Vedlikeholdsmetodikk

Fra Lærebøker i jernbaneteknikk
Hopp til: navigasjon, søk

1 Innledning

Dette kapitlet beskriver ulike vedlikeholdsstrategier generelt, men tar også for seg de metoder som har vært anvendt innenfor jernbanen de siste 10-15 år. Dette er metoder for prioritering av innsats for å optimalisere inngrepstid og tiltak slik at jernbanens sikkerhets- og pålitelighetsnivå opprettholdes for en lavest mulig kostnad.

2 Vedlikeholdsstrategier

Enhver vedlikeholdsstyring medfører et ansvar for å angi en vedlikeholdsstrategi som skal oppfylle følgende hovedmål:

  • sikre at enheten fungerer som kravstilt og til lavest mulig kostnad
  • opprettholde sikkerhet og evt andre obligatoriske krav for enheten
  • ivareta krav til miljøpåvirkning
  • opprettholde enhetens holdbarhet og/eller kvalitet på produktet eller tjenesten som leveres til akseptabel kostnad.

Vedlikeholdsstrategien er valg av vedlikeholdsmetode for å oppnå vedlikeholdsmålene. Hvilken strategi som er mest effektiv i et LCC-perspektiv vil variere mellom ulike typer utstyr og potensielt også banestrekning avhengig av bl.a. tekniske, organisatoriske og trafikale forhold.

De ulike strategier kan deles inn som følger:

  • korrektivt
    • akutt korrektivt
    • utsatt korrektivt
  • forebyggende
    • tidsbestemt
    • tilstandsbasert
    • prediktivt
  • aldersstyrt

2.1 Korrektivt vedlikehold

Korrektivt vedlikehold utføres etter at feil er oppdaget for å rette feil og gjenvinne en krevd funksjon Korrektivt vedlikehold kan gjøres umiddelbart (akutt) eller etter en tid (utsatt) avhengig av hvilken konsekvens feilen har for virksomheten. Et viktig element ved korrektivt vedlikehold er evnen til å detektere feil raskt og å få mest mulig presis informasjon knyttet til feilmeldingen. Det er ønskelig at utstyret/komponenten varsler feil selv. Nyere, elektroniske utstyr/komponenter kan ofte varsle om feil på svært lavt nivå, noe som medfører store mengder feilvarslinger. Det er da viktig at vedlikeholdsfunksjonen velger ut hvilke av disse som er relevante å overvåke for å ivareta de definerte kvalitetskravene. Det kan også være relevant å «bygge» nye, mer presise feilmeldingsvarsler basert på eksisterende. Varsler som krever umiddelbar oppmerksomhet, kalles ofte alarmer og krever 24/7 overvåking. Varsler som ikke krever umiddelbar oppmerksomhet, kalles ofte advarsler og krever systematisk overvåking og oppfølging.

Denne strategien anvendes på områder der det er vanskelig å foreta tilstandsvurderinger.

2.1.1 Akutt korrektivt vedlikehold

Akutt korrektivt vedlikehold (AKV) utføres umiddelbart etter at feil er oppdaget.

2.1.2 Utsatt korrektivt vedlikehold

Utsatt korrektivt vedlikehold (UKV) utføres på planlagt tidspunkt og i henhold til gitte regler.

2.2 Forebyggende vedlikehold

Forebyggende vedlikehold utføres før feil oppstår for å forlenge levetider og redusere sannsynlighet for feil eller funksjonsnedsetting dvs. for å opprettholde en krevd funksjon. Forebyggende vedlikehold er mest relevant for komponenter og utstyr som har betydning for sikkerhet, punktlighet , verdisikring samt komfort og miljø. Det finnes ulike varianter av forebyggende vedlikehold avhengig av hva som er utgangspunkt for å bestemme om vedlikeholdet skal utføres. Disse variantene kan delvis erstatte hverandre og delvis komplettere hverandre.

2.2.1 Tidsbestemt vedlikehold

Tidsbestemt vedlikehold (også kalt forhåndsbestemt) utføres ved faste tidsintervaller eller bruksfrekvens (f.eks. antall omlegginger av sporveksel) og uten forutgående tilstandsundersøkelse. Tidsplan utarbeides basert på ulike metoder f.eks. RCM.

Denne strategien anvendes lite innen overbygningen, men er mest aktuell for komponenter der man har gode estimater for levetid og der levetiden er lite avhengig av ytre forhold.

2.2.2 Tilstandsbasert vedlikehold

Tilstandsbasert vedlikehold omfatter en kombinasjon av tilstandsovervåking og/eller inspeksjon og/eller prøving, analyse og påfølgende vedlikeholdstiltak.

Tilstandsbasert vedlikehold kan i gitte tilfeller erstatte tidsbasert vedlikehold. Vedlikeholdstiltak gjøres da når informasjon om tilstanden til utstyret tilsier at det bør utføres og ikke basert på en forhåndsdefinert tid/bruksfrekvens som er lik for alt utstyr av samme type. På denne måten får man mer målrettet/effektivt vedlikehold av en gitt utstyrsenhet.

2.2.2.1 Tilstandsovervåking

Tilstandsovervåking er en aktivitet som utføres enten manuelt eller automatisk, og som har som formål å måle egenskapene ved og parametrene for en enhets faktiske tilstand med forutbestemte intervaller

  • Overvåking skiller seg fra inspeksjon ved at overvåking brukes til å evaluere eventuelle endringer i utstyrsenhetens parametre over tid
  • Overvåking kan skje kontinuerlig, i et tidsintervall eller et gitt antall operasjoner
  • Overvåking utføres vanligvis når utstyrsenheten er i en driftstilstand

Tilstandsmålinger kan ofte være utsatt for støy, og det kan være utfordrende å finne gode varslingsgrenser for når tiltak bør gjennomføres. Det er derfor viktig å velge gode målemetoder og algoritmer samt å være bevisst på valg av varslingsgrense (advarsel/alarmgrense). Grenseverdiene kan defineres for ulike kritikalitetsnivåer f.eks. når tilstanden er slik at forebyggende vedlikeholdstiltak bør gjennomføres og/eller når funksjon må gjenopprettes eller det foreligger sikkerhetsfare.

2.2.3 Prediktivt vedlikehold (prediksjonsvedlikehold)

Tilstandsbasert vedlikehold som utføres basert på en prognose for tilstandsutviklingen til utstyrsenheten. Prognosen utledes av gjentatte analyser eller kjente egenskaper og evaluering av hvordan vesentlige parametre forventes å påvirke tilstandsutviklingen fremover i tid. Prediktivt vedlikehold forutsetter gode analysemodeller og forventes å kunne gi relevante anbefalinger om vedlikeholdstiltak og behov for utskifting av utstyr.

2.3 Aldersstyrt vedlikehold

Aldersstyrt vedlikehold vil si at det planlegges utskifting ved oppnådd teknisk/økonomisk levealder. Teknisk levealder kan f.eks. begrenses ved at leverandør ikke lenger gir støtte til utstyret eller vurderingen kan gjøres ved hjelp av utvikling i feilstatistikk eller prediktive metoder.

Denne strategien anvendes for større anlegg/komponenter på bakgrunn av estimater for levetid. Levetidsbetraktningene innbefatter de ytre belastninger på anleggene. Et eksempel på aldersstyrt vedlikehold er årgangsanalyse.

3 Overbygningsstrategier

Regelverket for vedlikehold av overbygningen er generelt basert på en LCC-betraktning. Imidlertid forekommer det også en del forhold knyttet til sikkerhet. Dette gjelder spesielt geometriske forhold i spor og sporveksler samt forhold knyttet til fare for solslyng og skinnebrudd. Tilstandsbasert vedlikehold danner basis for det meste av regelverket for vedlikehold av overbygningen i kombinasjon med korrektivt vedlikehold. Vedlikehold av skinner, sviller og sporveksler forutsettes å vedlikeholdes etter denne strategien på grunnlag av målevognskjøringer, sporvekselinspeksjoner og tilstandsovervåking av sporveksler. Derimot har det vært vanskelig å beskrive grenseverdier samt å utvikle gode målemetoder for ballasten.

3.1 Strategi for skinner

Skinnene inspiseres regelmessig med ulike målevogner. Ultralydkontroll oppdager feil i skinnen som kan utvikle seg til brudd, skinneprofilmåling gir tverrprofilet av skinnen og måling av rifler og bølger måler ujevnheter i skinnens overflate. På grunnlag av målevognsresultatene er det definert inngrepskriterier for korrektivt vedlikehold samt kriterier for utskifting (slitasjegrenser, utmattingstendenser). Målevognskjøringer gjøres periodisk og vurdering av tiltak baserer seg på overskridelse av varslingsgrenser for enkeltmåling og ikke trendutvikling.

3.2 Strategi for sviller

Det utføres stikkprøver av utvalgte sviller for å kontrollere tilstand. I tillegg kan dårlige sviller registreres gjennom måling av sporgeometri ved at sporutvidelsen tiltar raskt (gjelder tresviller). I praksis medfører dette en strategi basert på tilstandsbasert vedlikehold (men uten trendvurdering), men ettersom inspeksjon av sviller kan være både omstendelig og tidvis komplisert, så ender en ofte opp med korrektivt vedlikehold.

3.3 Strategi for sporveksler

Sporveksler inspiseres regelmessig gjennom vedlikeholds- og sikkerhetskontroller og det er fastlagt grenseverdier for en rekke forhold. Det er også implementert tilstandsovervåking av sporvekslene via drivmaskinene.

3.4 Strategi for ballast

Dårlig ballast kan i visse tilfeller avdekkes gjennom målevognskjøringer, ballastprøver, problemer med vaskesviller, frost- og teleproblemer, vegetasjonsproblemer m.m. Slike vurderinger må gjøres på bakgrunn av nærmere studier i felt. I praksis blir det en kombinasjon av tilstandsbasert og korrektivt vedlikehold. På enkelte strekninger fornyes imidlertid ballasten samtidig med fornyelse av øvrig overbygning og inngår dermed i en total strategi for ovebygningen.

4 Vedlikeholdssystemer

IKT systemer som skal støtte vedlikeholdsprosessene, kan defineres som vedlikeholdssystemer. Typiske vedlikeholdssystemer er:

  • alarmovervåkingssystemer
  • tilstandsovervåkingssystemer
  • feilmeldings/registreringssystemer
  • vedlikeholdsplanleggingssystemer
  • Vedlikeholdsanalyse- og beslutningssystemer


5 Vedlikeholdsmodeller

Prediktive og tilstandsbaserte systemer og metoder har behov for gode vedlikeholdsmodeller.

Det er de siste 10-15 år utviklet en rekke vedlikeholdsmodeller som har hatt anvendelse innen jernbanens overbygning. I det følgende skal følgende modeller beskrives:

  • TIFOIN
  • Årgangsanalysen
  • Dokumentasjon av sporvedlikehold
  • ECOTRACK
  • RCM

5.1 TIFOIN

TIFOIN står for tilstandsrapport for infrastrukturen og ble utviklet på slutten av 80-tallet. Modellen består i at infrastrukturens sikkerhet og tilgjengelighet ble beregnet for de ulike delstrekninger. Feil i infrastrukturen blir omregnet til konsekvenser for sikkerhet og tilgjengelighet og summert for de enkelte delstrekninger. Dermed ivaretas en tverrfaglighet der alle feiltypene gir sitt bidrag. På bakgrunn av resultatene gir dermed grunnlag for prioriteringer mellom de ulike banestrekninger, mellom komponenter/systemer og også mellom aspektene sikkerhet og tilgjengelighet. TIFOIN kan brytes helt ned til delstrekninger på 1 mils lengde. TIFOIN ble benyttet i perioden 1988 til ca. 1992.

4.1.1 Sikkerhet TIFOIN definerer sikkerhet som den totale risikoen over et større lengdeavsnitt for at en avsporing skal inntreffe som følge av feil i infrastrukturen. Den totale risikoen fås gjennom å addere delrisikoene for hvert dellengdeavsnitt. Man får dermed:

[math] R=\sum_{i} \sum_{j}[p(E_j)\cdot x_j]_i[/math] (3.1)
R = risiko
p(Ej) = sannsynlighet for hendelse Ej
xj = konsekvens dersom Ej inntreffer
j = indeks for hendelsesregister
i = indeks for lengderegister
Tabell 3.1 Hendelser og konsekvenser som betraktes for beregning av risiko
Hendelse Ej Konsekvens xj
Skinnefeil avsporinger pga. skinnebrudd
Solslyng avsporinger pga. solslyng
Sporutvidelser avsporinger pga. sporutvidelser
Vindskjevheter avsporinger pga. vindskjevheter
Ras avsporinger pga. lokomotiver kjører inn i ras
Figur 3.1: Risikoberegning vha. TIFOIN

Det tas hensyn til trafikkmønstrene på de ulike beregningene ved beregning av p(Ej).

I figur 3.1 er det vist et eksempel som dekker hele jernbanenettet.

Ut fra figuren bør det være mulig å prioritere mellom tiltak i infrastrukturen ved at de største risiki søkes senket til et økonomisk realiserbart nivå via en spesifisert strategi.

5.1.1 Tilgjengelighet

Tilgjengelighet defineres som tid mellom feil dividert på summen av tid m mellom feil og reparasjonstid.

[math] A={MTBF \over MTBF + MDT} [/math] [math] MTBF ={1 \over \lambda} [/math] (3.2)
A = tilgjengelighet
MTBF = tid mellom feil (mean time between failure)
MDT = reparasjonstid (mean down time)
λ = feilintensitet
Figur 3.2: Tilgjengelighetsberegning vha. TIFOIN

Sett utfra et togfremføringssynspunkt kan infrastrukturen betraktes som en sammenhengende kjede av komponenter (hver komponent er 1 mil lang) som alle må fungere dersom togfremføringen skal gå uhindret. Dermed danner de faste tekniske anlegg en såkalt koherent seriestruktur. Feil som inngår i tilgjengelighetsberegningene er

  • solslyng
  • ras
  • kontaktledningsfeil
  • signalfeil

Det tas hensyn til trafikkmønstrene på de ulike beregningene ved beregning av A.

I figur 3.2 er det vist et eksempel som dekker hele jernbanenettet.

Ut fra figuren bør det være mulig å prioritere mellom tiltak i infrastrukturen ved at de største punktlighetsforstyrrelser søkes senket til et økonomisk realiserbart nivå via en spesifisert strategi.

5.1.2 Pålitelighetsteoretisk grunnlag

Forutsettes det at uansett antall hendelser i intervallet (0,t), så er sannsynligheten for en hendelse i intervallet (t,t+h) lik λ • h og sannsynligheten for mer enn en hendelse i (t,t+h) lik 0. Forekomsten av feil kan dermed sies å være styrt av en Poisson-prosess med feilintensitet λ. Et system som styres av en Poissonprosess har en sannsynlighet for å feile/svikte ved tidspunkt t lik

[math] f(t)= 1- e^{- \lambda t} [/math] (3.3)

I en seriestruktur vil feilintensiteten λtot for hele strukturen være tilnærmet lik med summen av feilintensitetene λ til hver av seriestrukturens komponenter. Forutsettes de faste tekniske anlegg styrt av en Poisson-prosess, finnes sviktsannsynligheten ved tidspunkt t ved å summere antall feil på delstrekningen, dividere med antall timer i observasjonsintervallet og sette dette uttrykket for λ inn i ligning 3.3.

5.2 Årgangsanalysen

Figur 3.3: Eksmpel på aldersfordeling for skinner på Nordlandsbanen

Årgangsanalyse som verktøy for å estimere behov for vedlikeholdsmidler er kun egnet for visse anleggsdeler der aldring/slitasje kan estimeres ut fra kjente forhold som f.eks. trafikkmengde. Anleggstyper som er egnet for slik analyse er skinner, sviller, ballast, sporveksler, kontaktledningsanlegg og sikringsanlegg. For øvrige anlegg vil vedlikeholdsbehovet være bestemt av lokale forhold eller andre ytre forhold som teknologiutvikling, tilgjengelighet til reservedeler etc. Årgangsanalysen ble utgitt ca 1997 og ble benyttet til ca 2001 da RCM overtok. Følgende beregningsmetoder anvendes:

1) Årgangsanalyse

Framgangsmåte: Sett opp kumulative aldersfordeling og merk av levetid. Finn anleggsmengde som er overårig og multipliser med enhetskostnad.

Årgangsanalyse alene er likevel sjelden tilstrekkelig. Den bør for overbygningsanlegg og kontaktledningsanlegg suppleres av informasjon om trafikkmengde, kurvatur, tilstand av underbygningen, tidligere vedlikehold, feil samt målevognsresultater. For sikringsanlegg (forriglingsutrustning) bør analysen suppleres med feil og krav til kapasitet og funksjonalitet.

2) Fast vedlikeholdssyklus

Framgangsmåte: Finn total anleggsmengde og dens gjennomsnittlige levealder. Sett inni formelen:

Årlig gj.sn. vedl.behov= (total anleggsmengde/gj.sn. levetid)*enhetskostnad (3.4)

3) Etterslep

Framgangsmåte: Finn anleggsmengde som ikke er i akseptabel stand og multipliser med enhetskostnad.

4) Skjønn

Framgangsmåte: Vedlikeholdsbehovet beregnes etter ulike faglige, tekniske og/eller praktiske vurderinger.

Som hjelp til å estimere vedlikeholdsbehov er det utviklet en beslutningssstøttemodell for overbygning ved ar det er forsøkt å estimere "vedlikeholdsgrenser" basert på kjent informasjon om de ulike anleggstypene.

5.2.1 Beslutningsstøtte for overbygning

Det benyttes informasjon om skinner, sviller, ballast, horisontalgeometri, trafikkmengde, feil og komforttall. Basert på innleggelsesår og komponentsammensetning estimeres en levetid basert på empiriske betraktninger. Levetiden justeres deretter for trafikkmengde og trafikksammensetning samt horisontalkurvatur. Ved siden av levetidsbetraktningen innfører man maksimalgrenser for feilintensitet samt minimumsgrenser for komforttall. Sistnevnte grenseverdier varierer med ulike baneprioriteter.

Levetider

Levetidene forutsetter rettlinje, trafikkmengde lik 10 mill. bruttotonnkm pr. år og km, 100 % tunge aksler, svilleavstand = 60 cm og fjærende befestigelse. Levetidene er framkommet ved bruk av erfaringstall fra noen få baner og må betraktes som estimater.

Skinneprofil Stålkvalitet Levetid [år]
35 70 25
NSB 40 90 32
S41 90 32
S49 90 35
S54/UIC54/UIC54E 90 40
UIC60/S64 90 45
Svilletype Levetid [år]
Bøk/eik 45
Furu 30
Betong - NSB 90/NSB std./ettersp. Pandrol/ettersp. Heyback 50
Fradrag i levetid Skinner Sviller
Svilleavstand 61-65 1 2
Svillleavstand 66-75 5 5
Stålkvalitet 70 5 0
Ikke fjærende befestigelse 0 5
Fradrag i levetid pga. kurvatur Skinner Sviller
R < 300 m 18 10
R < 500 m 9 5

Tillegg i levetid for skinner pga. trafikkbelastning mindre enn 10 mill. bruttotonn og 100 % tunge aksler

Belastning i mill. bruttotonnkm pr. år og km Belastning i mill. bruttotonnkm pr. år og km Andel tunge aksler [%] Andel tunge aksler [%] Andel tunge aksler [%] Andel tunge aksler [%] Andel tunge aksler [%]
Fra Til 0 – 25 25 - 50 50 – 75 75 - 90 100
10 15 10 5 2 0
8 10 20 14 10 6 4
6 8 25 18 16 10 8
4 6 30 24 20 15 13
2 4 35 28 25 22 20
1 2 40 35 30 28 26
0,5 1 45 40 35 32 30
0,5 48 45 40 38 35

Tillegg i levetid for sviller pga. trafikkbelastning mindre enn 10 mill. bruttotonn og 100 % tunge aksler

Belastning i mill. bruttotonnkm pr. år og km Belastning i mill. bruttotonnkm pr. år og km Andel tunge aksler [%] Andel tunge aksler [%] Andel tunge aksler [%] Andel tunge aksler [%] Andel tunge aksler [%]
Fra Til 0 – 25 25 - 50 50 – 75 75 - 90 100
10 5 3 2 1 0
8 10 7 5 3 2 1
6 8 8 6 5 3 3
4 6 10 8 7 5 4
2 4 12 9 8 7 7
1 2 13 12 10 9 9
0,5 1 15 13 12 11 10
0,5 16 15 13 13 12

Tillegg i levetid for sporveksler pga. trafikkbelastning mindre enn 10 mill. bruttotonn og 100 % tunge aksler. Basislevetid er satt til 15 år.

Belastning i mill. bruttotonnkm pr. år og km Belastning i mill. bruttotonnkm pr. år og km Andel tunge aksler [%] Andel tunge aksler [%] Andel tunge aksler [%] Andel tunge aksler [%] Andel tunge aksler [%]
Fra Til 0 – 25 25 - 50 50 – 75 75 - 90 100
10 7 5 2 1 0
8 10 10 7 5 3 2
6 8 12 9 8 5 4
4 6 15 12 10 7 6
2 4 17 14 12 11 10
1 2 20 17 15 14 13
0,5 1 22 20 17 16 15
0,5 24 22 20 19 17
Figur 3.4: Vurdering av tiltak på overbygningen på bakgrunn av levetidsbetraktninger og feilanalyse

Grenseverdier for feil og komforttall

Det er i tillegg stilt krav til feil og komforttall for hver baneprioritet. For feil gjelder kravene pr. mil.

Maks antall feil pr. mil Baneprioritet Baneprioritet Baneprioritet Baneprioritet Baneprioritet
1 2 3 4 5
Skinnebrudd 0,1 0,15 0,2 0,4 0,6
Sporutvidelser 0 0 0 0,2 0,4
Vindskjevheter 0 0,15 0,2 0,3 0,4
Solslyng 0 0 0 0 0


Baneprioritet Baneprioritet Baneprioritet Baneprioritet Baneprioritet
1 2 3 4 5
Min. k-tall 72 70 68 60 55

5.3 Dokumentasjon av sporvedlikehold

Metoden ble beskrevet av et NBS-prosjekt i 1997 og dekker sporet på fri linje (ikke veksler), og komponentene skinner, sviller og ballast.

5.3.1 Faktorer som innvirker på sporkomponentenes levetid

I tabellene 3.2 - 3.4 er det vist hvilke faktorer som primært innvirker på de forskjellige sporkomponenters levetid/vedlikeholdstiltak. Det er også angitt datagrunnlag som kan brukes til å estimere levetider/behov for vedlikeholdstiltak

Det er utelatt faktorer vedr. underbygning og klima. I tabellen er sporkomponentene befestigelse og isolerte skjøter tatt med. Disse er ikke med i beregningsmodellen. Dog er mellomleggstype med som en faktor for beregning av levetid for andre sporkomponenter.

Tabell 3.2 Faktorer som innvirker på skinnenes levetid
Vedlikeholdstiltak Hvilke faktorer som innvirker Datagrunnlag
Skinnebytte Slitasje

Utmatting

  • Trafikkdata 1)
  • Trasedata 2)
  • Sporkonstruksjon 3)
  • Tverrprofilmålinger
  • Skinnefeilfrekvens (ultralyd)
  • Bruddfrekvens
  • Slipehistorikk
  • Stålkvalitet
  • Produsent
  • Valseår
  • Innlagt år
Skinnesliping/

Høvling

Rifler og bølger

Feil i tverrprofil (slitasje, utvalsing) Overflateutmatting (shelling, spalling)

  • Trafikkdata 1)
  • Trasedata 2)
  • Sporkonstruksjon 3)
  • ROV-målinger (rifler og bølger)
  • Tverrprofilmålinger
  • Støymålinger i omgivelser
  • Støymålinger i tog
  • Slipehistorikk
  • Stålkvalitet
  • Produsent
  • Valseår
  • Innlagt år
Tabell 3.3 Faktorer som innvirker på betongsvillenes levetid
Vedlikeholdstiltak Hvilke faktorer som innvirker Datagrunnlag
Svillebytte Sprekker

Knusing under sville Knusing under skinnefot Korrosjon (toblokksviller)

  • Trafikkdata 1)
  • Trasedata 2)
  • Sporkonstruksjon 3)
  • Sporviddemålinger (toblokksv.)
  • Sprekklassifisering
  • Produsent
  • Betongkvalitet
  • Innlagt år
Tabell 3.4 Faktorer som innvirker på tresvillenes levetid
Vedlikeholdstiltak Hvilke faktorer som innvirker Datagrunnlag
Svillebytte Råte

Sprekker Skruehull holder ikke Nedgraving av underlagsplater

  • Trafikkdata 1)
  • Trasedata 2)
  • Sporkonstruksjon 3)
  • Sporviddemålinger
  • Tresort /svilletype
  • Innlagt år
  • Impregneringsmetode
Rehabilitering Skruehull holder ikke

Nedgraving av underlagsplater


1. I trafikkdata inngår følgende:

  • bruttotonnbelastning /år
  • trafikksammensetning (andel tunge aksler)

2. I trasedata inngår følgende:

  • kurveradius
  • overhøyde
  • hastighet

3. I sporkonstruksjon inngår følgende:

  • skinneprofil
  • svilletype og mellomlegg
  • svilleavstand
  • ballasttykkelse

5.3.2 Beslutningsstøttemodell

Figur 3.5: Flytskjema for beregning av levetider

Modellen beregner sporkomponentenes restlevetid. Restlevetid velges fordi dette gir grunnlag for direkte sammenligning mellom de enkelte komponenter. Restlevetiden er gitt gjennom ligning 3.5:

[math] {Basislevetid [bruttotonn] \over \sum Belastning [bruttotonn/år] \cdot (k_{1} \cdot k_{2} \cdot k_{3} \cdot k_{n})} [/math] (3.5)

k1,k2...kn er faktorer som beskriver hvordan komponentenes levetid påvirkes av forskjellige forhold i sporet som f.eks. svilleavstand, sporstandard, kurveradius etc.

Inndeling i elementer

Inndeling i elementer baseres på geometrien (kurver og rettlinjer). Dvs. at en kurve med overgangskurver blir et element. Elementene begrenses nedad til 25 m og oppad til 1000 m. Grensene er valgt med hensyn på kvalitetsbedømming av sporet og dets komponenter. Stasjonsområder utelukkes.

Ved forskjellige typer av overbygningskomponenter i et element velges den typen som det er “mest av” for hele elementet. (eks: dersom det i et 400 m. langt element med betongsviller finnes enkelte tresviller, betraktes hele elementet som å bestå av betongsviller)

Beregninger av faktorer (k1,k2...kn) er utført med programmet STAX som er utviklet av Banverket. Programmet bygger på Eisenmann/Zimmermanns teorier som er gjengitt i bl.a. boken Modern railway Track av Conrad Esveld.

Tabell 3.5 Faktorer for beregning av restlevetid
Betegnelse Størrelse Faktor
Skinneprofil UIC60 1,00
S54 1,10
S49 1,12
Høydefeil Meget bra 1,00
Bra 1,15
Dårlig 1,35
Svilleavstand 60 cm 1,00
62,5 cm 1,00
65 cm 1,00
Svilletype Betong 1,00
Bøk 1,00
Furu 1,17
Kurveradius < 300 m 1,82
300 - 500 m 1,29
500 – 1000 m 1,15
> 1000 m 1,00
Hastighet < 130 km/h 1,00
130 - 160 km/h 1,02
> 160 km/h 1,05
Rifler/bølger < 0,05 mm 1,00
0,06 - 0,1 mm 1,05
0,11 - 0,2 mm 1,10
Belastning 100 % tunge aksler 1,00
50 % tunge aksler 0,95
0 % tunge aksler 0,90

Resterende levetid for sporkomponenter

Beslutningsstøttemodellen gir resterende levetid for skinner, sviller og ballast for hvert enkelt element.

Tabell 3.6 Eksempel på beregning av restlevetid (Ofotbanen)
Betegnelse Størrelse Faktor
Skinneprofil S54 1,10
Svilletype Bøk 1,00
Høydefeil Bra spor 1,15
Kurveradius R = 300 1,82
Hastighet v = 50 km/h 1,00
Rifler/bølger bølger = 0,07mm 1,05
Belastning 100 % tungeaksler 1,00
Produkt av faktorer 2,42

Basislevetid settes til 450 Mbt og trafikkbelastning settes til 25 Mbt/år.

greier

Resterende tid før grenseverdier nås

Beslutningsstøttemodellen skal vise resterende tid før grenseverdier for vedlikeholdsinnsats er nådd (f. eks hvor lang tid kan vi vente med skinnesliping før grenseverdiene for rifler og bølger er nådd).


“Hva hender om” - analyser

Modellen skal kunne vise hvordan levetiden til komponentene endres ved forskjellige vedlikeholdstiltak. F.eks. skal modellen vise hvordan levetiden til skinnene påvirkes av skinnesliping. Man kan også tenke seg at modellen kan hjelpe til å beregne kostnader for å optimere vedlikeholdsinnsatsen i sporet.


Begrensninger i modellen

Modellen har følgende begrensninger:

  • en del faktorer mangler fordi datagrunnlag ikke er tilgjengelig
  • feilstatistikk er ikke med i modellen
  • bygger til dels på empiriske formler
  • Alle faktorer bygger på spenninger i skinnen / ballastspenninger. Skinnens levetid bestemmes her bare av spenninger i skinnefoten, (må ha med ett sett av faktorer der levetiden bestemmes av slitasje i tillegg)
  • Faktorene er statiske, tar ikke hensyn til endringer i andre faktorer. Dette vil i tilfelle gjøre modellen komplisert og uoversiktlig.
  • Faktorene tar i liten grad hensyn til dynamiske laster, bare kvasistatiske.

5.4 ECOTRACK

ECOTRACK (ECOnomical TRACK) er et beslutningsstøttesystem som er utviklet i regi av UIC gjennom prosjektet ERRI D187. Systemet tar kun for seg overbygningen, dvs. skinner, sviller og ballast. Sporveksler og underbygning inngår ikke i systemet. Programmet skal anvendes som hjelp til å beslutte ulike tiltak i overbygningen.

Inndata til programmet er informasjon om sporgeometri, slitasje, trafikk-belastning, utført vedlikehold og vedlikeholdsstrategi. Disse opplysningene behandles i fem ulike etapper ved å sammenholde informasjonen mot totalt 179 regler.

Etappe Prosess
1 Første diagnose
2 Detaljert diagnose
3 Sammenheng mellom ulike tiltak og arbeider
4 Optimalisering av ressurser
5 Total oversikt over nettet inkludert ”hva hender om”-analyse

I modellen finnes muligheter til å endre de grenseverdier og parametre som antas å gjelde. ECOTRACK benyttes i dag av en del sentraleuropeiske forvaltninger.

5.5 RCM

Figur 3.6: Sammenheng mellom alder og feilintensitet
Figur 3.7: Flytskjema for RCM
Figur 3.8: Risikovurdering vha. RCM

RCM står for Reliability-centered Maintenance og kan beskrives som en systematisk tilnærming til planlegging av forebyggende vedlikehold for å finne optimale metoder og intervaller.

Innenfor vedlikehold har synet på sammenhengen mellom alder og feilintensitet blitt langt mer nyansert de siste år. Mens ”badekarskurven” var dominerende i 60 –70-årene, er det i dag andre modeller som er dominerende, jf. figur 3.6.

RCM har sitt utgangspunkt fra flyindustrien i USA og ble første gang publisert i 1967 og er benyttet i praksis fra slutten av 70-tallet. BaneNOR benytter modellen som grunnlag for de generiske (tidsbestemte) rutinene.

Metodikken består i å bryte ned ulike feilmodi for ulike komponenter i sannsynlighet for og konsekvensen ved at feilen inntreffer. Produkter av sannsynlighet og konsekvens danner deretter et estimat for risikoen for feilmodusen. Vedlikeholdstiltak bli deretter utløst avhengig av størrelsen på den estimerte risikoen. I det følgende benyttes forkortelsene FV for forebyggende vedlikehold og KV for korrektivt vedlikehold.

Som hjelpemiddel til å vurdere konsekvens etableres en såkalt konsekvensmatrise. Et eksempel for Jernbaneverket er vist i tabell 3.7.

Tabell 3.7 Eksempel på konsekvensmatrise for Jernbaneverket
Parameter Ingen konsekvens Middels konsekvens Stor konsekvens
Sikkerhet Ingen personskade Mindre personskade Store person-skader eller død
Punktlighet Forsinkelse < 4 min. Forsinkelse > 4 min. Forsinkelse for flere tog
Følgekostnad KV < FV FV < KV < 5FV 5 FV < KV
Estetikk Oppfattes som velholdt/pent Oppfattes som lite skjemmende Stor negativ publisitet
Komfort Ingen eller små rystelser i tog Ikke problemer med å gå i tog Problemer med å gå i tog

Risikoen vurderes ved å studere produktet mellom konsekvens og sannsynlighet. Et eksempel på metodikk for risikovurdering er vist i figur 3.8.

Vi betrakter risikoen for en sporveksel mhp. sikkerhet. For sporvekselen er det estimeres at det er lite sannsynlig at det får stor konsekvens (verdi 10 i tabell), og det er lite sannsynlig at det får middels konsekvens (verdi 1 i tabell). Frekvensen for feil i sporvekslen settes til 1 feil pr. 5 år som tilsvarer MTBF = 5. Risikoen for sikkerhetsfeil blir dermed: Rs = (10 + 1)/5 = 2,2.

Ved å betrakte risikoen for en sporveksel mhp. punktlighet estimerer vi at det det er noe sannsynlig at det får stor konsekvens (verdi 10 i tabell), og det er noe sannsynlig at det får middels konsekvens (verdi 4 i tabell. Risikoen for punktlighetsfeil blir dermed: Rp = (10 + 4)/5 = 2,8.

Risikotallene i eksemplet er så store at det velges preventivt vedlikehold for sporvekselen.

6 Litteraturhenvisninger

1. TIFOIN – Systembeskrivelse, Banedivisjonens ledersamling (sept. 1993)

2. NBS-informasjon – Dokumentasjon for sporvedlikehold, NBS I 29 (1998)

3. RCM – Reliability-centered Maintenance, Forelesningsnotat til Teknisk seminar (1999)