Posts Tagged ‘Kurvradie’

Kurvradier och räls, en längre utläggning

27/08/2009

När vanliga tåg kör i en kurva uppstår diverse problem. Ett av dem är att ytterhjulen måste rulla lägre än innerhjulen.

ytterhjulen går längre väg än innerhjulen

ytterhjulen går längre väg än innerhjulen

På till exempel bilar löser man det genom att ha differentialer för att hantera olika hastigheter på hjulen men på tågen går det inte så hjulen sitter ihop på samma axel. Till viss del så kan man hantera det att hjulen är aningen koniska så att diametrarna på hjulen blir olika och därmed kan varvtalet för ytterhjulen och innerhjulen bli samma. Dock finns det en begränsning i hur koniska hjulen kan vara. Med boggier (där fyra eller fler hjul sitter ihop) blir det ännu värre då axelparen sitter parallella men rälsen är aningen böjd. Enligt Wikipedia så kan man nyttja så kallade mjuka boggier där gummibussningar gör att axlarna kan röra sig i förhållande till varandra och kan ge 15% högre hastighet på samma räls.

Lutande hjul

Lutande hjul

När man ökar hastigheten så får man mer problem. Dels trycks tåget utåt i kurvan av centrifugalkraften vilket ger ovälkomna krafter på passagerarna och dels så trycks ytterhjulen mot rälsen. Till viss del kan man kompensera det genom att luta mer på rälsen (så kallad rälsförhöjning eller cant) men man får problem med att tåget kan ramla inåt om tåget måste stanna i en kurva, och rälsen måste dimensioneras för de tåg som har högst tyngdpunkt; vilket brukar vara dubbeldäckare och godståg. Vidare riskerar tåget att välta utåt i kurvan om man kör allt för snabbt. Vissa marginaler för att hantera sidovindar, icke centrerad last, fjädring som trycks ihop och liknande krävs också.

Då tågets vikt skall överföras till rälsen på en extremt liten yta så får man ett väldigt stort tryck. Vibrationer, som ökar med hastigheten, får banan att sätta sig och bli ojämn vilket har gjort att på höghastighetsbanor i Tyskland så gör man numera banan helgjuten i betong istället för ballast i form av sten som är det vanliga i Sverige enligt denna pdf, sidan sex.

När tåghjulen trycks i sidled mot rälsen så ökar slitaget på rälsen rejält. En ojämn räls är ett stort problem för vanliga tåg och ett mycket större problem för höghastighetståg. I Japan har man så har man så stora problem med bland annat rälsslitage att tågföretaget JR Central tänker privat finansiera en ca 340km lång magnettågsbana mellan Tokyo och Osaka för en kostnad på runt 390 miljarder kronor. Då banan till 80% kommer gå i tunnel och tekniken är radikalt annorlunda mot den Transrapid använder på banan i Shanghai så bör inga förhastade slutsatser om byggkostnader för Sverige dras.

Enklaste sättet att undvika dessa problem är göra rälsen väldigt rak, vilket är en av anledningarna till att Banverket vill bygga med sju kilometers kurvradie, men då blir anläggningskostnaden mycket hög, på grund av många tunnlar och broar, och ingreppen i landskapet blir stora.

Då Maglev saknar fysisk kontakt med banan så har man inga av dessa problem. Tåget omsluter banan på tre sidor så den kan helt enkelt inte ramla utåt eller innåt i en kurva och därmed kan man luta själva banan mer och därmed kunna ha mindre kurvradier. Vibrationerna blir mycket, mycket mindre då tyngden från tåget fördelas på hela banan vilket ger ett väldigt lågt tryck och dessutom så är själva banan stötdämpande

I Shanghai har de designat banan så att de slipper för stora sidoaccelerationer (vilket jag personligen kan gå i god för då jag har åkt banan flera gånger och inte på något sätt känt av några obehagliga sidoaccelerationer).

Hastighetsprofil Shanghai

Hastighetsprofil Shanghai