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Schienenprofil-Verschleiss im Vergleich zur Simulation, Weinberg-Leonhardstrasse
VBZ stellte mehrjährige Schienenprofil-Verschleissdaten für eine enge Zürcher Kurve zur Verfügung. Trailas eigene Simulation bildete dasselbe Muster ab, Kurvenabschnitt für Kurvenabschnitt.
Fragestellung
Konnte eine Fahrzeugdynamik-Simulation dasselbe Verschleissmuster finden, das ein Betreiber über Jahre am Gleis gemessen hatte?
VBZ stellte eine Datenbank mit Schienenprofil-Verschleissmessungen für den Abschnitt Weinberg-Leonhardstrasse zur Verfügung, Central bis ETH: jährliche Messungen von 2022 bis 2025, horizontaler und vertikaler Verschleiss in Millimetern, auf beiden Schienen.
Der Abschnitt wird von T2000- und Cobra-Trams befahren und umfasst zwei sehr enge Kurven, beide unter 20 m Radius, auf starkem Gefälle.
Für sich genommen liessen drei Jahre jährlicher Daten kaum erkennen, wo sich der Verschleiss konzentrierte. Ein aus den eigenen Zahlen von VBZ erstelltes kumulatives Verschleissdiagramm machte die Abschnitte A, B und C vergleichbar.
Was wir getan haben
Verwendete die eigene Schienenprofil-Verschleisserhebung von VBZ für den Abschnitt Weinberg-Leonhardstrasse: jährliche Messungen, horizontal und vertikal, linke und rechte Schiene
Modellierte denselben Gleisabschnitt in Simpack, mit den Fahrzeugmodellen von T2000 und Cobra, die ihn befahren
Führte eine Fahrzeugdynamik-Simulation des Abschnitts durch und leitete daraus eine Verschleissanalyse ab
Führte die Simulation für jedes Tram-Modell bei 6 km/h und 12 km/h durch, bei konstant gehaltenem Reibwert am Rad-Schiene-Kontakt
Kombinierte die Verschleisskennzahlen beider Trams im ungefähren Verhältnis, in dem sie die Strecke tatsächlich teilen: etwa vier Cobra-Fahrten pro T2000
Was wir gemessen haben
Das vom Betreiber selbst gemessene Verschleissmuster über den Abschnitt, Abschnitte A, B und C
Trailas simuliertes Verschleissmuster für denselben Abschnitt, dieselben Abschnitte, dieselben Tram-Modelle
Wie gut das simulierte Muster den eigenen Vereinfachungen der Simulation standhielt: nominale, unverschlissene Rad- und Schienenprofile, ein konstanter Reibwert, konstante Geschwindigkeit, und ohne modellierten Antrieb oder Bremsung
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Deutlicher, systematischer Verschleiss in den Abschnitten A und B, und weniger Verschleiss in der ersten scharfen Kurve, Abschnitt C, bestätigt durch die eigenen Daten von VBZ.
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Die Simulation stimmte trotz der Vereinfachungen mit dem gemessenen Muster überein.
Kurvenkarte des Testabschnitts Weinberg-Leonhardstrasse. - 03
Die engste Kurve des Abschnitts, Radius etwa 18 m, zeigte den stärksten Verschleiss, eine nahegelegene 19 m Kurve zeigte keinen nennenswerten Verschleiss.
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Der Vergleich zeigt, dass sich das Verschleissprofil eines Netzes durch numerische Simulation quantifizieren lässt, und dass sich die Kurven markieren lassen, die für die Instandhaltungsplanung oder das Reibungsmanagement am meisten Aufmerksamkeit brauchen.
Den Verschleiss managen
Vier Wege, den Rad-Schiene-Verschleiss zu managen, und wo jeder an seine Grenzen stösst.
Eine höhere Schienenhärte verringert die plastische Verformung und senkt das Risiko, dass Rollkontaktermüdungsrisse entstehen und sich ausbreiten.
Die Optimierung von Rad- und Schienenprofil reduziert mehrfache Kontaktpunkte am Spurkranz und an der Spurkranzrückseite und glättet den Übergang der Kontaktfläche durch Kurven.
Streckenseitige Schmierung schützt einzelne Kurven, aber die Abdeckung eines ganzen Netzes erfordert umfangreiche Infrastrukturarbeiten, und ungleichmässige lokale Reibung kann Polygonisierung oder Riffelbildung auslösen.
Die fahrzeugseitige Schmierung steuert den Reibwert an den Rädern kontinuierlich, über das gesamte Netz, ohne jede Änderung an der Infrastruktur.
Die fahrzeugseitige Schmierung steuert den Reibwert an den Rädern kontinuierlich, über das gesamte Netz, ohne dass sich an der Infrastruktur etwas ändern muss.