Stort potentiale for at forbedre togskinners levetid og bæredygtighed

22.04.2022 / Carsten Jörn Rasmussen 

I de seneste årtier har omfanget af overfladefejl i skinner udviklet sig dramatisk over hele verden. Det har flere negative konsekvenser, herunder væsentligt øgede omkostninger og støj, og gør det samtidig mindre attraktivt at bruge offentlig transport som led i den grønne omstilling. I det følgende kan du læse om, hvordan en effektiv vedligeholdelsesstrategi kan reducere omfanget af omkostningstunge overfladefejl og forlænge skinners levetid.

Infrastrukturansvarlige verden over kæmper med at forlænge skinners levetid. Det gør de især ved at forsøge at reducere overfladefejl – såkaldt rolling contact fatigue (RCF). Ifølge Carsten Jörn Rasmussen, sporingeniør og seniorspecialist i COWIs afdeling for Jernbaner og metro, har problemet udviklet sig dramatisk de seneste to-tre årtier, hvilket modarbejder den grønne omstilling.

”Jernbanetransport er en klimavenlig transportform, der spiller en stadig vigtigere rolle i den grønne omstilling på grund af øget elektrificering, nye signalsystemer og grønnere tog. En udvikling med højere omkostninger til udskiftning af beskadigede skinner vil imidlertid forsinke overgangen til en grønnere og mere omkostningseffektiv offentlig transport og samtidig øge CO2-emissionerne. Desuden påvirker problemstillingen både punktlighed, støjniveau og sikkerhed,” siger Carsten Jörn Rasmussen og pointerer behovet for at øge bevidstheden om, hvordan man kan reducere forekomsten af overfladefejl i togskinner og forlænge deres levetid.

Forskere og jernbaneeksperter verden over er i øjeblikket i gang med at undersøge problemerne med overfladefejl i skinner for at finde nye løsninger. Og ifølge Carsten Jörn Rasmussen er der typisk ingen enkle svar, da årsagerne ofte udspringer af en kompleks kombination af faktorer.

STRATEGI FOR REPROFILERING

Reprofilering af skinner ved slibning eller fræsning er i dag en udbredt vedligeholdelsesmetode, der har til formål at begrænse omfanget af overfladefejl. Især har brugen af skinneslibning været i stor vækst på verdensplan i de seneste to-tre årtier. I samme periode er der i stigende grad blevet installeret skinner i hårdere og mere slidstærke stålkvaliteter med henblik på at forhindre det stigende antal overfladefejl og forlænge skinnernes levetid.

Når man har valgt at gøre brug af reprofilering som en del af sin vedligeholdelsesstyring, opstår følgende vigtige, strategiske spørgsmål, og svarene opsummerer den nødvendige reprofileringsstrategi, siger Carsten Jörn Rasmussen:

• Hvilken reprofileringsmetode skal man anvende?
• Hvornår, hvor og hvor meget skal der fjernes?
• Hvilke krav skal der stilles til reprofileringen?
• Hvordan sikrer man kvaliteten af reprofileringen?

Han fortæller videre, at strategier for vedligeholdelse af skinner kan opdeles i flere forskellige tilgange, som det fremgår af nedenstående skema.

REAKTIV STRATEGI

Ifølge Carsten Jörn Rasmussen kan den traditionelle tilgang til vedligeholdelse af skinner karakteriseres som en reaktiv strategi uden eller med meget begrænset forebyggende vedligeholdelse af skinnerne.

”Med denne tilgang udvikler skinneoverfladefejlene sig til et niveau tæt på de sikkerhedskritiske grænseværdier, hvorefter skinnerne skal udskiftes eller repareres ved hjælp af lysbuesvejsning. Med det generelt set stigende antal skinnefejl er denne strategi den mest omkostningstunge og samtidig mindst sikre måde at vedligeholde skinner på,” siger Carsten Jörn Rasmussen og fortsætter:

”Udgifterne til udskiftning eller reparation af skinner udgør fortsat i dag typisk langt den største del af vedligeholdelsesbudgettet, hvilket viser, at der er et massivt forbedringspotentiale ved f.eks. at implementere mere effektive forebyggende strategier for overvågning og reprofilering.”

TILSTANDSBASERET STRATEGI

En tilstandsbaseret strategi bygger på overvågning af skinners overfladekvalitet og fjernelse af påviste overfladefejl på et så tidligt stadie som muligt ved reprofilering af skinnerne. Dette kræver en effektiv og omfattende overvågning af overfladetilstanden. Der findes flere forskellige målemetoder, herunder bl.a. såkaldt hvirvelstrøm, slid, fotos, støj og rifler. Et andet vigtigt input til en tilstandsbaseret strategi er data om skinnernes alder, skinneprofil, hårdhed, kurver, trafikbelastning, hastighed og akseltryk mv.

Ifølge Carsten Jörn Rasmussen bør en tilstandsbaseret strategi bl.a. omfatte beregninger af skinnernes resterende levetid samt omkostningerne ved reprofilering i forhold til udskiftning, sektion for sektion. Reprofileringsprocessen kan være enten slibning eller fræsning. Der er en række fordele og ulemper ved de to reprofileringsmetoder, og både tekniske og økonomiske aspekter bør inddrages i overvejelserne.

”Fræseprocessen har den fordel, at der fjernes betydeligt mere af skinnehovedet for hver fræsepassage, mens slibeprocessen er mere fleksibel med hensyn til skinnens profil. Aggressiv slibning efterlader dog undertiden dybere slibemærker, som har en negativ metallurgisk effekt på skinnerne, især når der er anvendt skinner i hårdere ståltyper. Derudover er det forbundet med forøget støj i en periode efter slibning. Da formålet med tilstandsbaseret reprofilering er at fjerne mindre registrerede overfladefejl, kræver det ofte, at man skal fjerne en betydelig del af togskinnen – typisk en til fem millimeter fra overfladen af skinnen – og derfor er fræsning normalt den mest kosteffektive fremgangsmåde til dette formål.”

FOREBYGGENDE STRATEGI

Den forebyggende reprofileringsstrategi er baseret på en cyklisk reprofilering af skinnerne med faste tidsintervaller og en relativt begrænset nedslibning af skinnens overflade – typisk mellem 0,1 og 0,5 millimeter. Hyppigheden afhænger i reglen af trafikbelastning og strækningshastighed. Hovedformålet med denne strategi er at forhindre, at der opstår overfladefejl, og at man samtidig opretholder et korrekt skinneprofil. Der er en række fordele såvel som ulemper forbundet med denne strategi, fremhæver Carsten Jörn Rasmussen.

”Ved at reprofilere overalt forhindrer man nogle overfladefejl i at initiere og sparer derved vedligeholdelsesressourcer. På den anden side er selve reprofileringen en bekostelig affære, og derudover reduceres skinnernes levetid på grund af metalfjernelse. Desuden vil der ved brug af en simpel fræsestrategi, som f.eks. reprofilering for hver 15 MGT (mega gross tonnes) i kurver og for hver 30 MGT på lige spor, være mange områder med enten for meget eller for lidt reprofilering. Af disse grunde er prædiktiv forebyggende vedligeholdelse og reprofilering meget attraktivt.”

PRÆDIKTIV FOREBYGGENDE STRATEGI

En prædiktiv forebyggende reprofileringsstrategi er baseret på forudsigelser af, hvor der er behov for reprofilering af skinnerne for at forhindre, at der opstår overfladefejl. Hovedformålet med denne strategi er kun at reprofilere der, hvor det er nødvendigt – ikke for meget og ikke for lidt – og på det rigtige tidspunkt for at maksimere skinnernes levetid.

”Denne strategi kræver viden om nedbrydningsmekanismer for skinner. Der findes en række forskellige former for overfladefejl som f.eks. såkaldte 'head checks', rifler og skinnepletter, som udvikler sig forskelligt. For at understøtte en sådan strategi på en specifik strækning, sporafsnit for sporafsnit, er det en fordel at have historiske data om, hvor der tidligere har været overfladefejl, og hvordan skinnerne er blevet vedligeholdt og reprofileret,” siger Carsten Jörn Rasmussen.