Gleisstopfen: Modellierung der Stopfpickel-Schotterbett-Interaktion

Abstract

Der Zustand des Gleisschotterbetts ist einer der wichtigsten Faktoren für den sicheren und ökonomischen Betrieb von Gleisanlagen. Um den idealen Zeitpunkt für die Schotterreinigung oder die Erneuerung des Schotters zu finden bzw. auch um die Gebrauchstauglichkeit und Leistung über den gesamten Lebenszyklus zu erhöhen, ist die Kenntnis über den Schotterzustand bzw. über die Abnutzung des Schotters von größter Wichtigkeit. Das Gleisstopfen als zentraler Prozess der leisinstandhaltungsarbeiten beeinflusst die Instandhaltungsintervalle maßgeblich und ist notwendig für die Wiederherstellung der korrekten Gleislage. Während des Stopfvorgangs bilden die Stopfpickel ein dynamisches Interaktionssystem mit dem Gleisschotter. Die translatorische Beistellbewegung wird durch die dynamische Anregung der Pickel überlagert, um den Gleisschotter unterhalb der Schwellen bestmöglich zu verdichten. Die genannte Interaktion wurde an verschiedenen Standorten in Österreich messtechnisch erfasst und dient als Grundlage für einen Vergleich mit den Ergebnissen eines neu entwickelten, semi-analytischen mechanischen Modells. Schlussfolgerungen bzgl. des unterschiedlichen Verhaltens und Widerstands gegen weitere Verdichtung von abgenutztem und neuem Schotter werden getroffen und im vorliegenden Beitrag diskutiert.

Condition of the ballast bed is one of the most important parameters for safe and economical operation of railway systems. In order to define the optimum time for ballast bed cleaning or renewal as well as to improve ballast serviceability and track life cycle performance, better knowledge of the ballast bed condition, i.e. definition of the degree of ballast fouling is of crucial importance. As a core maintenance activity in ballasted track, the tamping process influences the economical service life of the track to a great extent and is essential in restoring the track geometry for safe train operations. During the tamping process, the tamping tines interact with the ballast matrix, transferring the displacement caused by the dynamic excitation overlapped with the extension in the hydraulic cylinder to the ballast, compacting it under the sleeper. This interaction is observed and measured in-situ in several locations in Austria. Serving as a mean of comparison and confirmation with the conducted in-situ measurements, a semi-analytical model of the tamping unit - ballast matrix interaction has been developed. Conclusions regarding the differences in response and resistance to compaction of both new and fouled ballast material are made and presented in this paper.