thermit sveis Elektrisk motstandssveis 16

9 Fleksibilitet Aluminiotermisk sveising er svært fleksibel krever ingen strømforsyning kan utføre sluttsveis Brenstuksveis er mindre fleksibel mobil sveising i spor krever spordisponering kan ikke utføre sluttsveis 17 Krefter i helsveist spor temperaturendringer i skinnene skinnevandring forflytning av sporet i horisontalplanet 18

10 Spenninger ved temperaturendring 2, 4 t N / mm 2 Spenninger i fastlåst skinne varierer bare med temperaturen 19 Krefter i helsveist skinne P A [N] Kraftforandring i skinne ved temperaturendring på 1 0 C Skinneprofil Areal (A) [mm 2 ] Kraft (P = 2,4*A) [kn] 49E E E

11 Nøytraltemperatur Middeltemperatur er temperaturen som ligger midt mellom høyeste (+55 0 C) og laveste (-30 0 C) skinnetemperatur som kan påregnes Nøytraltemperaturen er den skinnetemperaturen hvor skinnene skal være spenningsfrie Nøytraltemperatur i JBV er satt til 21 0 C (+/- 3 0 C) 21 Maksimale krefter i helsveist spor maks. skinnetemp. = ca C min. skinnetemp = ca C maks krefter i hver skinne forutsatt nøytraltemp. = C Skinneprofil Tverrsnittsareal Strekkraft ( t = 51 0 C) Trykkraft ( t = 34 0 C) 49E mm kn 518 kn 54E mm kn 567 kn 60E mm kn 627 kn 22

12 t Helsveist spor - pusteparti 23 Lengde av pusteparti a P R r a pustepartiets lengde [m] P kraft i fastlåst parti av helsveist spor [N] R motstand i evt. lask [ N ] r ballastmotstand [ N / m] 24

13 Bruddåpning [mm] Lengde av pusteparti [m Lengde av pusteparti Temperaturendring [gr.c] 54E3 skinneprofil ved ulike ballastmotstander [kn/m] 25 Bruddåpning ved skinnebrudd 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30, ,0 10,0 0,0 Nøytraltemp. - bruddtemp [gr. C] 54E3 skinneprofil ved ulike ballastmotstander [kn/m] 26

14 Skinnevandring Når tog akselererer eller bremser ned blir det ledet langsgående krefter fra toget til skinnene opp til 260 kn (målt i USA) «Restkrefter» blir liggende igjen i skinnene pga. skinnevandring Skinnevandring forekommer også på dobbeltspor uten akselerasjon/nedbremsing Befestigelsen må ha god dynamisk lengdeforskyvningsmotstand for å motvirke skinnevandring 27 Skinnevandring 28

15 Flytting av spor i kurver R B A Bilde: Leonard Weiss t R R 29 Flytting av spor i kurver Endring av nøytraltemp. i kurve som følge av ensidig baks 30

16 Temperaturgrenser ved sporjustering Kurveradius Temperaturintervall 800 m C m C 400 m C 31 Tillatt horisontalt avvik Kurveradius Toleranse R < 350 m 15 mm 351 m < R < 500 m 20 mm 501 m < R < 750 m 30 mm R > 750 m 40 mm Teknisk regelverk setter grenser for hvor stort avvik sporets sidebeliggenhet kan ha Derom disse grensene overskrides, må sporet bakses på plass, eller evt. må sporet nøytraliseres på nytt. 32

17 tf ar lk ia skat ekri våpu r eg la leli vs t saf en in ks r, r dnat eg la st o igl tms lal egeveb ab ] m [m en in ks ] [N tf ar ska ml e ls egeveb lk ia ska Tileggskrefter i sporveksler Aksialkrefter i 1:12 sporveksel målt i Tyskland 33 Krefter på bruer uten glideskjøt P Ld r 2 34

18 enni ks ur b de m u m Glideskjøt 35 Krefter på bruer med glideskjøt ska net egev eb s l ka tf arkl ai sk at ekri våpu r elli egal vs t s af ur b de m r, dnat st o tms all ab t r øj egal ks edil gil g ] egev eb m [m enni ] [N tf ks esl arkl ai ur b ska ml 36

19 Måling av nøytraltempertatur Destruktive metoder "Kapp - metoden" Ikke destruktive metoder magnetiske egenskaper ("Railscan") akustoelastiske egenskaper ("Debro") mekanisk løft ("Verse) 37 "Railscan" 38

20 "VERSE" 39 Solslyng Hvorfor oppstår solslyng? Hvordan kan vi sikre oss mot at solslyng oppstår? Hvorfor må vi hindre at solslyng oppstår? 40

21 Solslyng før sporveksel 41 Hvorfor unngå solslyng? Solslyng innebærer en relativt høy avsporingsrisiko Det er svært vanskelig å varsle/forutse solslyng Ingen gode teknikker for å måle krefter i sporet er tilgjengelig Solslyng oppstår ofte når toget passerer 42

22 Sporets sideforskyvningsmotstand Faktorer som innvirker ballastprofilet ballastkvaliteten ballastens komprimeringsgrad svilletype svilleavstand befestigelsestype skinneprofil 43 Ballastprofiler Tresviller R>500 m Betongsviller R>400 m Tresviller R> 400 m Betongsviller R> 300 m Tresviller R> 300 m Betongsviller R> 250 m 44

23 Sidestabilitet - balastkvalitet Kornform/fraksjonering har betydning for sidemotstanden Kubisk form er best Forurensinger og vann i ballasten nedsetter sidemotstanden 45 Sidestabilitet - balastmengde 46

24 Sidestabilitet - sporarbeider Sporjustering reduserer sidemotstanden med 50% Full sidemotstand etter brt Ballastrensing reduserer sidemotstanden med 70% Dynamisk sporstabilisator øker sidestabilitet tilsvarende ca brt 47 Sidestabilitet - sviller Kilde: ORE Q D117 RP8 48

25 Sidestabilitet - befestigelse Vridningsmotstand i befestigelsen påvirker hvor stiv rammen blir Slitte isolatorer nedsetter vridningsmotstanden 49 Solslyng ved togpassering F D F Q S F sideforskyvningsmots tan d under avlastning D F statisk sideforskyvningsmots tan d S friksjonskoeffisient sville/ ballast Q sporets egenvekt 50

26 Kritisk temperaturøkning [ 0 C] Kritisk knekktemperatur Rett linje: t 8, 7 J w 2 F E f Kurve: 2 8 J J J w t F R f F R f F E f 0 t kritisk temperaturøkning ( C) E elastisitetsmod ulen 21, 10 N / cm 7 2 stålets utvidelseskoeff. 115, 10 F Skinnenes samlede tverrsnittsflate 2 ( cm ) J Sporets ekvivalente treghetsmoment 4 ( mm ) R Kurveradius ( cm) w sideforskyvningsmots tan d ( N / cm) f antatt sporfeil ( cm) 5 51 Kritisk temp.økning - S49/betongsv P ilh øy d e fe il 5 m m 1 0 m m 1 5 m m 2 0 m m K urveradius [m ] svilleavstand = 65 cm ballastskulder = 40 cm koeffisient for konsolideringsgrad = 0,7 koeffisient for løfting mellom boggier = 0,7 52

27 Kritisk temperaturøkning [0C] Kritisk temp.økning - S49/tresviller P ilhøy defeil 5 m m 1 0 m m 1 5 m m 2 0 m m K urveradius [m ] svilleavstand = 65 cm ballastskulder = 40 cm koeffisient for konsolideringsgrad = 0,7 koeffisient for løfting mellom boggier = 0,7 53 Nøytralisering Nøytralisering i forbindelse med helsveising av spor vil si å gi skinnene en lengde som gir spenningsfri tilstand ved nøytraltemperatur Helsveising er sammensveising av langskinner til kontinuerlig skinnestreng 54

28 Arbeidsoperasjoner ved nøytralisering Spenningsfrigjøring Beregning av forlengelse (dilatasjon) Utsetting av dilatasjonsmerker Kapping av sveiseåpning Forlengning av skinnene Festing av skinnene og sveising 55 Utgangspunkt ved helsveising Skinnene blir lagt og helsveist umiddelbart ved nøytraltemperatur Skinnene har nøytraltemperatur ved helsveising Skinnetemperaturen er lavere enn nøytraltemperaturen ved helsveising Skinnetemperaturen er høyere enn nøytraltemperaturen ved helsveising 56

29 Spenningsfrigjøring Skinnene er spenningsfri når de kan bevege seg fritt i lengderetningen Befestigelsen løses / fjernes Skinnene legges på ruller Skinnene bankes eller vibreres Skinnebankemaskin el. klubber Ikke stålslegge! 57 Spenningsfrigjøring 58

30 Spenningsfrigjøring - ruller 59 Spenningsfrigjøring - ruller 60

31 Beregning av forlengelse 1) Skinnetemperatur måles 2) Temperaturdifferanse beregnes (nøytraltemperatur - skinnetemperatur) 3) Forlengelse bestemmes ved å gå ut fra: Temperaturdifferanse Skinnelengde 61 Beregning av forlengelse 62

32 Dilatasjonsmerker 63 Dilatasjonsmerker 64

33 Dilatasjonsmerker Kurveradius (m) r < r 800 r > 800 Antall dil.merker min 1 / 40 m min. 1 / 60 m min 1 / 80 m 65 Strekkapparat 66

34 Strekkapparat prosedyre Forlengelse bestemmes Skinnene spenningsfrigjøres Befestigelse av / skinner på ruller Dilatasjonsmerker settes ut Skinnene strekkes til riktig lengde Skinnene festes Sveising Strekkapparat skal stå på i min.15 minutter 67 Varmevogn 68