Tehnologija usklađivanja elastične krutosti šina i šeme prilagođavanja pričvršćivanja za različite tipove šina
Koja su dva glavna mehanizma utjecaja krutosti elastične trake na efekat pričvršćivanja šine?
Prvi mehanizam utjecaja krutosti elastične trake na učinak pričvršćivanja šine je mehanizam za zadržavanje prednaprezanja. Krutost elastične trake određuje stopu slabljenja predopterećenja. Pod djelovanjem vibracijskog opterećenja vlaka, stopa slabljenja predopterećenja elastične trake umjerene krutosti je manja ili jednaka 5% godišnje, što može održavati stabilnu kompresiju na tračnici dugo vremena; stopa slabljenja prednaprezanja elastične trake sa nedovoljnom krutošću može doseći više od 15% godišnje, a olabavljenje šine će se dogoditi za kratko vrijeme. Drugi mehanizam uticaja je mehanizam apsorpcije energije vibracija. Kao elastični element, elastična traka treba da apsorbuje dio energije vibracija -šine kotača. Elastična traka prevelike krutosti ima slabu sposobnost elastične deformacije i ne može učinkovito apsorbirati energiju vibracija, što rezultira direktnim prijenosom vibracijskog opterećenja na spavača i ubrzanim oštećenjem spavača; elastična traka nedovoljne krutosti ima prekomjernu deformaciju, koja je sklona plastičnoj deformaciji i gubitku funkcije pričvršćivanja. Ova dva mehanizma su međusobno povezana. Zadržavanje prednaprezanja je temelj, a apsorpcija energije vibracija je garancija. Samo elastična traka čija krutost odgovara tračnici može istovremeno ostvariti ove dvije funkcije. Na primjer, elastična traka tipa Ⅲ prilagođena nacionalnoj standardnoj šini od 60 kg/m ima krutost kontroliranu na 60 kN/mm, koja ne samo da može održati stabilno prednaprezanje, već i efikasno apsorbirati energiju vibracija, s najboljim efektom pričvršćivanja.
Koji su metodi proračuna i ključni parametri koji utiču na krutost elastične trake?
Proračun krutosti elastične trake usvaja teoriju savijanja grede mehanike materijala. Formula za proračun jezgra je k=L33EI, gdje je k krutost elastične trake, E je modul elastičnosti materijala, I je moment inercije presjeka elastične trake, a L je efektivna dužina konzole elastične trake. Ključni parametri utjecaja uključuju tri aspekta: prvo, modul elastičnosti materijala. Modul elastičnosti opružnog čelika 60Si2CrVA koji se obično koristi za elastične trake je 206 GPa. Zamjena sa drugim materijalima direktno će promijeniti vrijednost krutosti; drugo, moment inercije presjeka, koji je usko povezan sa širinom presjeka i debljinom elastične trake. Za svaki 1mm povećanje debljine presjeka, moment inercije presjeka se povećava za oko 20%, a krutost se značajno povećava; treće, efektivna dužina konzole. Za svakih 5 mm smanjenja dužine konzole, krutost se povećava za oko 15%. Podešavanje dužine konzole je zgodan način za promjenu krutosti elastične trake. Prilikom proračuna potrebno je uzeti u obzir stvarno stanje naprezanja elastične trake, a teoretska proračunska vrijednost se koriguje softverom za simulaciju konačnih elemenata. Odstupanje između korigirane vrijednosti krutosti i izmjerene vrijednosti mora biti manje ili jednako 3%. Osim toga, proces toplinske obrade elastične trake također će utjecati na krutost. Modul elastičnosti elastične trake s nedovoljnim gašenjem je nizak, a krutost će biti oko 10% niža od projektne vrijednosti.
Koji su parametri dizajna krutosti i tačke optimizacije elastične trake prilagođene nacionalnoj standardnoj šini od 60 kg/m?
Elastična traka tipa Ⅲ je odabrana za nacionalnu standardnu šinu od 60 kg/m. Projektni parametri krutosti jezgre su vrijednost krutosti 60±5kN/mm i prednaprezanje 12-15kN. Ovi parametri mogu uravnotežiti dva zahtjeva zadržavanja prednaprezanja i apsorpcije energije vibracija. Prva tačka optimizacije je optimizacija veličine sekcije. Debljina presjeka radnog dijela elastične trake je projektovana na 10 mm, a širina 25 mm. Stabilnost krutosti se poboljšava povećanjem momenta inercije presjeka, izbjegavajući brzo smanjenje krutosti s povećanjem deformacije. Drugi je optimizacija performansi materijala. 60Usvojen je opružni čelik Si2CrVA, koji se tretira "kaljenjem + kaljenje na srednju temperaturu", s graničnom čvrstoćom elastičnosti većom ili jednakom 1600MPa, osiguravajući da elastična traka radi unutar raspona elastične deformacije bez plastične deformacije. Posljednja je optimizacija oblika konstrukcije. Radijus prijelaza luka elastične trake je povećan sa R3mm na R5mm kako bi se smanjio faktor koncentracije naprezanja i poboljšala otpornost elastične trake na zamor. Optimiziranu elastičnu traku potrebno je provjeriti testovima na klupi. Pod simuliranim uslovima pričvršćivanja od 60 kg/m šine, nakon 1 milion ciklusa vibracije, stopa slabljenja prednaprezanja je manja ili jednaka 3% i stopa promene krutosti manja ili jednaka 2%, što ispunjava uslove upotrebe.
Koje su diferencirane tačke dizajna krutosti elastične trake prilagođene stranoj standardnoj šini UIC60?
Različite tačke dizajna krutosti elastične trake prilagođene stranoj standardnoj šini UIC60 odražavaju se u tri aspekta: podešavanje vrijednosti krutosti, prilagođavanje strukturalnog oblika i usklađivanje instalacijskog interfejsa. Podešavanje vrijednosti krutosti je srž. Širina glave šine i veličina preseka šine UIC60 razlikuju se od onih kod nacionalne standardne šine od 60 kg/m, a predopterećenje potrebno za pričvršćivanje je veće. Stoga, krutost elastične trake treba povećati na 70±5kN/mm, a prednaprezanje se kontrolira na 15-18kN kako bi se osiguralo efektivno ograničenje pomaka šine. Što se tiče prilagođavanja strukturalnog oblika, veličina utora za ugradnju učvršćivača UIC60 šine razlikuje se od one kod nacionalne standardne šine. Duljinu konzole elastične trake potrebno je skratiti za 3 mm, a istovremeno se povećati krajnji kut savijanja elastične trake, tako da točka pritiska elastične trake točno odgovara položaju ramena šine UIC60 šine. U smislu usklađivanja instalacijskog interfejsa, potrebno je dodati izbočinu za pozicioniranje na dnu elastične trake kako bi sarađivala sa žljebom za pozicioniranje UIC60 pričvršćivača kako bi se spriječilo bočno pomicanje elastične trake tijekom vibracija. Osim toga, UIC60 šine se uglavnom koriste u evropskim{20}}brzim željezničkim prugama, koje imaju veće zahtjeve za performanse elastičnih traka na zamor. Stoga, elastični materijal trake treba koristiti čelik 60Si2CrVA više čistoće, sa sadržajem sumpora i fosfora kontroliranim ispod 0,008% kako bi se poboljšala otpornost na zamor.
Koje su metode provjere i standardi procjene za prilagodljivost između krutosti elastične trake i tipa šine?
Metode provjere prilagodljivosti između krutosti elastične trake i tipa šine podijeljene su u dvije kategorije: laboratorijska provjera na stolu i provjera na terenu. Laboratorijskim stolnim verifikacijom izrađuje se platforma za testiranje pričvršćivanja koja simulira tip šine, postavlja elastična traka na pričvrsni element odgovarajućeg tipa šine, primenjuje vibracijsko opterećenje rada voza sa frekvencijom 50Hz i amplitudom 1mm, i nastavlja vibracije 1 milion puta. Tokom testa, brzina slabljenja prednaprezanja, brzina promjene krutosti i oštećenja elastične trake od zamora se prate u realnom vremenu. Terenskom provjerom pruge se biraju tipični dijelovi pruge, postavljaju šine i elastične trake odgovarajućih tipova šina, tračnice i prati 6 mjeseci, te se evidentiraju bočni pomaci šina i oštećenja elastičnih traka. Standardi procjene uključuju tri ključna indikatora: prvo, stopu slabljenja prednaprezanja manju ili jednaku 5%/1 milion vibracija; drugo, stopa promjene krutosti manja ili jednaka 3%; treće, bočni pomak šine manji ili jednak 0,5 mm. Ako sva tri indikatora zadovoljavaju standarde, procjenjuje se da je elastična traka prilagođena tipu šine; ako bilo koji indikator ne zadovoljava standarde, potrebno je ponovo podesiti i provjeriti konstrukcijske parametre krutosti elastične trake. Na primjer, elastična traka prilagođena 75 kg/m teški-šini za vuču ima stopu slabljenja prednaprezanja od 3%, stopu promjene krutosti od 2% i bočni pomak šine od 0,3 mm nakon verifikacije, što zadovoljava standard procjene prilagodljivosti.