Larmgräns för hjulskadedetektorer – En utredning av risk för rälbrott på Malmbanan

Rapport, 2007

En larmgräns för maximal tillåten vertikal kontaktkraft mellan hjul och räl i samband med hjulskador skall bestämmas av Banverket. Syftet med denna studie är att via fältförsök och numeriska simuleringar redovisa ett underlag för detta beslut. Risk för brott orsakad av intiell spricka i rälhuvud respektive i rälfot analyseras. Inverkan av omgivningstemperatur beaktas. I denna studie förutsätts sprickorna vara rent transversella. Två typer av sprickor studeras, dels en spricka i rälhuvudet som initierats som en head-check och dels en kantspricka i rälsfoten. Tillväxt av stora sprickor och rälbrott styrs förutom av temperaturspänningar av böjmomentet i rälen. Detta orsakas dels av kvasistatiska bidrag från hjulpassager, men också av dynamiska tillskott från stötlaster som genereras av orunda hjul. Momentbidragen är beroende av inte bara den dynamiska lastmagnituden utan även av exempelvis tågets hastighet, lastens frekvensinnehåll, spårets egenskaper, axellast och axelavstånd. Strategin i denna studie är därför att söka ett värsta lastfall med avseende på indata för lastens tidshistoria och på position inom sliperfacket där hjulskadan slår i rälen. Målsättningen är att finna en approximativ korrelation mellan maximal kontaktkraft och resulterande max/min värden på rälens böjmoment utan hänsyn till böjmomentets frekvensinnehåll. Malmbanan med axellast 30 ton och hastighet 60 km/h har valts som trafikfall. Från beräknade böjmoment och temperaturlaster kan spänningsintensitetsfaktorer för sprickor i rälhuvud och rälfot bestämmas för olika spricklängder. Från de resultat som redovisas i rapporten kan tillåtna vertikallaster sedan bestämmas utgående från bestämda spricklängder och rältemperaturer.