Resultat EU-RAIL: Nästa generations bromssystem
Hjul och bromssystem är ett viktigt område för järnvägsbranschens fortsatta utveckling. Introduktionen av autonoma tåg (ATO) ställer också nya krav där ny kunskap behövs. Därför deltar Trafikverket i forskningsprojektet FP2 R2DATO.
Ett av målen är att utveckla nästa generations bromsar med fokus på att hantera varierande adhesion (kraft som gör att två kroppar häftar vid varandra) mellan hjul och räl. Det förväntas bidra till att förbättra kapaciteten i spåren genom att tillåta kortare bromssträckor, men kan även leda till att den hårdare bromsningen ger mer hjul- och räl-skador.
För att kunna testa olika bromshändelser och deras effekt har Trafikverket tillsammans med Chalmers järnvägsmekanik (CHARMEC) finansierat och utvecklat en bromsrigg.
Här genomförs en mängd olika tester men riggen kan inte testa alla driftsförhållanden som kan uppstå. Då kan man istället nyttja data från riggen för att utveckla simuleringsmodeller som bland annat kan prediktera sprickbildning på hjulens löpbana.
− Det ger viktigt kunskap då sådana skador står för en stor del av de totala underhållskostnaderna för tåg, berättar Tore Vernersson, Chalmers.
Lösningar för ett mer effektivt underhåll
De modeller som byggs upp med hjälp av riggen och simuleringar nyttjas för att på sikt påverka utformning, material, rekommendationer för hur tågen ska framföras m.m. Sammantaget bidrar arbetet till att öka kapaciteten och tillförlitligheten samt till ett mer effektivt underhåll utan att minska säkerheten.
En kritisk fråga med block-bromsade hjul är att de får en ojämn temperaturfördelning på löpbanan i form av runtomgående varma fläckar. De varmare fläckarna genererar ökat slitage och forskarna försöker hitta metoder för att minska dem. De har konstaterat att fenomenet är särskilt allvarligt för hjul som bromsas med gjutjärnsblock då de skapar allmänt bullrande hjul varför de nu fasas ut.
En annan typ av globalt ojämn temperatur, där ena halvan av hjulet värms upp mer än den andra, har också konstaterats. Det gör att hjulet blir ”orunt” under bromsning, vilket i sin tur kan orsaka skada på löpverk och bana. Fenomenet har även kunnat verifierats på Malmbanan genom mätningar med värmekamera på förbipasserande vagnshjul.
Arbete pågår för att återskapa fenomenet i simuleringar i syfte att förstå inverkande parametrar och därigenom hitta lösningar för att förebygga problemet.
− I arbetet med att få en bild av hur en implementering av ATO skulle kunna genomföras i Sverige är relationen till bromssystemet i järnvägsfordonen av avgörande betydelse då de styr tillgängligheten för hela järnvägssystemet, menar Mikael Danielsson, flaggskeppsledare i Trafikverket.
Fakta om bromsriggen
Bromsriggen är mycket kompakt och ryms i en 20 fots fraktcontainer. Den har ett bromsat hjul som drivs av en elmotor via remdrift. Här kan hjul provas vid extrema temperaturer och man kan även studera slitage på hjul och block.
Riggen innehåller även ett rälshjul som är i rullande kontakt med det bromsade hjulet för att ge viss kylning, men även friktionskrafter som kan generera sprickbildning. Ytterligare en elmotor kan användas antingen för att driva rälshjulet så man kan reglera friktionskrafterna, eller för att ge extra kraft till det bromsade hjulet.
Tester har dock visat att om kontaktbandet inte förflyttas i sidled på löpbanan så får man endast en utvalsning av hjul-materialet och ingen sprickbildning. En vidareutveckling har därför nyligen gjorts så att ”sinusgång” kan inkluderas så att uppkomsten av termomekaniska sprickor i hjulets löpbana kan studeras.
