Nuovargį mažinanti technologija, skirta elastinėms spaustukams ir pritaikymo apkrovai konstrukcijai visose geležinkelio linijose
Koks yra elastinės juostos nuovargio įtrūkimų susidarymo mechanizmas ir jų pavojai tvirtinimo sistemai?
Elastinės juostos nuovargio įtrūkimų susidarymo mechanizmas yra mikro-įtrūkimų atsiradimas ir plitimas, veikiant kintamiems įtempių ciklams. Traukiniui važiuojant elastinė juostelė pakartotinai patiria kintamą „suspaudimo{2}}atšokimo“ apkrovą. Kai apkrovos ciklų skaičius viršija 100 000 kartų, elastinės juostelės įtempių koncentracijos dalyse susidarys mikro-įtrūkimai. Šie mikro-įtrūkimai palaipsniui plinta didėjant apkrovos ciklų skaičiui, o kai plyšio ilgis pasieks kritinę reikšmę, elastinė juostelė bus trapi. Elastinės juostelės įtempių koncentracijos dalys daugiausia atsiranda lanko perėjimo srityje ir elastinės juostos galo lenkimo dalyje, o šių dalių įtempių koncentracijos koeficientas gali siekti daugiau nei 2,5, o tai yra daug didesnis nei elastinės juostos korpuso įtempių lygis. Elastinės juostelės nuovargio įtrūkimai itin kenkia tvirtinimo sistemai. Dėl įtrūkimų plitimo susilpnėja elastinės juostos lenkimo jėga. Kai lenkimo jėga sumažės daugiau nei 20 %, bėgis pasislinks į šoną, o tai turės įtakos traukinio judėjimo sklandumui. Jei elastinė juostelė nutrūks, bėgiai tiesiogiai praras suvaržymą, o tai sukels didelę saugos avariją, kai traukinys nulėks nuo bėgių. Todėl elastinės juostelės atsparumo nuovargiui gerinimas yra svarbiausias tvirtinimo sistemos dizaino prioritetas.
Kokios yra medžiagos formulės optimizavimo priemonės, skirtos elastinės juostos atsparumui nuovargiui?
Medžiagos formulės optimizavimo priemonės, skirtos elastingos juostos atsparumui nuovargiui, daugiausia sutelktos į tris aspektus: matricos medžiagos atnaujinimą, lydinio elementų pridėjimą ir priemaišų kiekio kontrolę. Matricos medžiaga naudoja 60Si2CrVA spyruoklinį plieną, o ne tradicinį 60Si2Mn plieną. 60Si2CrVA plieno tempiamasis stipris gali siekti daugiau nei 1800 MPa, takumo riba yra didesnė arba lygi 1600 MPa, o atsparumas nuovargiui yra daugiau nei 30% didesnis nei tradicinių medžiagų. Kalbant apie lydinio elementų priedą, chromo ir vanadžio elementų kiekis yra tiksliai kontroliuojamas. Chromo elemento kiekis reguliuojamas 0,9 %-1,2 %, o tai gali pagerinti medžiagos kietėjimą ir atsparumą korozijai; Vanadžio elemento pridėjimo kiekis kontroliuojamas 0,15–0,25%, todėl galima patobulinti grūdelius ir pagerinti medžiagos kietumą bei atsparumą nuovargiui. Priemaišų kiekio kontrolė yra raktas į formulės optimizavimą. Sieros ir fosforo elementų kiekis turi būti kontroliuojamas žemiau 0,02 %, kad nesusidarytų trapūs intarpai dėl priemaišų elementų, kurie tampa nuovargio įtrūkimų pradžios taškais. Optimizavus formulę, elastinės juostelės medžiaga turi būti griežtai termiškai apdorota, taikant proceso derinį „gesinimas + vidutinės temperatūros grūdinimas“. Grūdinimo temperatūra kontroliuojama 850-870 laipsnių, o grūdinimo temperatūra - 420-440 laipsnių, kad elastinė juostelė įgautų puikias išsamias mechanines savybes, kad atitiktų atsparumo nuovargiui projektavimo reikalavimus.
Kokia yra optimizuota tamprių juostų konstrukcinių įtempių sklaidos projektavimo schema?
Optimizuotoje elastingų juostelių struktūrinio įtempių sklaidos projektavimo schemoje taikomos trys strategijos: lanko perėjimas, kintamo skerspjūvio{0}}konstrukcija ir galo sutvirtinimas. Visi aštrūs elastinės juostos kampiniai perėjimai keičiami į lankinius R5-R8mm, sumažinant įtempių koncentracijos koeficientą nuo 2,5 iki žemiau 1,2 ir pašalinant įtempių koncentracijos šaltinius. Kintamo skerspjūvio-konstrukcija reguliuoja skerspjūvio dydį pagal elastinės juostos įtempių pasiskirstymą, padidindama skerspjūvio storį didelio-įtempimo lanko srityje nuo pradinio 8 mm iki 10 mm; sumažinti skerspjūvio storį mažo įtempimo tiesiojoje srityje nuo pradinio 8 mm iki 6 mm, kad būtų pasiektas vienodas įtempių pasiskirstymas. Galinio sutvirtinimo konstrukcijoje taikomas vietinis šratinimo apdorojimas, kad būtų suformuotas liekamasis gniuždymo įtempių sluoksnis, kurio storis yra 0,1–0,2 mm elastinės juostos galo lenkimo dalyje. Likutinė gniuždymo įtempio vertė gali siekti -200 MPa iki -300 MPa, o tai gali veiksmingai kompensuoti kintamo tempimo įtempio poveikį ir atidėti nuovargio įtrūkimų atsiradimą. Baigus konstrukcijos optimizavimą, reikalinga baigtinių elementų modeliavimo analizė, siekiant patikrinti įtempių pasiskirstymą, imituoti elastinės juostos įtempių būseną esant faktinėms apkrovoms ir užtikrinti, kad kiekvienos dalies įtempių vertė būtų mažesnė už medžiagos nuovargio ribą. Be to, reikia atlikti nuovargio bandymus, siekiant patikrinti, ar elastinėje juostoje nėra įtrūkimų esant 10 mln. kintamų apkrovų, atitinkančių visų linijų eksploatavimo reikalavimus.
Kokie yra skirtingi elastinių juostų projektavimo taškai esant skirtingoms linijos apkrovoms?
Skirtingi tamprių juostų projektiniai taškai, esant skirtingoms linijos apkrovoms, daugiausia atsispindi trimis aspektais: lenkimo jėgos lygiu, standumo atitikimu ir atsparumu nuovargiui. Elastinės juostos, skirtos greitųjų geležinkelių linijoms, turi didelę lenkimo jėgą ir mažą standumą, o lenkimo jėga reguliuojama 12-15 kN, o standumas - 50-60 kN/mm, o tai gali veiksmingai apriboti aukštą{7}}tamprumo lygį ir sumažinti vibracijos dažnį. Elastinės juostos, skirtos sunkioms{10}}gabenimo linijoms, yra sukurtos itin-didelės lenkimo jėgos ir didelio standumo, o lenkimo jėga padidinta iki 18-20 kN, o standumas padidintas iki 80-90 kN/mm, o tai gali atlaikyti sunkią-išilginę ašies apkrovą bėgio poslinkis. Elastinės juostos, skirtos įprasto greičio linijoms, yra ekonomiškos konstrukcijos, o lenkimo jėga reguliuojama 8–10 kN, o standumas – 70–80 kN/mm, todėl sumažėja gamybos sąnaudos ir tenkinami pagrindiniai tvirtinimo reikalavimai. Skirtingam dizainui taip pat reikia atsižvelgti į korozinę linijos aplinką. Pakrantės linijų elastinės juostos turi būti padengtos antikorozinėmis dangomis, o Alpių linijų elastinės juostos turi optimizuoti medžiagos atsparumą žemai temperatūrai, kad būtų užtikrintas trapus lūžimas esant žemai temperatūrai -40 laipsnių. Skirtingų linijų elastinės juostos turi praeiti tikslinius veikimo testus, kad būtų patikrintas jų eksploatacinis veikimas esant atitinkamoms apkrovoms ir būtų užtikrintas projektavimo schemos racionalumas.
Kokie yra pagrindiniai elastinės juostos nuovargio nustatymo metodai ir priėmimo kriterijai?
Pagrindiniai elastinės juostelės nuovargio naudojimo trukmės nustatymo metodai apima dvi kategorijas: nuovargio bandymą ant stendo ir bandymą vietoje. Atliekant nuovargio bandymą ant stendo, naudojama aukšto-dažnio nuovargio bandymo mašina, skirta kintamoms apkrovoms, atitinkančioms tikrąją liniją, o apkrovos dažnis valdomas 50-100 Hz, kad būtų imituojamas tikrasis elastinės juostos įtempis. Greitųjų{6}}geležinkelių linijų elastinės juostos turi išlaikyti 10 mln. apkrovos ciklų be įtrūkimų, sunkiųjų-traukų linijų – 8 mln. apkrovos ciklų be įtrūkimų, o įprastų-greičių linijų apkrovos ciklų be įtrūkimų. Atliekant techninės priežiūros bandymą, parenkamos tipinės linijos atkarpos, kad būtų sumontuotos bandomosios elastinės juostelės, stebimas lenkimo jėgos susilpnėjimo greitis ir elastinių juostų įtrūkimų atsiradimas. Greitųjų geležinkelių linijų lenkimo jėgos susilpnėjimo koeficientas yra mažesnis arba lygus 5 % per metus, sunkiųjų{16}}traukų linijų yra mažesnis arba lygus 8 % per metus, o įprasto greičio linijų – mažesnis arba lygus 10 % per metus. Priėmimo standartas yra tas, kad ir stendo nuovargio bandymas, ir lauko eksploatavimo bandymas atitinka standartus, elastinės juostos nuovargio trukmė atitinka projektavimo reikalavimus, o tos pačios partijos elastinių juostų kvalifikavimo koeficientas yra didesnis arba lygus 99%. Be to, norint užtikrinti, kad gaminio kokybė atitiktų standartus, būtina nustatyti tokius rodiklius kaip elastinės juostelės matmenų tikslumas ir paviršiaus kokybė. Nekvalifikuotos elastinės juostos turi būti visiškai pašalintos ir griežtai draudžiama jas naudoti inžinerijoje.