Lumen irtoaminen junakalustosta raiteen epäjatkuvuuskohdissa

Abstract

Tässä työssä perehdytään raiteen epäjatkuvuuskohtien ja junaan kertyneen lumen irtoamisen väliseen yhteyteen. Työn tarkoituksena on selvittää, millaisia värähtelyitä erilaiset epäjatkuvuuskohdat aiheuttavat junakalustoon, ja millainen herätevaikutus junaan kertyneen lumen irtoamiseksi vaaditaan.

Lumi kiinnittyy junan alustaan adheesiovoimilla, joiden suuruus riippuu merkittävästi monista eri tekijöistä, kuten esimerkiksi lämpötilasta. Raiteessa oleva epäjatkuvuuskohta aiheuttaa junaan herätteen, jonka johdosta junan alustarakenteeseen kertynyt lumi voi irrota. Tämä aiheuttaa ongelmia erityisesti vaihdealueella, sillä junan alustasta irronnut lumi voi pudota vaihteen kielen ja tukikiskon väliin estäen siten vaihteen liikkeen.

Työssä tehtiin kirjallisuusselvitys lumen ja jään ominaisuuksista. Samalla tarkasteltiin jään adheesiolujuutta teräkseen. Jää voi irrota teräksestä materiaalien liitoskohdasta, jolloin materiaalien välinen adheesioliitos katkeaa. Toisaalta jää voi myös murtua, jolloin jään koheesiosidokset katkeavat.

Työssä on selvitelty laskelmien ja mittausten avulla erilaisten epäjatkuvuuskohtien aiheuttamia kiihtyvyyksiä junakalustossa. Lisäksi lumen irtoamista on tarkasteltu kuvaamalla kahta ongelmalliseksi todettua vaihdealuetta. Vaihdealueilla suoritettujen mittausten ja kuvausten avulla selvisi, että lunta irtoaa junan alustasta eniten lämpötilan ollessa hieman nollan asteen alapuolella. Työssä mitattiin myös junaan kohdistuvia kiihtyvyyksiä Helsinki–Joensuu-rataosuudella. Mittauksissa kävi ilmi, että vaihteiden aiheuttama herätevaikutus junakalustossa kasvaa junan nopeuden kasvaessa. Vaihteen epäjatkuvuuskohta aiheuttaa siis suuremmat kiihtyvyydet junakalustoon junan nopeuden kasvaessa. Mittausten aikana keskimäärin suurimmat kiihtyvyysamplitudit syntyivät juuri vaihteiden kohdalla, ja voidaankin sanoa vaihteiden olevan merkittävä värähtelyiden aiheuttaja junakalustossa. Jos junakalustoon kertynyt lumi siis irtoaa nimenomaan raiteen epäjatkuvuuskohdan aiheuttaman herätteen vaikutuksesta, on todennäköistä, että juuri vaihde aiheuttaa lumen irtoamisen.

Laskelmien avulla saadut lumen ja jään irtoamiseksi vaadittavat kiihtyvyydet ovat usein selvästi suurempia kuin mittauksissa saadut maksimikiihtyvyydet. Raiteen epäjatkuvuuskohdan aiheuttama kiihtyvyys ei siis yleensä yksinään riitä irrottamaan lunta ja jäätä. Lumen ja jään kiinnittymisvoimat vaihtelevat kuitenkin paljon, ja heikosti kiinnittynyt lumi voi irrota pienelläkin kiihtyvyyden arvolla. Junakalustoon kiinnittyneen lumen ja jään irtoamisen ja raiteen epäjatkuvuuskohtien välistä yhteyttä pitäisi tutkia vielä käytännössä, jotta saataisiin tarkempaa tietoa siitä, millaiset kiihtyvyydet riittävät irrottamaan junakalustoon kertynyttä lunta ja jäätä.