B.M.A. Herfkens
Beschadiging aan treinrails door vrachtvervoerders
Literatuuropdracht/scriptie,
Rapport 2006.TL.7047, Sectie Transporttechniek en Logistieke Techniek.
De afgelopen tien jaar is het vrachtvervoer per trein in Nederland verdubbeld.
Het huidige spoornet wordt daardoor steeds intensiever gebruikt. Een aantal
grote infrastructurele projecten zijn daarom nodig. Eén van deze
projecten is de Betuweroute die begin 2007 open zal gaan. Op dit moment zijn er
nog geen vrachtvervoerders die van de Betuweroute gebruik gaan maken, doordat
de infraheffing door de infrastructuurbeheerder ProRail te hoog is.
Infraheffing is mede gebaseerd op de hoeveelheid beschadiging die treinen
veroorzaken. Het is daarom voor de vrachtvervoerders van belang te weten hoe
groot die beschadiging is. Beschadiging van treinrails is het gevolg van twee
verschijnselen; slijtage en rolling contact fatigue.
Slijtage met materiaalverlies is het gevolg van een abrassief proces, waarbij
kleine deeltjes tussen de wielen en de rails een toplaagje afschuren. De mate
van deze slijtage is uit te drukken met de wear rate en de wear
coëfficiënt. Er is behoorlijk wat wetenschappelijk onderzoek gedaan
naar deze slijtage en er zijn daarom enkele testresultaten die een maat geven
voor de wear rate en wear coëfficiënt.
Belangrijke factoren die een rol spelen in het slijtageproces zijn slip,
hardheid, microstructuur en water dat als smeermiddel kan fungeren. Het is
gebleken dat vooral slip en water zeer grote invloed hebben op de wear rate.
De slijtage blijkt extreem te kunnen stijgen wanneer het rail-wielcontact
afwisselend wordt blootgesteld aan natte en droge omstandigheden. De
hoeveelheid slijtage valt in grofweg 3 categorieën onder te verdelen;
Type I, II en III. Type I is milde slijtage met een lage wear rate. Het
proces is voornamelijk afhankelijk van telkens wegslijtende corrosie. Type
II is zware slijtage. Er ontstaan scheurtjes en metaaldeeltjes worden
losgemaakt. Type III is catastrofale slijtage en veroorzaakt diepe scheuren
en plooien in het (rail-)oppervlak.
Rolling contact fatigue is een vorm van vermoenngsslijtage. Door
herhaaldelijke belasting kan het materiaal plastisch gaan deformeren en
uiteindelijk scheuren. Hoewel hier geen materiaalverlies optreedt, kan de
mate van RCF wel uitgedrukt worden in elastisch-plastisch gedrag, de
scheurgroei en de hoeveelheid belastingen tot een rail breekt. Modelvorming
van een containertrein laat zien dat er milde en zware slijtage optreedt met
een wear rate tussen de 0.5 en 1.0 * 10-4
gr / m / 10 mm contactbreedte. Bij
treinsnelheden boven de 130 km/uur zal pas type III slijtage optreden.
Dit model laat een elastisch gedrag zien. Er zal dus nauwelijks plastische
deformatie optreden als gevolg van deze trein. De kritische scheurlengte is
tussen de 0.33 en 0.60 mm. Grotere scheuren zullen propageren en tot een
breuk leiden.
Het model voor een trein met bulkgoederen geeft een wear rate van
0.6 tot 1.5 * 10-4
gr / m / 10 mm contactbreedte. Ook hier is de
slijtage van type I en II. Bij een snelheid boven de 110 km/hr zal catastrofale
slijtage optreden.
Dit model veroorzaakt plastische deformatie en heeft een kritische
scheurlengte tussen de 0.44 en 0.81 mm.
Rapporten studenten Transporttechniek en Logistieke Techniek
Gewijzigd: 2006.04.25;
logistics@3mE.tudelft.nl
, TU Delft
/ 3mE
/ TT
/ LT.