Performanse zamora i faktori vijeka trajanja elastičnih šinskih obujmica
Kako hemijski sastav 60Si2MnA čelika, koji se obično koristi za šinske obujmice, utiče na performanse obujmica pri zamoru?
Među hemijskim komponentama čelika 60Si2MnA, tri elementa-silicijum, mangan i ugljenik- igraju odlučujuću ulogu u performansama šinskih obujmica na zamor. Sadržaj ugljika je kontroliran između 0,57% i 0,65%; prenizak sadržaj će dovesti do nedovoljne čvrstoće obujmice, koja je sklona plastičnoj deformaciji pod cikličkim naprezanjem, dok će previsok sadržaj povećati lomljivost čelika i smanjiti otpornost na širenje zamorne prsline. Sadržaj silicijuma je 1,50%-2,00%; kao glavni element za jačanje čvrstog rastvora, može značajno poboljšati granicu elastičnosti čelika, omogućavajući obujmu da održi stabilnu silu stezanja tokom ponovljene deformacije. Međutim, ako sadržaj silicijuma prelazi 2,00%, zavarljivost čelika će se smanjiti i vjerojatno će doći do pukotina pri gašenju. Sadržaj mangana je 0,60%-0,90%, što može rafinirati zrna i poboljšati otvrdljivost, osiguravajući ujednačena ukupna mehanička svojstva kopče i smanjujući kvar uzrokovan zamorom uzrokovan lokalnim razlikama u performansama. Osim toga, sadržaj štetnih elemenata kao što su sumpor i fosfor u čeliku mora biti kontroliran ispod 0,035% kako bi se izbjeglo stvaranje krhkih inkluzija i smanjio rizik od nastanka prslina od zamora.
Koje opasnosti od zamora će uzrokovati nepravilna kontrola ključnih parametara u procesu termičke obrade (gašenje + srednja-temperatura kaljenja) šinskih obujmica?
U procesu termičke obrade šinskih obujmica, nepravilna kontrola ključnih parametara kao što su temperatura gašenja, vrijeme zadržavanja, brzina hlađenja i temperatura kaljenja na srednjoj{0}}temperaturi će uzrokovati različite opasnosti od zamora. Ako je temperatura gašenja previsoka (preko 880 stepeni), to će dovesti do grubih zrnaca čelika, smanjiti udarnu žilavost obujmice i lako pokrenuti pukotine sa granica zrna pod cikličnim naprezanjem; preniska temperatura će rezultirati nepotpunim gašenjem, nedovoljnom tvrdoćom i elastičnošću obujmice i sklonom trajnoj deformaciji. Nedovoljno vrijeme držanja će uzrokovati nepotpunu mikrostrukturnu transformaciju unutar čelika, što će dovesti do neujednačenog rada obujmice, a lokalna područja postaju slabe točke za kvar od zamora; predugo držanje će povećati rizik od oksidacije i dekarbonizacije, smanjiti površinsku tvrdoću kopče, smanjiti otpornost na habanje i ubrzati habanje od zamora. Prespora brzina hlađenja će formirati perlitnu ili troostitnu strukturu, što će rezultirati izuzetno slabom elastičnošću kopče; prebrza brzina hlađenja je sklona gašenju pukotina, koje će se brzo proširiti tokom rada i uzrokovati iznenadni lom kopče. Srednja-temperatura temperiranja koja je preniska (ispod 420 stepeni) će uzrokovati prekomjerno unutrašnje naprezanje u obujmu i povećati lomljivost; temperatura koja je previsoka (preko 480 stepeni) će dovesti do smanjenja tvrdoće kopče i brzog slabljenja sile stezanja, nemogućnosti da se šina stabilno učvrsti dugo vremena i povećanog rizika od zamora uzrokovanog pomeranjem koloseka.
Koje su razlike u zahtjevima sile stezanja za šinske obujmice između različitih tipova pruga (brze-brze, obične, teške-šine)? Zašto postoje te razlike?
Postoje značajne razlike u zahtjevima sile stezanja za šinske obujmice između željeznice za velike-brzine, običnu šinu i željeznicu za teške{1}}voze. Sila stezanja štipaljki tipa Ⅲ koje se obično koriste u -brzim šinama treba da bude veća od ili jednaka 13kN, sila štipaljke tipa Ⅱ za običnu šinu je 8-10kN, a ona specijalnih obujmica za tešku šinu -treba da bude veća ili jednaka 18kN. Ove razlike proizlaze iz različitih radnih brzina, osovinskog opterećenja i karakteristika vibracija vodova. -Brzi željeznički vozovi rade pri velikim brzinama (300-350 km/h), a dinamička opterećenja i frekvencije vibracija koje se stvaraju između točka i šine su visoke. Ako je sila stezanja nedovoljna, šina je sklona uzdužnom pomaku i bočnom zamahu, što utiče na stabilnost vožnje. Stoga je potrebna veća sila stezanja kako bi se osiguralo precizno pozicioniranje šine. Obični željeznički vozovi imaju srednje brzine (80-160km/h) i mala osovinska opterećenja (unutar 21t), a interakcija između točaka{28}}šine je relativno blaga. Sila stezanja treba da zadovolji samo osnovne zahtjeve za pričvršćivanje; prekomjerna sila stezanja će povećati trošenje šine i kopče. Tračnica za tešku{29}}šinu ima velika osovinska opterećenja (preko 27t, neke i do 30t), a kontaktni napon kotač-šina je veliki. Šina nosi izuzetno jaku uzdužnu vučnu i bočnu silu udara. Ako je sila stezanja nedovoljna, pojavit će se problemi kao što su kretanje šine i neusklađenost zglobova, što će dovesti do ozbiljnih bolesti kolosijeka. Stoga je potrebna izuzetno velika sila stezanja kako bi se osigurala stabilnost šine. U isto vrijeme, krutost temelja ispod šine varira među različitim linijama, koje također treba podesiti pomoću sile stezanja kako bi se osigurao ravnomjeran prijenos sila kotača i tračnice.
Koji su glavni razlozi slabljenja sile stezanja šinskih obujmica tokom servisa? Kako pratiti i kontrolisati ovo slabljenje?
Glavni razlozi za slabljenje sile stezanja šinskih obujmica tokom rada su zamor materijala, elastično opuštanje, koroziju i habanje, te nedostatke u montaži. Zamor materijala je osnovni faktor; obujmica podnosi ciklično naprezanje pod ponovljenom vibracijom vlaka, a pri prekoračenju granice zamora doći će do plastične akumulacije, što će dovesti do smanjenja kapaciteta elastične deformacije i naknadnog slabljenja sile stezanja. Elastična relaksacija nastaje zato što se unutrašnji stres kopče polako oslobađa pod-trajnim stresom, posebno u okruženjima sa visokim-temperaturama, gdje se atomska difuzija ubrzava i relaksacija je očiglednija. Korozija i habanje se uglavnom javljaju u vlažnim, priobalnim ili hemijski zagađenim područjima; hrđa se formira na površini kopče, a trošenje pogoršava smanjenje veličine poprečnog presjeka, što dovodi do smanjenja sile stezanja. Defekti pri ugradnji kao što je loše pristajanje između obujmice i žlijeba ležaja šine i nedovoljan moment pri ugradnji će uzrokovati neravnomjerno naprezanje obujmice, što će rezultirati preranim lokalnim zamorom i ubrzanim slabljenjem sile stezanja. Za praćenje, tehnologija ultrazvučnog testiranja naprezanja može se koristiti za redovno mjerenje stanja naprezanja kopče, a u kombinaciji sa detekcijom geometrijskih parametara staze, promjena sile stezanja može se indirektno ocijeniti; senzori pomaka se također mogu instalirati za praćenje pomaka šine u odnosu na prag, koji odražavaju da li je sila stezanja dovoljna. Za kontrolu slabljenja, visoko-kvalitetni čelik treba odabrati iz izvora, proces termičke obrade treba optimizirati, obrtni moment bi trebao biti na standardnom nivou tokom ugradnje, a kopče s anti-korozijskim premazom treba koristiti u područjima sa jakom korodijom, uz redovno održavanje i zamjenu.
Koje su metode površinske zaštite od korozije za šinske kopče? Koje su razlike u anti-efektima korozije i scenarijima primjene različitih metoda?
Uobičajene metode površinskog antikorozivnog tretmana šinskih obujmica uključuju vruće-pocinčavanje, Dacromet premaz, infiltraciju cinka i cink-aluminijsku prevlaku. Različite metode imaju očigledne razlike u antikorozivnim efektima i scenarijima primjene. Vruće-pocinčavanje uključuje uranjanje kopče u rastopljeni cink kako bi se formirao sloj cinka debljine 50-80μm, koji ima anti-život od korozije više od 15 godina i nisku cijenu. Pogodan je za obične željezničke i-brzine željezničke pruge u suhim i unutrašnjim područjima, ali u obalnim okruženjima sa velikim-slanim prskanjem sloj cinka je sklon elektrohemijskoj koroziji, a anti-efekat korozije će se smanjiti. Dacromet premaz se sastoji od praha cinka, aluminijumskog praha i veziva, debljine 5-10μm. Ima odličnu otpornost na slani sprej, sa testom slanog spreja od više od 1000 sati, i pogodan je za željezničke pruge u priobalnim, vlažnim i hemijski zagađenim područjima. Međutim, premaz ima malu tvrdoću i slabu otpornost na ogrebotine, tako da je potrebno izbjeći sudar prilikom ugradnje. Infiltracija cinka je proces u kojem atomi cinka difundiraju u površinski sloj kopče kroz termičku difuziju i formiraju sloj legure cinka-gvožđa debljine 10-20μm. Ima jaku adheziju, odličnu otpornost na habanje i otpornost na koroziju, te antikorozijski vijek do 20 godina. Pogodan je za teške{30}}željeznice i druge scenarije sa jakim vibracijama i ozbiljnim habanjem, ali je cijena obrade visoka. Cink-aluminijumski premaz kombinuje antikorozivne prednosti cinka i aluminijuma; Dodatak aluminijuma poboljšava otpornost premaza na visoke temperature i vremenske uslove, uz ispitivanje slanom sprejom od više od 1500 sati. Pogodan je za željeznicu u ekstremnim okruženjima kao što su alpsko područje, velika nadmorska visina i priobalna područja. Trenutno je to antikorozivna metoda sa najboljim sveobuhvatnim performansama, ali je cijena relativno skupa.