Radan laadun merkitys junan nopeuteen

Harri Turunen · 8 Lokakuu 2008

Silloin tällöin olen törmännyt tällä foorumilla viesteihin, joissa on mainittu radan laadun merkitys junan enimmäisnopeuteen. Kuinka yksioikoisesta asiasta mahtaa olla kysymys? Eikö junan ominaisuuksilla voida kompensoida puutteita radassa?

Ymmärtääkseni pääasiallinen nopeutta rajoittava tekijä on vauhdin tuoma lisäenergia, joka kohdistuu rataan sivuttaissuunnassa kaarteissa, minkä takia kaarteet täytyy vahvistaa ja kallistaa. Ilmeisesti kallistetut rakenteet ovat kalliimpia toteuttaa kuin vaakatasoon rakennetut. Mikäli olen tässä oikeassa, niin eikö näitä voimia voida pienentää ratkaisevasti tekemällä junista keveämpiä: käyttämällä kevyitä komposiittimateriaaleja, keveämpiä telejä ja pyöriä? Ymmärtääkseni myös junaa kallistamalla voidaan kaarteissa kiskoihin kohdistuvia voimia hillitä. Tosin ymmärtääkseni nykyiset kallistustekniikat on tarkoitettu suurille ajonopeuksille (>160 km/t).

Vai onko ratkaisevampi tekijä hitailla radoilla junan pyörien kolahdus kiskonvaihdon yhteydessä? Eikö kolahdusta voisi vaimentaa kehittämällä telejä siten, että kiskon vaihto suoritetaan pehmeästi? Vai vaihteleeko kiskojen etäisyys toisistaan enemmän vanhoilla radoilla ja aiheuttaa siten enemmän värinää ja tärinää? Jos näin, niin eikö näitäkin voisi vähentää vaikkapa tuomalla tietotekniikkaa teliin (eli lasersäde seuraa kiskon paikkaa ja servot säätävät pyöriä aavistuksen ennakkoon siten, ettei synny mekaanista rasitusta).

Harri Turunen · 9 Lokakuu 2008

Eilisen viestin kirjoitettuani lueskelin päivällä ilmestynyttä tuoretta Tekniikan Maailman numeroa 18. Siinä oli juttu erittäin nopeitten junien ja rataverkon tilanteesta eripuolilla maailmaa. Edelliseen viestiini liittyen sieltä selvisi että junien keveyteen on ainakin noissa erittäin nopeissa junissa kiinnitetty huomiota ja kallistuvan rungon eduistakin oli tarinaa. Arvoitukseksi kuitenkin vielä jäi missä määrin noita tekijöitä voitaisiin hyödyntää Suomen hitailla vanhoilla radoilla järkevästi.

Vesa Nurminen · 9 Lokakuu 2008

Harri Turunen sanoi:
Arvoitukseksi kuitenkin vielä jäi missä määrin noita tekijöitä voitaisiin hyödyntää Suomen hitailla vanhoilla radoilla järkevästi.

Kyllä kai sitä tekniikkaa tosiaan voidaan hyödyntää. Mutta oma kysymykseni kuuluu: Tulisiko kuitenkin halvemmaksi panostaa kerralla rataan, jolloin junien hankinnassa ja junakaluston ylläpidossa voidaan säästää?

Erilaisia teknisiä ratkaisuja pitäisi alkaa miettimään oikeastaan vasta siinä vaiheessa, kun suurten kaupunkien väliset radat on saatu siedettävään kuntoon. Näin ymmärtääkseni tehdään ympäri Eurooppaa ja Pohjois-Amerikkaa, että ensin panostetaan rataan ja sitten aloitetaan nykyisen junakaluston "tuunaaminen". Tästä opittuja niksejä ja käytetään sitten seuraavan junakaluston rakentamiseen. Taitaa olla uuden juna-ajan alku käsillä ellei jo meneillään.

Pari linkkiä vielä: Gröna Tåget ja Railteam, jotka nimenomaan ovat perustettu kehittämään parempaa luotijunaverkostoa olemassa olevilla resursseilla.

Ertsu · 9 Lokakuu 2008

Harri Turunen sanoi:
Jos näin, niin eikö näitäkin voisi vähentää vaikkapa tuomalla tietotekniikkaa teliin (eli lasersäde seuraa kiskon paikkaa ja servot säätävät pyöriä aavistuksen ennakkoon siten, ettei synny mekaanista rasitusta).

Äläppäs nyt viitsi enempää tuoda sitä tietotekniikkaa juniin, kun nykysysteemitkään ei toimi. Tuollaiset ylimääräiset lasersäteet menevät sumeaksi esim lumipyryssä ja taas juna pysähtyy sen takia. Eiköhän noissa Pendolinoissa ole ihan tarpeeksi tietotekniikkaa pysäyttämään ne kesken matkan milloin minkäkin vian vuoksi ?

Harri Turunen · 10 Lokakuu 2008

Ertsu sanoi:
Äläppäs nyt viitsi enempää tuoda sitä tietotekniikkaa juniin, kun nykysysteemitkään ei toimi. Tuollaiset ylimääräiset lasersäteet menevät sumeaksi esim lumipyryssä ja taas juna pysähtyy sen takia. Eiköhän noissa Pendolinoissa ole ihan tarpeeksi tietotekniikkaa pysäyttämään ne kesken matkan milloin minkäkin vian vuoksi ?

On sitä luotettavastikin toimivaa tietotekniikkaa olemassa ja kehitettävissä. Tuossa kun ajattelin tarkemmin laserin toimintaperiaatetta, niin kiskojen päälle jäänyt lumi ja jää muodostaa kyllä jonkinlaisen ongelman. Siitä tosin varmaan selvittäisiin sillä, että ohjausvaunun ensimmäiset pyörät irrottaisivat lumen ja jään, ja laserskannaus tehtäisiin vasta tämän jälkeen (joka vaunussa). Luulisi skannaavan lasersädeviuhkan saavan ihan riittävästi informaatiota lumihiutaleitten välistä, jos vain dataa tulkitseva softa on pätevä.

Jos edellinen on kuitenkin liian vaikeaa, niin voitaneen sitten käyttää muita sähkömagneettisen spektrin taajuuksia hyväksi.

Suomi on niin laaja ja harvaanasuttu maa, että koko rataverkon päivittäminen matkustajaliikenteen kannalta riittäviin nopeuksiin maksaisi enemmän kuin mihin poliitikot ovat valmiita. Meitä eteläisemmässä Euroopassa tilanne on luonnollisesti toinen. Norjalla taasen on öljymiljardinsa ja Ruotsi on kuitenkin väestömäärältään reilusti isompi ja vauraampi (vaikka sinällään suurin osa Ruotsia taitaa olla aika harvaan asuttua). Tämän takia ajattelin, että Suomella voisi olla erityistä intressiä paneutua tekniikan tarjoamiin mahdollisuuksiin.

Voisin hyvin kuvitella, että seuraavanlaiselle junalle olisi laajemminkin maailmalla kysyntää:
- sähkömoottorivaunut
- päissä ohjausvaunut
- läpikuljettavia vaunuja lisättävissä ja poistettavissa hyvin nopeasti
- puhtaasti erilaisia nestemäisiä polttoaineita polttava agregaatti sähköverkon ulkopuolella ajoon (vaikkapa ohjausvaunussa tai erillisessä matkustajavaunussa)
- monivirtajärjestelmä (tukisi vaikkapa kaikkia maailman rautateillä esiintyviä jännitteitä ja taajuuksia)
- akut lyhyisiin ajolankojen ulkopuolella tapahtuviin siirtymiin
- älykkäästi ja meillä olevia Pendoliinoja mukavammin kaarteissa kallistuvat vaunut
- ratakiskojen puutteet kompensoiva pyörien ja telien säätöautomatiikka (eliminoisi kirskunat ja kolkkeet pois); sivutuotteena voisi saada raidevälin skaalautuvuuden useimmille käytössä oleville raideleveyksille
- helposti ja nopeasti asennettava sisustusjärjestelmä (ilkivaltaa kestävine pinnoitteineen)
- isot ja siten sijoitellut ikkunat, että kunnollinen ikkunanäkymä voidaan tarjota mahdollisimman monelle matkustajalle
- kevyt mutta tukeva runkorakenne
- koko junan kattava optiseen kuituun pohjautuva tietoliikenneverkko, jonka yksi osa olisivat vaunukohtaiset WLAN-tukiasemat (toki päivitettävissä tuleviin uusiin ja nopeampiin versioihin)
- kaikin puolin erittäin luotettavasti yhteen toimivat järjestelmät

Vaikka tälläisen junan suunnittelu tulisikin selvästi kalliimmaksi, olisi näin joustava tuote helpommin myytävissä ja siten todennäköisesti päästäisiin pidempiin valmistussarjoihin.

Ertsu · 10 Lokakuu 2008

Kyllä nykyinen junakyyti on mielestäni riittävän tasaista ilman lisäelektroniikkaakin. Kannattaa ottaa huomioon, että ne lasersäteiden "emittoritkin" sumenevat lumipyryssä. Toisekseen kiskojen hitsaaminen on vähentänyt kolketta ja siloittanut kyytiä jo vuosikymmenet. Juniin ei tosiaankaan tarvita yhtään lisää elektroniikkaa, kun nykyisiäkään ei saada toimimaan.

Kolmanneksi minua ihmetyttää tämän palstan tavaton Helsinkikeskeisyys. Joukkoliikenteen matkustajia on myös Kehä-III:n pohjoispuolella, mutta tämän foorumin kirjoittajista 9 10:stä näyttää asuvan Helsingissä.

Jykke · 10 Lokakuu 2008

Ertsu sanoi:
Kolmanneksi minua ihmetyttää tämän palstan tavaton Helsinkikeskeisyys. Joukkoliikenteen matkustajia on myös Kehä-III:n pohjoispuolella, mutta tämän foorumin kirjoittajista 9 10:stä näyttää asuvan Helsingissä.

Eniten asukkaita :arrow: eniten joukkoliikenneharrastajia?

Ja onhan pääkaupunkiseudulla koko maan suurin ja monipuolisin joukkoliikenne ja jossa on myös tällä hetkellä useita liikennehankkeita toteutumassa ja suunnittelupöydillä, joten on varmaan aika luonnollista että niistä on paljon keskustelua nyt ja tulevaisuudessakin.

Harri Turunen · 10 Lokakuu 2008

Ertsu sanoi:
Kolmanneksi minua ihmetyttää tämän palstan tavaton Helsinkikeskeisyys. Joukkoliikenteen matkustajia on myös Kehä-III:n pohjoispuolella, mutta tämän foorumin kirjoittajista 9 10:stä näyttää asuvan Helsingissä.

Vaikka hesalainen olenkin, niin on tullut asuttua ja liikuttua muuallakin ja tässä ketjussa ajan nimenomaan kehäkolmosen ulkopuolisen Suomen junayhteyksien kehittämistä.

Siitä laserskannauksesta vielä: jos se ei sitten onnistu, niin röntgenillä pitäisi ainakin toimia kaikissa olosuhteissa (heikolla ja tarkasti suunnatulla keilalla ei pitäisi terveysongelmia tulla).

Ertsu · 10 Lokakuu 2008

Harri Turunen sanoi:
Vaikka hesalainen olenkin, niin on tullut asuttua ja liikuttua muuallakin ja tässä ketjussa ajan nimenomaan kehäkolmosen ulkopuolisen Suomen junayhteyksien kehittämistä.

Siitä laserskannauksesta vielä: jos se ei sitten onnistu, niin röntgenillä pitäisi ainakin toimia kaikissa olosuhteissa (heikolla ja tarkasti suunnatulla keilalla ei pitäisi terveysongelmia tulla).

Anteeksi vain, mutta en vieläkään täysin ymmärtänyt tuon skannerin tarvetta junissa. Oletko jonkun skannerifirman myyntitykki ?

Harri Turunen · 10 Lokakuu 2008

Ertsu sanoi:
Anteeksi vain, mutta en vieläkään täysin ymmärtänyt tuon skannerin tarvetta junissa. Oletko jonkun skannerifirman myyntitykki ?

Pohjimmiltaan kysymykseni on juuri tuo, että tarvitaanko sitä. Pointti siis on, että arvelen maaseudun hitaitten ratojen kiskojen etäisyyden toisistaan vaihtelevan ja aiheuttavan tärinää junan rakenteissa ja sen, ettei niillä voida kulkea riittävän nopeasti jotta junat olisivat kilpailukykyisiä autoja vastaan. Jos olen tässä oikeassa, niin juniin voisi kehittää tekniikkaa jolla pyörien etäisyyttä toisistaan säädetään reaaliaikaisesti kiskojen etäisyyden vaihtelun mukaan. Jotta tämä voidaan tehdä, tarvitaan tieto tuosta kiskojen tarkasta sijainnista. Siihen skanneri voisi olla yksi varteenotettava vaihtoehto.

Varsinaisesti en aja mitään teknistä ratkaisua tällä, vaan olen kiinnostunut tietämään enemmän. Tiedon pohjalta voisi sitten jotain ideoidakin ja niitä yrittää jollekin kaupata...

Ertsu · 10 Lokakuu 2008

Harri Turunen sanoi:
Pohjimmiltaan kysymykseni on juuri tuo, että tarvitaanko sitä. Pointti siis on, että arvelen maaseudun hitaitten ratojen kiskojen etäisyyden toisistaan vaihtelevan ja aiheuttavan tärinää junan rakenteissa ja sen, ettei niillä voida kulkea riittävän nopeasti jotta junat olisivat kilpailukykyisiä autoja vastaan. Jos olen tässä oikeassa, niin juniin voisi kehittää tekniikkaa jolla pyörien etäisyyttä toisistaan säädetään reaaliaikaisesti kiskojen etäisyyden vaihtelun mukaan. Jotta tämä voidaan tehdä, tarvitaan tieto tuosta kiskojen tarkasta sijainnista. Siihen skanneri voisi olla yksi varteenotettava vaihtoehto.

Varsinaisesti en aja mitään teknistä ratkaisua tällä, vaan olen kiinnostunut tietämään enemmän. Tiedon pohjalta voisi sitten jotain ideoidakin ja niitä yrittää jollekin kaupata...

Kas tässä vähän osviittaa: http://papunet.net/selko/selkouutiset/juttuarkisto/ulkomaat/maailman-nopein-juna-ranskassa.html

Tottakai suuri nopeus edellyttää radaltakin aivan muuta kuin pieni nopeus. Jutussa ei kuitenkaan kerrota, minkälaisia kaikenmaailman skannereita junassa tarvitaan.

Sieltähän sitä oppia kannattaa hakea, missä on kokemusta. Lisätietoa saat Googlesta hakusanalla "TGV", Train de Grand Vitesse.

Ahaa. Oletkin siis harrastajakeksijä. Ymmärsinkö oikein ? Miten keksintöä kaupitellaan ?
Olen nimittäin yrittänyt kaupitella tätä jo n. 5 vuotta: http://kotisivu.lumonetti.fi/eerait/1,5deckerbus.JPG

Tuloksetta. (Off topic)

Antero Alku · 12 Lokakuu 2008

Harri Turusen alkuperäiseen kysymykseen vastauksena:

Junan kulku raiteella perustuu pyörien kartiomaiseen kulkukehään. Pyöräkerta on periaatteessa samalla akselilla olevat 2 kartiota, jotka suippenevat ulospäin. Tästä syntyy mekanismi, joka ohjaa pyöräkertaa asettumaan raiteen suuntaan.

Kun asia on periaatteessa näin, raideleveyden tarkkuus ei ole määräävä tekijä sille, miten pyöräkerta kulkee. Siten ei ole tarpeen säätää pyörien etäisyyttä akselilla. Käytännössä pyörän profiili muodostuu laipan nurkan pyöristyksestä ja kahdesta eri jyrkkyisestä kartiosta. Kun näillä on tietenkin keskinäinen etäisyys toisitaan, pyöräkerta toimii halutulla tavalla vain tietyn raideleveyden muutoksen puitteissa.

Suomen ja Venäjän raideleveydet eroavat nykyään 4 mm. Tämä ero on johtanut siihen, että venäläiselle kalustolle ei sallita yhtä suuria nopeuksia kuin suomalaiselle. Ja Sibelius-junan pyöräkerrat on sorvattu erilaisiksi kuin muiden suomalaisten vaunujen. Ja tulevaan nopeaan junaan tultaneen pohtimaan pyöräprofiilia sen mukaan, missä ja millä nopeudella halutaan ajaa.

Rata ja kalusto yhdessä määräävät nopeuden. Kalusto voidaan suunnitella antamaan anteeksi radan virheitä. Tästä on syntynyt aikanaan telivaunu. Mutta suurilla nopeuksilla tulevat radassa merkittäviksi radan jäykkyys ja kallistukset.

Suora rata ei ole ongelma, mutta kaarteet ja niiden kallistukset on mitoitettava halutun nopeusalueen mukaan. Lahden oikoradan ratapenger eli radan peruslinjaus on tehty korkeammalle nopeudelle kuin lopullinen raiteen linjaus eli kallistukset kaarteissa. Liika kallistus johtaisi siihen, että hitaasti ajava juna painaisi sisäpuolen kiskoa vasten. Se rasittaa raidetta ja kulutta sekä pyöräkertoja että kiskoa.

Radat tehdään nykyään hitsatuin kiskoliitoksin, joten kolahtelua ei enää ole. Suomessa on yhä hitsaamatonta rataa, mutta sellaisella ei ole kovin suurta nopeustasoa. Hitsaus on tullut mahdolliseksi ja edellyttänyt raiteen lujempaa tuentaa päällirakenteeseen. Tuennan kun on otettava vastaa kiskon lämpötilan vaihtelusta aiheutuvat voimat. Kesällä kiskossa on puristusjäänitys ja talvella vetojännitys. Jos tuenta pettää, syntyy esim. ”hellekäyrä”.

Antero

TEP70 · 12 Lokakuu 2008

Antero Alku sanoi:
Suomen ja Venäjän raideleveydet eroavat nykyään 4 mm. Tämä ero on johtanut siihen, että venäläiselle kalustolle ei sallita yhtä suuria nopeuksia kuin suomalaiselle.

Kyllähän Repinillä kokeiltiin 140 km/h nopeutta muutama vuosi sitten. Syy siihen, miksi nopeutta ei otettu käyttöön, löytyy käsittääkseni jarruista eikä raideleveydestä. Junan jarrutuskyky ei riittänyt 140 km/h:n nopeudelle. Venäjän puolella samoilla vaunuilla voi ajaa lujempaa, mutta tämän mahdollistaa erilainen JKV.

339-DF · 13 Lokakuu 2008

Ertsu sanoi:
Joukkoliikenteen matkustajia on myös Kehä-III:n pohjoispuolella, mutta tämän foorumin kirjoittajista 9 10:stä näyttää asuvan Helsingissä.

Johtuu varmaan siitä, että 9 10:sta joukkoliikenteen käyttäjästä asuu Helsingissä tai PK-seudulla

Jouni Seilonen · 13 Lokakuu 2008

RHK:n Verkkoselostuksen 2009 mukaan hitaimmat C2-luokan radat ovat Pännäinen-Pietarsaari 60 km/h, Tuomioja-Raahe 80 km/h, Kontiomäki-Vartius 80 km/h ja Huutokoski-Savonlinna 80 km/h. Muut C2-luokan radat ovat nopeusrajoitukseltaan 100-160 km/h. Nämä kaikki ovat siis matkustajajunien nopeusrajoituksia. Miksi uudella radalla Huutokoskelta Savonlinnaan on näin alhainen nopeusrajoitus? Kun 22,5t tavarajunilla voi ajaa 80 km/h nopeutta, niin luulisi, että keveällä moottorijunalla voisi ajaa lujempaa.