Skinnefeil og tilstandskontroll av skinner Frode Teigen Jernbaneverket Skinnefeil Feil som starter inne i skinnen Generell utmatting Overflatefeil Kontaktutmatting Sluresår Valsefeil Korrosjon 2
Progressive tverrsprekker 3 Horisontale sprekker
Vertikale langsgående sprekker 5 Kontaktutmatting Forårsaket av høye kontaktspenninger mellom hjul og skinne Sprekker initiert like under overflaten Shelling Sprekker initiert på kjøreflaten/kjørekanten Kjørekantsprekker («head checks») «Squats»
Shelling Shelling
Head Checks" Head Checks"
Head Checks" Head Checks"
Head Checks" Årsaker til Head Checks? Høye kontaktspenninger Høye aksellaster Lite kontaktareal hjul/skinne Mikro slip i kurver Boggi egenskaper Plastisk deformasjon Økning i hardhet fra 260 HB til 350 HB reduserer sprekkveksthastighet med en faktor ca. 2
"Squat" Årsaker til "Squat" (?) Geometriske avvik Rifler og bølger Geometrifeil i sveis Ballastinntrykk Mikro slip / friksjon Høye traksjons- og bremsekrefter Liten slitasje Harde skinner skinnesmøring
Squat Gardermobanen november 2013 Squat Gardermobanen november 2013
Squat Gardermobanen november 2013 Andre overflatefeil Sluresår Overoppheting og rask avkjøling Plastisk deformasjon Martensittisk herding Valsefeil
Sluresår Sluresår
Sluresår Korrosjon i planovergang
Korrosjon i tunnel Korrosjon på kjøreflate pga drypp I tunnel
Skinnebrudd pga dryppskade I tunnel Tilstandskontroll av skinner Påvise skinnefeil slik at feil kan utbedres innen brudd oppstår Redusere antall skinnebrudd Gi informasjon om hvilke type feil som oppstår i skinnene og hvordan ulike feil utvikler seg 28
Tilstandskontroll av skinner Ultralyd Visuell kontroll Virvelstrøm 29 Ultralyd Display X X X X 30
Ultralyd Normalsøker Vinkelsøker 31 Vinkelsøker 32
Kontrollsystem Manuell kontroll og manuell klassifisering Automatisk kontroll og automatisk klassifisering (og merking) Automatisk kontroll og manuell etterkontroll og klassifisering 33 Ultralydkontroll Automatisk målevogn kontrollhastighet ca. 40 km/h 150-200 km kontrollert/dag rapportering innen 24 timer etter kontroll manuell etterkontroll av indikerte feil endelig klassifisering Manuell ultralydtralle 5-10 km kontrollert/dag endelig klassifisering samtidig 34
Ultralyd målevogner 35 Ultralyd målevogner 36
Ultralyd målevogner 37 Ultralyd målevogner 38
Manuell ultralydtralle 39 Utfører endelig klassifisering av feil påvist ved automatisk kontroll Etterkontroll En-strengs eller dobbelstrengs ultralydtralle for å lokalisere feil Håndsøkere for å utføre klassifisering 40
Ultralyd søkere Søkere som glir på skinnen 41 Ultralyd søkere Søkere i væskefylte hjul 42
Søkeroppsett- avsøkingsområde 43 Nye søkere - større avsøkingsområde Satelittsøkere Vertikalsprekksøkere Laskehullsøkere X-fire 44
Ultralydkontroll - testintervaller JBV historiske intervaller Sth Trafikkbelastning Strekninger med skinnebruddsindikasjon Strekninger uten skinnebruddsindikasjon > 15 Mbrt/år 1 g /år 2 g/år < 160 km/h 2-15 Mbrt./år 1 g/2 år 1 g/år < 2 Mbrt./år 1 g/3 år 1 g/2 år 160 km/h 1 g/år 2 g/år 45 OPTIUL Verktøy for å kostnadsoptimalisere testfrekvens for ultralydkontroll av skinner Testkostnader Kostnad for planlagt utbedring Kostnad for utbedring av skinnebrudd Kostnad ved avsporing 46
OPTIUL Inspeksjonsintervall Ultralydkontroll: 24 måneder Kostnader UL: 75.000 NOK # planl. utskifting: Det.sannsynl. UL: 32,477 0,5 # det. Sp. UL: Kostnader: 29,252 Sum det. Sp.: 811.916 NOK 32,477 PF-intervall: 30,14 60 måneder # ikke planl. utskifting: +- 36 måneder # det. Sp. FV, mm 2,794 3,224 # det. B. Sporf.: Sum det. B.: Kostnader: 73,13% 2,579 2,794 111.776 NOK 9,17 # sprekker: 40 50% # det. B. FV...: # avsporinger: 30% 0,215 0,150 26,87% 10% 0,1...0,15 40% Kostnader: # udet. Sp. UL 40% # skinnebrudd # udet. brudd: 3.009.350 NOK 10,748 4,299 10% 1,50 90% # andre skader: 30% 1,354 Kostnader: # udet. sprekker 54.168 NOK 3,224 SumKost: 4.062.210 NOK 47 Rapport fra ultralydkontroll 48
B-scan bilde 49 Begrensninger ved ultralydkontroll Vertikale - langsgående sprekker Feil som ligger utenfor avsøkningsområdet Feil i aluminiotermiske skjøtsveiser Feil i svært slitte skinner Overflatefeil 50
Vertikale langsgående sprekker Standard søkere får ikke noe feilekko fra denne type feil Nye søkertyper kan til en viss grad detektere feiltypen 51 Feil utenfor avsøkingsområdet Sprekker som initieres på kjørekanten Sprekker i fotflensen 52
Feil i aluminiotermiske skjøtsveiser Grov struktur gir dårligere lydgjennomgang Lave skjøter kan føre til at søkere mister kontakt 53 Skinner med stor sideslitasje Svært stor sideslitasje kan gi kontaktproblemer 54
Overflatefeil Ultralyd kan ikke detektere feil som ligger nærmere overflaten enn 4-8 mm. 55 Alternative NDT - metoder Induksjonsmetoder "Eddy current" Alternating Current Field Measurement (ACFM) Lav frekvent ultralyd (ledede bølger) Laserbasert ultralydtesting 56
Induksjonsmetoder 57 Lav frekvent ultralyd Ledede bølger som propagerer langs skinnen Frekvens: 20-90 KHz (2-6 MHz ved "normal" ultralydkontroll) Lydgjennomgang i thermit-skjøter er bedre pga. lav frekvens 58
Lav frekvent ultralyd 59 Laserbasert ultralyd Ultralydbølger genereres vha. høyenergi laserlys i stedet for piezo-elektriske elementer Vannkjølt YAG laser 1000Hz/800mJ Ekko fanges av optiske interferometere Berøringsfri målemetode Genererer 3 bølgetyper i forskjellige retninger Kan gi økt deteksjonspålitelighet for bl.a vertikalsprekker 60