Målemetoden som Sweco har utviklet, skal finne ruheten på overflaten av skinnene. På platen er det montert en mikrofon. (Bilde: Sweco/Banedanmark)

Sweco Acoustica måler støy på jernbaneskinner

Ny metode: Har lyttet seg gjennom landets jernbaneskinner for å avsløre støy og slitasje

Slik jobber Banedanmark.

  • Samferdsel

Det er mulig å lytte seg fram til feil. I hvert fall på togskinner. Derfor har man i Danmark lyttet seg gjennom landets jernbaneskinner for å forhindre brudd og støy.

Forsinkede tog og støy fra skinnene er to av de største irritasjonsmomentene ved trafikken på skinner. Og forklaringen er ofte enkel: Skinnene er for ru. Derfor har Banedanmark lenge hatt et ønske om å registrere ruheten på skinnene til jernbanenettet for å kunne kartlegge og bekjempe nabostøyen.

Nå har Swecos akustikk-avdeling Acoustica utviklet en metode som kan måle den ruheten som kan være et tegn på at skinnene er i ferd med å brytes ned.

– Når vi kan komme oss ut og utbedre feilen tidligere og raskere, får vi bedre regularitet og mindre støy, sier miljømedarbeider Lisette Mortensen hos Banedanmark.

Banedanmark bruker allerede målingsmetoder som ultralyd, virvelstrøm og lasersensorer for å finne feil i skinnene. Disse metodene har begrensninger i forhold til måleområdene deres i skinnen, samt måleusikkerheter.

Dagens metoder

  • Banedanmark benytter allerede noen metoder for å finne feil på skinner, blant annet ultralyd, virvelstrøm og lasersensorer.
  • Ultralyd kan imidlertid ikke måle helt oppe ved overflaten, og metoden kan dermed ikke brukes for å finne feil på et tidlig stadium.
  • Virvelstrøm kan måle overflaten, men metoden dekker ikke hele skinnehodet, og er forbundet med måleusikkerhet.
  • Lasersensorer kan bare måle en bestemt type feil.
  • De nye støymålingene skal fungere et supplement til de eksisterende måleteknologiene.

Kilde: Sporingeniør hos Banedanmark, Carsten Jørn Rasmussen

Den nye målemetode skal fungere som et supplerende verktøy for å lokalisere spesielt små feil på overflaten av skinnene, og dermed gi Banedanmark mulighet for å slipe eller frese dem vekk før feilen utvikler seg til et større og dyrere problem.

Testvognen

Målemetoden som Sweco har utviklet, er en videreutvikling av et forskningsarbeid som den nederlandske organisasjonen TNO utførte for EU fram til 2003. Videreutviklingen har ført til en metode som ved hjelp av støymålinger gjør det mulig å kartlegge ruheten på Banedanmarks skinner landet rundt.

På en plate under testvognen – en såkalt «pocket-vogn» – er det montert en mikrofon som fanger opp støyen som forårsakes av den totale ruheten på hjul og skinner. Hjulets bidrag til støyen er ikke relevant for Banedanmark, så Sweco bruker nydreiede, glatte hjul på vognen for å isolere støyen fra skinnene.

Pocket-vognen har en samlet lengde på 30 meter, og er en toleddet godsvogn med tre boggier. Mikrofonen monteres på den midterste av de tre boggiene, og der måler den støyen. De nærmeste akslene er i god stand, slik at de ikke påvirker lyden, mens skivebremsene til testvognen sikrer at hjulene holder seg i god stand under målingene.

Men det er ikke nok bare å måle støyen, siden resultatene i et gitt tilfelle er altfor avhengige av farten testvognen kjører i. Innflytelsen fra togets hastighet forsvinner når støyen konverteres til skinneruhet. Så lenge togets fart ligger i intervallet 50 – 120 kilometer i timen, kan målingene gjennomføres med tilstrekkelig nøyaktighet til en måling og kartlegging av skinneruheten.

På testvognen er det montert en mikrofon på en plate. Mikrofonen fanger opp den samlede støyen fra hjulet og skinnen.
På testvognen er det montert en mikrofon på en plate. Mikrofonen fanger opp den samlede støyen fra hjulet og skinnen. Foto: Sweco
Spesialutgave av vogntypen Sggmrs(s)90, her sett i Padborg. Den toleddede godsvognen med tre boggier har fått påmontert skivebremser, slik at den kan brukes som testvogn for den nye målemetoden.
Spesialutgave av vogntypen Sggmrs(s)90, her sett i Padborg. Den toleddede godsvognen med tre boggier har fått påmontert skivebremser, slik at den kan brukes som testvogn for den nye målemetoden. Foto: Sweco

Kalibrering av systemet

Før man kan omsette støysignalet til skinneruhet, må systemet kalibreres. Til dette har Sweco brukt utvalgte tverrsnitt, der skinneruheten måles med et akselerometer under skinnen. Testvognen måler støyen når den passerer akselerometeret, samtidig med at en måletekniker måler ruheten. De samtidige målingene bestemmer overføringsfunksjonen fra ruhet til støy – og dermed også omvendt fra den målte støyen til skinneruheten. Det fastslår sammenhengen mellom ruheten og støyen.

– Ved hjelp av akselerometeret på skinnen får vi ruheten i de utvalgte tverrsnittene. Når vi kombinerer det med det støysignalet som mikrofonen til testvognen måler når den passerer tverrsnittene, kan vi beregne overføringsfunksjonen fra ruhet til støy. Vi er nødt til å måle en rekke forskjellige tverrsnitt for å se hvor mye de skiller seg fra hverandre, sier prosjektleder Stig Junge hos Sweco.

De forskjellige tverrsnittene velges ut blant tre forskjellige sportyper, som til sammen dekker det meste av nettet til Banedanmark. Overføringsfunksjonen mellom ruhet og støy varierer i de tre ulike sportypene, men ifølge Stig Junge er ikke variasjonen større enn at man kan bruke én generell overføringsfunksjon til hele spornettet. Den generelle overføringsfunksjonen er middelverdien fra alle tverrsnittene fra de tre forskjellige sportypene, og den kan brukes for å lokalisere feil på spornettet over hele Danmark.

– Vi fant ut av at det var så sammenlignbart at man greit kunne overføre det til hele spornettet. Med det på plass har vi reist landet rundt for å gjøre den første kartleggingen, sier Stig Junge.

Overblikk over hele spornettet

Banedanmark bruker metoden for å gjennomføre en kartlegging av jernbanenettet i hele landet. Tanken med kartet var i første omgang å lokalisere og få oversikt over de primære kildene til nabostøy, og dokumentere effekten av støybekjempelsen.

– Jo mere vi kan få digitalisert slike målemetoder, desto bedre. Disse resultatene blir lagt inn i spordatasystemet vårt, og så kan vi gå inn og for eksempel finne sammenhenger omkring skinnene som vi bruker, eller de sporskifterne som vi har. Vi får muligheten til å se noen tendenser for hva som gir feil på sporene og større utbredelse av støy, sier Lisette Mortensen.

I løpet av de neste 14 dagene ligger de nye dataene i Banedanmarks databasesystem, IRISSYS, som lagrer målinger og observasjoner om alle spor. Etter det starter bedriften å jobbe med resultatene fra kartleggingen av ruheten.

Eksempel på skinneruhet
Eksempel på skinneruhet Foto: Banedanmark

Neste kartlegging er planlagt til april 2018, og etter den kan Banedanmark begynne å sammenligne kartleggingene. Fokuset deres vil spesielt være på dokumentasjon av støy og tiltak for vedlikehold, så som sliping eller fresing av skinner med feil.

«Mest miljø for pengene»

Senere i år vil miljøteamet undersøke de eksisterende resultatene og begynne å planlegge tiltak som reduserer støy i prioriterte områder. Med bedriftens egne ord er dette i de områdene hvor de får «mest miljø for pengene».

– Ved hjelp av den nye metoden kan vi gå inn og fange opp støyutbredelsene. Deretter ser vi på om det ligger i et tettbygd område eller ute på landet. Hvis feilen ligger i et tettbygd område, kan vi dra ut og utbedre den. Dermed hjelper vi et større antall mennesker. Det gir mye mer støyreduksjon for pengene. Vi kan altså prioritere innsatsen vår langt, langt bedre enn når vi ikke har et kart over støyutbredelsene, sier Lisette Mortensen.

Sporingeniøren hos Banedanmark er optimistisk, og tror at målemetoden kan utnyttes som et forebyggende redskap.

– Det virker veldig lovende, og jeg håper at vi kan bruke det som et veldig godt og supplerende verktøy for å finne feil i skinnene på et tidligere stadium, sier Carsten Jørn Rasmussen.

Saken er tidligere publisert på Ing.dk

Kommentarer (0)

Kommentarer (0)