KRV-vaihteiden monitorointi Alppilassa

Alppilan monitorointi

Helsingin ratapihalle on asennettu kesällä 2018 kolme uutta KRV54-200-1:9 vaihdetta, joilla pyritään lisäämään raiteenvaihtomahdollisuuksia raskaasti liikennöidyn Helsingin päätien alueella. Heti käyttöönotosta lähtien nämä vaihteet ovat kuitenkin aiheuttaneet paljon kunnossapitotyötä ja vaihteet eivät ole toimineet optimaalisesti. Perimmäisiä syitä vaihteiden vaurioitumiselle ei kuitenkaan kunnolla tunnettu. Tästä syystä Tampereen yliopiston Tutkimuskeskus Terra suoritti näissä vaihteissa syksyn 2020 aikana kaksi mittausta, joiden avulla näiden vaihteiden ja yleisestikin Suomen KRV-vaihteiden vaurioitumisen syitä pyrittiin selvittämään tarkemmin.

Kyseessä olevan vaihdekujan KRV-vaihteiden V460-V463 tiheät kunnossapitotyöt ovat keskittyneet varsinkin 2-kärkisten risteysten alueelle, joita on jouduttu hitsaamaan ja vaihtamaan jo useaan kertaan asennuksen jälkeen. Teräsosiin on alkanut muodostua tälle alueelle halkeamia ja jopa murtumia keväällä 2020. Lisäksi risteyksen kohdalla havaittiin syksyllä 2019 tehdyissä tarkastuksissa silmämääräisesti arvioituna tavallista runsaampaa pumppaavaa liikettä, minkä arvioitiin johtuvan tyhjätilasta ratapölkkyjen ja tukikerroksen välissä.

Syksyn 2019 ja kevään 2020 tarkastuksissa silmämääräisesti havaitun pölkyn suuren pumppaavan liikkeen johdosta mittauksissa keskityttiin pölkyn pystysuuntaisen liikkeen ja siitä seuraavan kiskon venymän määrittämiseen 2-kärkisen risteyksen alueella. Pölkyn siirtymämittauksen kuitenkin osoittivat, että pölkyissä havaituista korkeista kiihtyvyyspiikeistä huolimatta varsinaiset siirtymät 2-kärkisen risteyksen alueella jäävät junan yliajon aikana varsin maltillisiksi noin 1-3 mm. Mittausten välillä vaihteista on ajettu vaihdealueelle asetetun nopeusrajoituksen vuoksi vain 60 km/h alkuperäisen nopeuden ollessa 80 km/h. Nämä kaikki vaihteet ovat siis olleet koko mittausajan alennetulla nopeudella, joka on selkeästi hidastanut vaihteiden risteysosien kulumista ja halkeamien syntyä, jolloin myös siirtymät vaihteissa ovat pysyneet maltillisina. Tämä nopeusrajoituksen vaikutus kulumisen hidastumiseen ja painumien vähäisyyteen on merkittävin havainto vaihteiden jatkokäytön kannalta.

Kiskon rasitusmittaukset osoittivat, että pituussuuntainen venymä on käytännössä täysin samansuuruinen sekä risteyksen alla että vaihteen ulkopuolella olevassa referenssipisteessä maksimiarvojen ollessa noin 230-250 µm/m. Nopeuden vaikutusta venymään tutkittiin nopeusalueella 30 – 60 km/h, mutta mitään merkittävää eroa näiden nopeuksien välillä ei havaittu kiskon venymässä. Näiden tulosten valossa on kuitenkin äärimmäisen vaikea arvioida, kuinka paljon dynaamiset iskukertoimet lisääntyisivät, jos nopeutta nostettaisiin takaisin suunnittelunopeuteen 60 km/h -> 80 km/h, sillä nopeuden noston vaikutukset eivät ole missään nimessä lineaarisia.

Näiden mittausten perusteella voidaankin suositella, että 60 km/h nopeusrajoitusta KRV-vaihteissa jatketaan pysyvästi, koska kunnossapitohistoria huomioiden on oletettavissa, että iskukuormitukset ja täten risteysten teräsvauriot kasvavat merkittävästi nopeuden noustessa. Iskukuormitusten suuruuteen vaikuttaa lisäksi merkittävästi vaihteen risteyksen kunto. Tämän lisäksi KRV-vaihteiden haastavan ja monimutkaisen rakenteen vuoksi hyvin lyhyiden pölkkyjen painumasta johtuvien korkeuspoikkeamavirheiden sekä kallistuksen korjaamisessa tulisi tuennan sijaan käyttää tulevaisuudessa enemmän säätölevyjä. Tällöin pystyttäisiin säilyttämään ajan myötä pölkylle muodostunut tukeutunut asema, mutta silti korjaamaan paikalliset kiskoon muodostuneet geometriavirheet.

Tutkimustulokset on julkaistu Väyläviraston julkaisuja -sarjassa:

KRV-vaihteiden monitorointi Alppilassa

Lisätietoja: Väitöskirjatutkija Riku Varis