Track geometry degradation cause identification and trend analysis

Abstract

Det norske jernbanenettet er under press som følge av den globale utviklingen mot høyere aksellaster, økte hastigheter og større trafikktetthet. Disse faktorene vil medvirke til raskere nedbrytning av overbygningen som i sin tur vil redusere levetiden for sporets komponenter og gi høyere vedlikeholdskostnader. Nedbrytning av skinnegangen har tre ulike aspekter: underbygning, overbygning og geometri. Etter hvert som sporets geometri forringes, øker det dynamiske kontakttrykket mellom hjul og skinne, noe som fører til slitasje på de ulike komponentene i sporkonstruksjonen, plastisk deformasjon og rullende kontaktutmatting (RCF) av skinnene. Selv om sikkerhet er den viktigste årsaken til at sporgeometrien vedlikeholdes, er korrekt vedlikehold også en forutsetning for komforten om bord. Feil i sporgeometrien kan gi ubehagelig gange og påvirke togets ytelse negativt. I ekstreme tilfeller kan slike feil føre til avsporing. Stenging av strekninger og tap av omdømme er noen av de potensielle konsekvensene. På det norske jernbanenettet kontrolleres sporgeometrien med en egen målevogn. Ulike varsler utløses ved overskridelse av forhåndsdefinerte grenseverdier for inspeksjon, reparasjon eller feilretting. Det er imidlertid bred enighet i Bane NOR om at dataene som samles inn, brukes til videre analyse bare i svært begrenset grad. En case-studie for den norske godslinjen ble gjennomført for å finne ut hvordan beslutningstakerne kan få større utbytte av numeriske data fra sporgeometrimålinger. Nedbrytningstrender og effektiviteten av pakking av sporet ble analysert. Infrastrukturforvaltere trenger en bedre forståelse av infrastrukturens egenskaper over tid og bedre kontroll over vedlikeholdets effektivitet. En vellykket prediktiv vedlikeholdsstrategi er avhengig av at det er mulig å observere skinnegangen over tid og dermed kunne forutse både hvordan den vil utvikle seg fremover, og hvor lang levetid som gjenstår. Dette gir kostnadsbesparelser ved at nødvendige vedlikeholdsoppgaver og spordisponering kan planlegges bedre.

The Norwegian railway network is under pressure, following the worldwide trend towards heavier axle loads, increased speeds and greater traffic density. These factors will contribute to a more rapid degradation of the railway track, which in turn, lead to reduction in service life of track components and higher maintenance costs. The track degradation has three different aspects: the sub-structural, the super-structural and the geometrical. As the track geometry begins to deteriorate, higher dynamic wheel-rail contact forces are being induced, resulting in wear on the various components of the track construction, plastic deformation and Rolling Contact Fatigue (RCF) of the rails. Although safety is the most important reason why the track geometry is maintained, appropriate maintenance is also a precondition for the ride comfort. Track geometry faults cause poor ride quality and have a negative train performance impact. In extreme cases, these faults can lead to derailments. As a result, line closures and loss of public confidence are some of the potential consequences. The track geometry is measured on the Norwegian railway network by a dedicated Track Recording Vehicle (TRV). Different alert limits are generated when predefined threshold levels are exceeded, imposing inspections, repair or corrective maintenance. However, a broad consensus at Bane NOR is that the data being collected are used to a very limited extent for further analysis. A case study for the Norwegian heavy haul line was carried out to propose how decision makers can take more advantage of numerical data from track geometry measurements. Degradations trends and effectiveness of tamping were analysed. Infrastructure Managers (IMs) need a better understanding of the infrastructure behavior over time and a greater control over the efficiency of its maintenance. A successful predictive maintenance strategy relies on the ability to observe track behaviour in the past and predict behaviour in the future, as well as the remaining service life of an asset. It means cost saving through planning of required maintenance aspects and applying for track possession time.