Vaihteiden kehitystyö

Suomen rataverkon vaihderakenteissa on havaittu vuosien varrella useita erilaisia
turvallisuuteen, vaihteen jäykkyyteen ja toimilaitteiden toimintaan liittyviä ongelmia, joihin on pyritty löytämään ratkaisuja. Yhteistyössä vaihdetoimittajien kanssa on aikaisemmin kehitetty ja otettu käyttöön uudet elastiset vaihteet, jotka pyrkivät korjaamaan useita havaittuja ongelmia. Kokemukset uusista elastisista vaihteista ovat olleet pääasiassa hyviä, vaikka lukuisia ongelmiakin on ilmennyt. Lisäksi raideliikenteen kehittyminen luo painetta akselipainojen ja nopeuksien kasvattamiselle vaihteissa.

Näiden havaittujen ongelmien ja tehtyjen toimien pohjalta tämän tutkimuksen pääasiallisena tavoitteena on selvittää, mihin asioihin uusien elastisten vaihteiden mahdollinen suurempi sallittu ajonopeus ja akselipaino vaikuttaisivat kriittisimmin ja mitä asioita suunnittelussa tulisi ottaa huomioon, jos nopeutta vaihteissa nostetaan tasolle 250 km/h. Suurnopeusvaihteiden kehityksen rinnalla selvitetään myös pohjainten vaikutuksia raidegeometrian pysyvyyteen pitkällä aikajänteellä sekä kiskon voitelun hyötyjä kiskon sivukulumisen ja melun vähentämiseksi vaihteen poikkeavalla reitillä. Lisäksi raportissa käydään läpi sitä, miten nykyisten vaihteiden toimilaitteiden kunnossapitoa ja säätöarvoja pitäisi kehittää perusteettomien aukiajojen vähentämiseksi.

Työ sisältää kirjallisuusselvityksen suurnopeusvaihderakenteiden erityispiirteistä,
muissa maissa käytetyistä komponenttiratkaisuista sekä voimassa olevasta lainsäädännöstä, määräyksistä ja ohjeista Suomessa ja EU:n tasolla. Lisäksi työssä määritetään laskennallisesti, kuinka suuria kuormituksia vaihteen eri rakennekerroksiin tulisi kohdistumaan näillä suunnitelluilla suurilla nopeuksilla. Pohjaimien vaikutuksia raidegeometrian pysyvyyteen sekä voitelun vaikutuksia kiskojen kulumiseen ja meluun on määritetty kenttämittauksin Kehäradalla sekä Oulussa.

Kirjallisuusselvitys ja tehdyt kuormituslaskelmat osoittavat, että Suomen nykyinen elastinen vaihderakenne tulisi kestämään suuremmistakin nopeuksista aiheutuvat kuormitukset, kunhan vaihteissa käytetään kääntyväkärkistä risteystä, joka pienentää dynaamisia iskukuormituksia risteysalueella. Lisäksi suurnopeusvaihteet tulisi rakentaa aina riittävän etäälle toisistaan, jotta niitä voidaan tukea ja kunnossapitää yksittäin.

Kehäradalta saadut tulokset pohjaimien vaikutuksista paljastaa, että pohjaimelliset vaihteet säilyttävät geometriansa radantarkastustulosten valossa pitkällä aikajänteellä hieman paremmin kuin pohjaimettomat vaihteet. Tästä syystä on tärkeää keskittää erityistä huomiota vaihteen ensimmäiseen tuentaan, jolla saavutettu hyvä geometria säilyy pohjaimellisessa vaihteessa hyvin pitkään.

Perusteettomille aukiajoilmaisuille löydettiin todennäköinen syy vaihteen liian väljistä ja valvonnan kannalta epäkeskeisistä säätöarvoista. Havainnon perusteella vaihteenkääntölaitteiden säätöarvoja ehdotetaan muutettavaksi siten, että nykyistä lumiväliä pienennetään 1 mm. Tämän muutoksen seurauksena kosketintankojen valvontarullat tulevat lähemmäksi valvontaloven keskiosaa ja rulla ei pääse nousemaan pois lovesta merkityksettömän pienellä liikkeellä.

Oulun Nokelassa tehdyt vaihteen kielen poikkiprofiilin mittaukset osoittivat, että
kielen voimakas sivukuluminen voi todennäköisesti johtua itseasiassa liian suuresta pystykulumisesta, joka johtaa käytännössä olemattomaan ohjautumiseen. Tämän havainnon pohjalta suositellaankin, että sekä tukikisko että kielikisko vaihdettaisiin aina samalla kertaa, jotta kielialueen ohjautuminen pysyisi riittävällä tasolla.