Technológia prispôsobenia elastickej tuhosti koľajníc a schémy prispôsobenia upevnenia pre rôzne typy koľajníc
Aké sú dva hlavné mechanizmy vplyvu tuhosti elastického pásu na účinok pripevnenia koľajnice?
Prvým mechanizmom ovplyvňujúcim tuhosť elastického pásu na účinok upevnenia koľajnice je mechanizmus zadržiavania predpätia. Tuhosť elastického pásu určuje mieru útlmu predpätia. Pri pôsobení zaťaženia vibráciami vlaku je miera útlmu predpätia elastického pásu so strednou tuhosťou menšia alebo rovná 5 %/rok, čo môže udržiavať stabilnú kompresiu na koľajnici po dlhú dobu; miera útlmu predpätia elastického pásu s nedostatočnou tuhosťou môže dosiahnuť viac ako 15 %/rok a v krátkom čase dôjde k uvoľneniu koľajnice. Druhým ovplyvňujúcim mechanizmom je mechanizmus absorpcie vibračnej energie. Ako pružný prvok musí elastický pás absorbovať časť energie vibrácií-koľajnice. Pružný pás s nadmernou tuhosťou má zlú schopnosť elastickej deformácie a nemôže účinne absorbovať energiu vibrácií, čo má za následok priamy prenos zaťaženia vibráciami na podval a zrýchlené poškodenie podvalu; elastický pás s nedostatočnou tuhosťou má nadmernú deformáciu, ktorá je náchylná na plastickú deformáciu a stratu upevňovacej funkcie. Tieto dva mechanizmy sú vzájomne prepojené. Zachovanie predpätia je základ a pohlcovanie energie vibrácií je zárukou. Len elastický pás, ktorého tuhosť zodpovedá koľajnici, môže realizovať tieto dve funkcie súčasne. Napríklad elastický pás typu Ⅲ prispôsobený na 60 kg/m národnej štandardnej koľajnice má tuhosť riadenú na 60 kN/mm, čo dokáže nielen udržať stabilné predpätie, ale aj efektívne absorbovať energiu vibrácií s najlepším upevňovacím účinkom.
Aké sú metódy výpočtu a kľúčové parametre ovplyvňujúce tuhosť elastického pásu?
Výpočet tuhosti elastického pásu využíva teóriu ohybu nosníka z mechaniky materiálu. Základný vzorec výpočtu je k=L33EI, kde k je tuhosť elastického pásu, E je modul pružnosti materiálu, I je moment zotrvačnosti úseku elastického pásu a L je efektívna dĺžka konzoly elastického pásu. Medzi kľúčové ovplyvňujúce parametre patria tri aspekty: po prvé, modul pružnosti materiálu. Modul pružnosti pružinovej ocele 60Si2CrVA bežne používanej pre elastické pásy je 206 GPa. Jeho výmena za iné materiály priamo zmení hodnotu tuhosti; druhý, moment zotrvačnosti úseku, ktorý úzko súvisí so šírkou úseku a hrúbkou pružného pásu. S každým zvýšením hrúbky prierezu o 1 mm sa moment zotrvačnosti prierezu zvýši asi o 20 % a výrazne sa zvýši tuhosť; po tretie, efektívna dĺžka konzoly. Na každých 5 mm skrátenia dĺžky konzoly sa tuhosť zvýši asi o 15 %. Nastavenie dĺžky konzoly je pohodlný spôsob zmeny tuhosti elastického pásu. Počas výpočtu je potrebné vziať do úvahy skutočný stav napätia elastického pásu a teoretickú hodnotu výpočtu koriguje softvér na simuláciu konečných prvkov. Odchýlka medzi korigovanou hodnotou tuhosti a nameranou hodnotou musí byť menšia alebo rovná 3 %. Okrem toho proces tepelného spracovania elastického pásu tiež ovplyvní tuhosť. Modul pružnosti elastického pásika s nedostatočným kalením je nízky a tuhosť bude asi o 10 % nižšia ako konštrukčná hodnota.
Aké sú parametre návrhu tuhosti a optimalizačné body elastického pásu prispôsobeného národnej štandardnej koľajnici 60 kg/m?
Elastický pás typu Ⅲ je vybraný pre národnú štandardnú koľajnicu 60 kg/m. Konštrukčné parametre tuhosti jadra sú hodnota tuhosti 60±5kN/mm a predpätie 12-15kN. Tieto parametre môžu vyvážiť dve požiadavky na udržanie predpätia a absorpciu vibračnej energie. Prvým bodom optimalizácie je optimalizácia veľkosti sekcie. Hrúbka sekcie pracovnej sekcie elastického pásu je navrhnutá na 10 mm a šírka 25 mm. Stabilita tuhosti sa zlepšuje zvýšením momentu zotrvačnosti prierezu, čím sa zabráni rýchlemu poklesu tuhosti s nárastom deformácie. Druhým je optimalizácia materiálového výkonu. 60Prijala sa pružinová oceľ Si2CrVA, ktorá je upravená „kalením + popúšťaním na strednú teplotu“ s medznou pevnosťou pružnosti 1600 MPa alebo väčšou, čo zaisťuje, že pružný pás pracuje v rozsahu elastickej deformácie bez plastickej deformácie. Poslednou je optimalizácia tvaru konštrukcie. Polomer oblúkového prechodu elastického pásu sa zväčší z R3 mm na R5 mm, aby sa znížil faktor koncentrácie napätia a zlepšila sa odolnosť elastického pásu proti únave. Optimalizovaný elastický pás musí byť overený testami na skúšobnej stolici. Pri simulovaných podmienkach upevnenia 60 kg/m koľajnice, po 1 milióne vibračných cyklov, miera útlmu predpätia menšia alebo rovná 3 % a rýchlosť zmeny tuhosti menšia alebo rovná 2 %, čo spĺňa požiadavky na použitie.
Aké sú konštrukčné body diferencovanej tuhosti pružného pásu prispôsobeného zahraničnej štandardnej koľajnici UIC60?
Diferencované konštrukčné body tuhosti elastického pásu prispôsobeného zahraničnej štandardnej koľajnici UIC60 sa odrážajú v troch aspektoch: nastavenie hodnoty tuhosti, prispôsobenie štrukturálneho tvaru a prispôsobenie inštalačného rozhrania. Základom je úprava hodnoty tuhosti. Šírka hlavy koľajnice a veľkosť prierezu koľajnice UIC60 sa líšia od 60 kg/m národnej štandardnej koľajnice a predpätie potrebné na upevnenie je vyššie. Preto je potrebné zvýšiť tuhosť elastického pásu na 70±5kN/mm a predpätie je regulované na 15-18kN, aby sa zabezpečilo efektívne obmedzenie posunu koľajnice. Pokiaľ ide o prispôsobenie tvaru konštrukcie, veľkosť inštalačnej drážky upevňovacieho prvku koľajnice UIC60 sa líši od veľkosti národnej štandardnej koľajnice. Konzolovú dĺžku pružného pásu je potrebné skrátiť o 3 mm a súčasne zväčšiť koncový uhol ohybu elastického pásu tak, aby prítlačný bod pružného pásu presne zodpovedal polohe ramena koľajnice UIC60. Pokiaľ ide o prispôsobenie inštalačného rozhrania, na spodok elastického pásika je potrebné pridať polohovací výstupok, aby spolupracoval s polohovacou drážkou upevňovacieho prvku UIC60, aby sa zabránilo bočnému posunutiu elastického pásu počas vibrácií. Okrem toho sa koľajnice UIC60 väčšinou používajú na európskych vysokorýchlostných železničných tratiach, ktoré majú vyššie požiadavky na únavové vlastnosti elastických pásov. Preto musí materiál elastického pásika používať oceľ 60Si2CrVA vyššej čistoty s obsahom síry a fosforu kontrolovaným pod 0,008 %, aby sa zlepšila odolnosť proti únave.
Aké sú metódy overovania a normy posudzovania pre prispôsobivosť medzi tuhosťou elastického pásu a typom koľajnice?
Overovacie metódy pre adaptabilitu medzi tuhosťou elastického pásu a typom koľajnice sú rozdelené do dvoch kategórií: laboratórne overenie na skúšobnej stolici a overenie prevádzkovej čiary. Laboratórne overenie na skúšobnej stolici vytvorí platformu na testovanie upevnenia simulujúcu typ koľajnice, nainštaluje pružný pásik na upevňovací prvok zodpovedajúceho typu koľajnice, aplikuje vibračné zaťaženie pri prevádzke vlaku s frekvenciou 50 Hz a amplitúdou 1 mm a pokračuje vo vibrácii 1 miliónkrát. Počas testu sa v reálnom čase monitoruje miera útlmu predpätia, rýchlosť zmeny tuhosti a únavové poškodenie elastického pásu. Overenie poľnej čiary vyberá typické úseky trate, kladie koľajnice a elastické pásy zodpovedajúcich typov koľajníc, koľaje a monitoruje po dobu 6 mesiacov a zaznamenáva bočný posun koľajníc a poškodenie elastických pásov. Hodnotiace štandardy zahŕňajú tri základné ukazovatele: po prvé, miera útlmu predpätia menšia alebo rovná 5 %/1 milión vibrácií; po druhé, miera zmeny tuhosti menšia alebo rovná 3 %; po tretie, bočný posun koľajnice menší alebo rovný 0,5 mm. Ak všetky tri indikátory spĺňajú normy, usudzuje sa, že pružný pás je prispôsobený typu koľajnice; ak niektorý indikátor nevyhovuje normám, je potrebné znovu upraviť a overiť konštrukčné parametre tuhosti pružného pásu. Napríklad elastický pás prispôsobený na ťažnú koľajnicu s hmotnosťou 75 kg/m-má mieru útlmu predpätia 3 %, rýchlosť zmeny tuhosti 2 % a bočný posun koľajnice 0,3 mm po overení, čo spĺňa normu posudzovania prispôsobivosti.