SE1150752A1 - Anordning vid järnvägsskena, metod att framställa en järnvägsskena samt sätt att använda sådan. - Google Patents

Abstract

Uppfinningen avser en anordning, en metod och sätt att använda en anordning vid järnvägsskena (1). Enligt den uppfinningsenliga anordningen åstadkommes kontroll och styrning av kontaktmekanismerna mellan en skenas s.k. löpyta (8) och ett järnhjul (7) hos ett rälsgående fordon som löper på skenan. Enligt den uppfinningsenliga anordningen erhålls en effektivare kontroll och styrning av kontaktmekanismerna mellan räls och hjul genom att löpytan (8) innefattar en ytbeläggning (9) av flytbar, på platsen polymeriserad plast, som är fäst omedelbart på löpytan eller bringats vidhäfta med denna via en grundfärg eller primer (8).(fig-1)

Description

15 20 25 30 35 2 Liten friktion mellan hjul och räls kan orsaka problem, särskilt vid tunga och långa tåg, exempelvis malmvagnar som dras av lokomotiv eller motorvagnar uppför eller nedför stigningar. Vid låg friktion mellan hjul och räls kan slirning uppträda vilket är besvärande vid såväl acceleration som retardatlon av ett rälsfordon. Med järnvägshjul, järnhjul eller bara hjul avses i det följande ett med en radiellt utgående fläns försett hjul avsett för rälsgående fordon .

För att minska uppkomst av störande buller och vibrationer är det förut känt att förse skenans löpyta med en ljudabsorbent av polymeriskt material så att hjulet hålls fritt från direkt kontakt med rälsens bäryta eller löpbana. Denna teknik är känd från exempelvis SE 464 711 och SE 532 797. Gemensamt för dessa båda skrifter är att ljudabsorbenten utformas som en i förväg framställd profillist avsedd att inbäddas i en spårformad fördjupning i löpytan eller fästas indirekt på löpytan medelst något extern bindemedel exempelvis limning. Tack vare kontaktytfiltrering där järnhjul/rälssystemet exciteras i väsentligen mindre grad. Gemensamt för den kända ljudabsorbenten erhålls en uppträdande ytråheter mellan tekniken är att den innebär en omständlig och kostsam applicering av den i förväg framställda ljudabsorbenten, inte minst eftersom rälsens löpyta måste bearbetas med spånawerkande bearbetningsmetoder innan ljudabsorbenten kan appliceras i densamma, alternativ den prefabricerade profillisten fästas med något externt tillfört bindemedel.

Emellertid har det visat sig önskvärt att finna metoder att mer effektivt bemästra och styra kontaktmekanismerna mellan räls och hjul.

Ett första syfte med föreliggande uppfinning är därför att åstadkomma en anordning vid en järnvägsskena som möjliggör en effektivare kontroll och styrning av kontaktmekanismerna mellan räls och hjul.

Ett andra syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en metod att på ett enkelt och kostnadseffektivt sätt framställa en sådan järnvägsskena.

Ett tredje syfte med föreliggande uppfinning avser att ett sätt att använda den uppfinningsenliga anordningen vid en järnvägsskena för att lösa problemen med snö och is som packas i en växel genom att aktivt åstadkomma en bestämd och kontrollerad typ av störning i gränssnittet mellan skenans löpyta och hjul.

Nämnda första syfte med uppfinningen löses genom en anordning vid en järnvägsskena som uppvisar de särdrag och kännetecken som anges i patentkravet 1. Det andra syftet med uppfinningen löses genom en metod som uppvisar de särdrag och kännetecken som anges i patentkravet 6. Ett föreslag till användande av den uppfinningsenliga anordningen anges i patentkraven 10 och 11. insikten som ligger till grund för föreliggande uppfinning är att kontaktmekanismerna mellan räls och rullande hjul och kan styras genom att som en råvara påföra och omedelbart fästa en formbar beläggningskomposition av formbart plastmaterial på rälsens löpyta så att O:\leg\besk\110815\110819 besk.docx 10 15 20 25 30 35 E, ä _. löpytan, sedan kompositionen övergått i fast tillstånd, dvs. plast uppvisar ett slitskikt vars egenskaper kan väljas beroende omständigheterna. Exempelvis kan kompositionen ges sådan materialsammansättning att löpytans kontaktarea mellan fordonshjul och skena ökar med 4 - 5 gånger på grund av uppträdande belastning. Med löpyta avses härvid den ytarea av rälsen med vilken järnhjulets yttre periferi eller krans samverkar. Med plast avses material som karakteristisk beståndsdel innehåller makromolekylära organiska föreningar och vilket som råvara eller i vart fall i något bearbetningsstadium är plastiskt formbart till en fast slutprodukt. Beroende på valt framställningssätt omfattas enkligt uppfinningen såväl plaster framställda genom polykondensation som plaster framställda genom polymerisation och kompositer därav. Vidare avses med elaster också plaster som är elastiska i sig eller gjorts elastiska genom vulkning.

Enligt en första utföringsform bildar beläggningskompositionen en linjär rak sammanhängande nötningsbeständig ytbeläggning av plast med bestämd tjocklek på löpytan av en skena. Enligt en andra utföringsform har ytbeläggningen givits formen av en vågfront som utbredande sig i skenans längdriktning och uppvisande en serie av omväxlande vågtoppar och vågdalar med uppgift att förorsakar stötar eller vibrationer, hos de vagnar som passera över ytbeläggningen. Det har härvid visat sig intressant att utnyttja ytbeläggningar med en vågfront av nämnda slag för att förhindra störningar vid järnvägsväxlar vintertid genom att åstadkomma störningar i form av vibrationer som kan skaka av snö och is från rälsgående fordon innan fordonet passerar växeln. Vid förekommande växlar skakar fordonen vanligen till när det befinner rakt över växeln vilket innebär att avfallande snö och is landar direkt i växeln vilket av lätt förståeliga skäl inte är önskvärt.

I det följande beskrivs uppfinningen närmare med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka; Fig. 1 visar en perspektivvy av en järnvägsskena med en på löpytan applicerad ytbeläggning men en i längriktningen linjärt rak profilform enligt föreliggande uppfinning; Fig. 2 visar ett tvärsnitt med delvis bortbrutna delar av ett kontaktområde av löpytan mellan järnhjul och skena; Fig. 3 visar en perspektivvy av en skena vars löpyta genom prägling givits en ytbeläggning med en profilform uppvisande en vågfront av toppar och dalar i skenans längriktning; Fig. 4a visar en vy uppifrån av ett Växelsystem vid en järnväg; Fig. 4b visar en perspektivvy av en del av ett spårområde där ytbeläggningen genom prägling givits formen av en vågfront med toppar och dalar och ytbeläggningen placerats i ett parti på en skena på ett bestämt avstånd före en växeltunga som ingår i växelsystemet; O:\leg\beSk\110815\110819 beSk.d0CX 10 15 20 25 30 35 4 Fig. 4c visar en vy bakifrån av ett hjulställ eller en boggi hos ett rälsgående fordon som skakar till i samband med passage över ett spårområde med en ytbeläggning som har en präglad vågfront; Fig. 5 visar schematiskt en sidovy av en del av ett rälsgående fordon utrustad med ett system för att påföra en järnvägskena en ytbeläggning med en beläggningskomposition av plastmaterial.

I fig. 1 visas ett stycke av en räl eller skena 1 som enligt uppfinningen är försedd med en anordning som möjliggör kontroll och styrning av kontaktmekanismerna mellan räls och hjul vid en järnvägsräls och ett därpå rälsgående fordon. Skenan 1 innefattar allmänt en fot 2 avsedd att vila mot ett underlag som exempelvis en sliper (ej visad), ett huvud 3 samt ett liv 4 sträckande sig mellan huvudet och foten. Som framgår av fig. 2 är delar av huvudets 3 ovansida 5 och sidokantparti 6 utformade för samverkan med hjulkransen av ett flänsförsett hjul 7 hos nämnda fordon. Kontaktområdet för skenans huvud 3 mot hjulet benämns i det följande löpyta och betecknas allmänt med 8. Nämnda hjul 7 utgör i sig ingen del av uppfinningen och kommer därför ej heller att beskrivas mer i detalj.

Enligt uppfinningen är skenan 1 områdesvis, på sin mot hjulet 7 vända periferi av huvudet 3, löpytan 8 tillordnad en allmänt beläggningskomposition av plastmaterial som i rå form eller som råmaterial, särskilt i flytande på den s.k. med 9 betecknad tillstånd, är avsett att appliceras så att det efter formning och polymerisering på platsen, dvs. in situ, bildar en ytbeläggning av plast såsom en slutprodukt för hela löpytan eller begränsande delar av denna. Med plast avses i det följande vilket som helst känt material vars karakteristiska beståndsdel innehåller makromolekylära organiska föreningar och i vilket under något bearbetningstillstånd är plastiskt formbart till en i huvudsak fast produkt. Med uttrycket komposition avses en kompoundering, dvs. en komposition av plast- och gummiblandningar bestående av en eller flera polymerer och tillsatsämnen.

Vid belastning av ett hjul bildar kompositionen en ytbeläggning 9 med önskade hårda slitstarka eller elastiska egenskaper på rälsen som innebär att hjulet inte kommer i omedelbar kontakt (järn motjärn) med rälshuvudets ovansida, dvs. den så kallade löpytan 8. l motsats till hittills känd teknik så bildas utgör kompositionen ett råmaterial vid transport fram till platsen för att först på platsen formas till en färdig ytbeläggning 9. Denna ytbeläggning kan därvid tjäna som slitskydd och tack vare en jämn och plan utsida med fin ytjämnhet bidrar den till att åstadkomma hög komfort och goda gångegenskaper för rälsfordonet.

Problem med uppträdande räfflor eller fördjupningar i löpytan, som hittills åtgärdas genom slipning av rälsen, kan således på ett kostnadseffektivt och enkelt sätt åtgärdas genom att skenans löpyta förses med en ny slät ytbeläggning vilken fyller ut räfflorna.

Beläggningskompositionen kan utgöras av vilken som helst lämplig polymerisk blandning som erbjuder god vidhäftning på ett substrat i form av en skena 1 av metall.

O:\leg\beSk\1 10815\110819 be5k.d0cX 10 15 20 25 30 35 5- Behandling av skenans 1 löpyta 8 med en primerkomposition 10 eller grundfärg för att anbringa den härdbara nötningsbeständiga beläggningskompositionen kan i vissa tillämpningar vara en effektiv åtgärd att åstadkomma erforderlig vidhäftning. Primers är lämpliga för att åstadkomma stark bindning mellan en härdad beläggningskomposition och den som substrat tjänande löpytan 8. Denna lösning uppvisar dock nackdelen att beläggningsprocessen kräver minst två steg vara ett består i att vänta till dess primerkompositionen torkat.

Med uttrycket polymerer avses i det följande konstruktionsmaterial som baseras på polymerer (plaster), i allmänhet med olika tillsatser för att ge materialet önskade egenskaper.

Det kan nämnas att också vulkanisering, dvs. den process där en elastomer omvandlas från en klibbig och formbar massa till ett formstabilt och elastiskt material med tvärbindningar mellan polymererna och hög draghållfasthet är intressant vid föreliggande uppfinning.

Framförallt i de fall man önskar öka löpytans 8 friktion mot ett rullande vagnshjul 7.

Självhäftande beläggningskompositioner som härdar genom hydrosilyleringsreaktion och innehåller additiver som underlättar vidhäftning till olika substrat är förut kända. Vid bortfaller Beläggningskompositioner som omfattar härdbara epoxihartser vidhäftar till substrat av denna typ av beläggningskompositioner behovet av primer. metall och erbjuder ett nötningsskikt i form av en epoxifilm. Genom val av lämplig material kan behov att anbringa primerkomposition före beläggning i många fall undvikas.

En lämplig nötningsbeständig ytbeläggning kan omfatta en komposition av polymerhartser, vanligen polymerer av eteniskt omättade monomerer och innefattande vinylhartser och polymerer av akrylater och metakrylater. Det är emellertid väsentligt att hartset bildar en kontinuerlig film eller massa vid stelning. För detta ändamål kan mycket hårda hartser som polystyren blandas med mjukare hartser eller något lämpligt mjukningsmedel. Plastmaterial av det slag som används för framställning av pulverytbeläggningar och som normalt klassas antingen som värmehärdbara plaster eller termoplaster är också tänkbara att användas vid föreliggande uppfinning. l applikationer med termoplastpulverbeläggningar tillförs värme till ytbeläggningen på ett substrat för att smälta pulverytbeläggningspartiklarna och därigenom få partiklarna att flyta samman och bilda en jämn beläggning. Värmehärdbara ytbeläggningsplaster är jämförbara med ytbeläggningsmaterial från termoplastkompositioner men generellt starkare, mer resistenta, har bättre vidhäftning och mjuknar inte när de utsätts för höga temperaturer.

Ett flertal kända polymeriserbara material är också tänkbara att användas vid föreliggande uppfinning. Exempel på sådana inkluderar polyuretaner, monomera och polymera akrylater och metaakrylater, polyamider, epoxiflöreningar och polystyrener. I några av dessa är det lämpligt att tillsätta oorganlska medel för att åstadkomma önskad pigmentering och styrka. Genom inblandning av olika tillsatsmedel kan plastens egenskaper O:\|eg\beSk\110815\110819 besk.docx 10 15 20 25 30 35 6 a och utseende ändras. Många av dessa material kan polymeriseras på platsen, in situ, med användning av konventionella redoxkatalysatorer exempelvis aminperoxid eller katalysatorsystem med ultraviolett ljus. Med termen flytande avses att viskositetstillstånd tillräckligt trögt vid en yttertemperatur för att kompositionen skall kunna anbringas som en sammanhängande väsentligen formbar massa på löpytan 8 av skenan 1 exempelvis genom påsprutning men ej ha så låg viskositet att kompositionen rinner av den som substrat tjänande löpytan 9 av skenan 1.

Lämpligen kan skikttjockleken, t hos den ytbeläggning av plast som läggs på löpytan varieras varvid en ytbeläggning med större tjocklek kan läggas på partier av järnvägsskena där man önskar åstadkomma en väsentlig ljuddämpande effekt eller vid partier som är särskilt utsatta för nötning. Skikttjockleken t väljs beroende på ändamålet och uppgår vanligen till mellan 2 - 8 mm, varvid den sistnämnda erbjuder ljuddämpande egenskaper och slitstyrka.

Den i fig. 3 visade anordningen skiljer sig från den här ovan beskrivna genom att den på löpytan anordnade ytbeläggningen 9, genom prägling av en flytande beläggningskomposition eller bara begränsat polymeriserad eller genomhärdad beläggningskomposition, givits formen av en vågutbredning eller vågfront. Denna vågfront uppvisar en serie av på varandra följande vågtoppar 11 och vågdalar 12 med ett bestämt avstånd X däremellan. Syftet med nämnda vågfront är att genom mekanisk samverkan med ett passerande hjul åstadkomma vibrationer, särskilt i underredet och tillhörande hjulställ hos ett rälsgående fordon som passerar över ytbeläggningen.

Med hänvisning till fig. 4a, 4b och 4c visas en del av en järnväg och tillhörande Växelsystem A närmare fig. 4a, Före växeln A består järnvägen av två räler som är fastgjorda på syllar eller slipers. Växelsystemet A, som följer omfattar en rak motväxeltunga 21, en böjd växeltunga 23, en böjd motväxeltunga 25 och en rak växeltunga 27. Växeltungorna 23 och 27 kan förskjutas mellan ett första läge, i vilket växeltungan 23 står i kontakt med motväxeltungan 21, under det att växeltungan 27 är belägen på avstånd från motväxeltungan 25, till ett andra läge, i vilket den raka växeltungan 27 står i kontakt med böjda motväxeltungan 25, under det att växeltungan 23 är belägen på avstånd från den raka motväxeltungan 23. Denna förskjutning åstadkommes medelst en manöveranordning som omfattar en motor 31 vilken påverkar en manöverstång 33 som är förbunden med en distansstång 35. När tåg körs långa sträckor samlas enorma mängder av snö och is under vagnarna, i underrede, hjulställ och boggi. Under snörika vintrar kan varje dag upp till 20 - 30 ton is och snö samlas under ett tåg. Eftersom ett tåg i allmänhet skakar till när det passar en växel A tenderar den snö och is som samlats i lokets och vagnarnas underreden, att i form av massiva klumpar falla ned i växeln och hindra växeltungornas rörelser samt i värsta fall leda till att Växeltungorna fastnar. Det är tänkvärt att problemen med klumpar av is och snö i O:\leg\besk\110815\110819 besk.docx 10 15 20 25 30 35 7 som faller ned i växlar kan minimeras genom att genom tillse att rälsfordonet, på ett kontrollerat sätt, släpper av ansamlingar av snö och is omedelbart före det passerar växeln A. I denna del har det genom praktiska försök visat sig möjligt att med hjälp av en ytbeläggning 9 som i ett område utefter skenorna arrangeras i ett område B omedelbart före en växel, för att medelst en serie vågfronter eller bulor åstadkomma en artificiell störning i gränssnittet mellan järnvägshjul vilken störning som genererar en vibration hos fordonet.

Som visas i fig. 4b och 4c kan genom val av lämplig av våglängd Å och amplitud v hos vågfronten genereras vibrationer som är så kraftiga att snö- och isklumpar bringas skaka av från rälsfordonet innan det passerar en över järnvägsväxel. Genom att rälsfordonet på detta sätt befrias från snö och is innan det passerar växeln A kan problem med fastfrusna växeltungor och kärvande växlar undvikas. Det relativa avståndet mellan vågfronterna, dvs. våglängd Å anpassas mot rälsfordonets egenfrekvens. Exempelvis har det visat sig att vid ett rälsfordon med en egenfrekvens på ca 2 Hz bör våglängden uppgå till ca 0.8 meter vid en normal hastighet på ca 30 km/h. Skulle rälsfordonet passera vågfronten och järnvägsväxeln med högre hastighet, exempelvis ca 50 km/h innebär det att rälsfordonets kör med s.k. överkritisk hastighet med resultat att de önskvärda vibrationerna bara uppträder i begränsad utsträckning och inte säkert kommer att skaka loss snö och is från rälsfordonets underrede.

I fig. 5 visas schematiskt en ett rälsgående fordon 40 som är utrustad med ett allmänt med 41 betecknat system för att påföra järnvägskenans 1 löpyta 5 en ytbeläggníng 9 med en beläggningskomposition som efter härdning är avsedd att bilda ett slitskydd av plast med önskade egenskaper vad gäller slitstyrka och elasticitet. Fordonet 40 är avsett att förflytta sig i pilens riktning. Systemet 41 innefattar en blästringsanordning 42 avsedd att ytbehandla löpytan 5 genom att spruta blästersand på densamma, en tvättanordning 43 avsedd att rengöra löpytan 5 genom att spruta på ett rengöringsmedel, en appliceringsanordning 44 avsedd att på löpytan 5 påföra beläggningskomposition i form av exempelvis en smälta av plast som är framställd av i en i systemet ingående strängpressningsanordning och via ett spaltmunstycke nedlagd på den som substrat tjänande löpytan så det på nämnda löpyta bildas en likformigt doserad beläggningssträng eller ett skikt, en formningsanordning 45 som närmast kan liknas vid ett hjul som roterande med en periferihastighet som är anpassad till fordonets rörelsehastighet längs rälsen för att tillordna den på löpytan lagda plaststrängen en på förhand bestämd form. Systemet innefattar även en kylanordning 46 som är avsedd att medelst vattenduschning eller på annat lämpligt sätt avkyla det på löpbanan lagda ytskiktet av plast.

Enligt tekniken fästas lämpligen ytbeläggningen 9 av plast omedelbart på den som substrat tjänande löpytan 5, utan primer. Den sida av ytbeläggningen 9 som kommer i kontakt med löpytan 5 benämns fästsida medan den andra sidan benämns den utsatta sidan. Med uttrycket fäste eller fästförmåga avses storleken på vidhäftningskraften mellan O2\leg\besk\110815\110819 beSk.d0cX 10 15 8 plast och löpyta. För att få ett gott fäste på löpytan är det föredraget att smältan genomgår viss oxidation vilken normalt sker i luftgapet mellan spaltmunstycke och löpyta. Den tid det tar för smältan att passera luftgapet är normalt mycket kort vilket medför att plastsmältans temperatur bör vara mycket hög, dvs. strax under 300 °C så att den kemiska processen sker inom den tid smältan förflyttar sig i luftgapet.

Eftersom ytbeläggningen 9 i vissa fall måste vara elektriskt ledande är det lämpligt att som tillsatsmedel i beläggningskompositionen inblanda något elektriskt ledande material exempelvis kol eller grafit. För det fall ytbeläggningen 9 skall avlägsnas, särskilt i de fall ytbeläggningen givits formen av en vågutbredning eller vågfront med vågtoppar 11 och detta induktionsuppvärmning till ca 250 °C och därefter avskrapning medelst ett skrapverktyg med vågdalar 12 i anslutning till en växel A, så sker lämpligen genom en skärande egg.

Den föreliggande uppfinningen är inte begränsad till det ovan beskrivna och det på ritningarna visade utan kan ändras och modifieras på en rad olika sätt inom ramen för den i efterföljande patentkrav angivna uppfinningstanken.

Oi\leg\besk\110815\110819 beSk.d0CX

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 35 1. 9 PATENTKRAV Anordning vid en järnvägsskena (1) för att åstadkomma kontroll och styrning av kontaktmekanismerna mellan skenans s.k. löpyta (8) och ett järnhjul (7) hos ett rälsgående fordon som löper på skenan, k ä n n e t e c k n a d av att löpytan (5) innefattar en ytbeläggning (9) av flytbar, på platsen polymeriserad plast, som är fäst omedelbart på löpytan eller bringats vidhäfta med denna via en grundfärg eller primer (10). Anordning enligt kravet 1, varvid ytbeläggningen (9) innefattar tillsatsmedel som gör den är elektriskt ledande. Anordning enligt kravet 2, varvid fyllmedlet innefattar kol eller grafit. Anordning enligt något av kraven 1 - 3, varvid ytbeläggningen (9) uppvisar en i löpytans (8) ländriktning sig sträckande linjärt rak profilform. Anordning enligt något av kraven 1 - 3, varvid ytbeläggningen (9) uppvisar en i löpytans (8) längdriktning förlöpande vågutbredning uppvisande en serie av på varandra följande vågtoppar (11) och vågdalar (12). Metod att en åstadkomma styrning och kontroll av kontaktmekanismerna i den s.k. löpytan (8) mellan en järnvägsskena (1) och ett järnhjul (7) hos ett rälsgående fordon som löper på skenan, k ä n n e t e c k n a t av att det innefattar följande steg; - att en beläggningskomposition av plastmaterial i flytbar form påförs skenans (1) löpyla (8), - att den påförda flytande beläggningskompositionen tillordnas en på förhand bestämd profilform, och - att det sålunda påförda och formade plastmaterialet bringas stelna och bilda en ytbeläggning (9) på löpytan. Metod enligt kravet 1, varvid ytbeläggningen (9) tillordnas en bestämd tjocklek (t) och profilform medan den befinner sig i flytande eller bara begränsat polymeriserad form på löpytan (s). O:\|eg\b eSk\1 1 O815\1 10819 beskdocx 10 8. Metod enligt något av kraven 6 - 7, varvid beläggningskompositionen tillförs ett tillsatsmedel, exempelvis kol eller grafit, som väljs så att den resulterande ytbeläggningen (9) blir elektriskt ledande. 5 9. Metod enligt kravet 1, varvid järnvägsskenans (1) löpyta (8) blästras med sand eller liknande material och tvättas med ett rengöringsmedel innan beläggningskompositionen av plastmaterial påförs. 10. Användande av en ytbeläggning (9) av det slag som anges i något av patentkraven 1 - 10 4 för att åstadkomma en artificiell störning genom vibrationer i gränssnittet mellan hjul (7) och löpyta (8) för att i ett område (B) före en järnvägsväxel (A) skaka av snö och is från underredet av ett rälsgäende fordon innan det bringas passera järnvägsväxeln. 11. Användande av en ytbeläggning (9) av det slag som anges i något av patentkraven 1 - 15 4 för att fylla och utjämna uppträdande räfflor i löpytan (8) av en skena O2\leg\beSk\110815\1 10819 be5k.d0cx