Расположение болтовых отверстий накладок и способы снижения концентрации напряжений в железнодорожных стыках
Почему концентрация напряжений в стыке рельсов будет увеличиваться, если расстояние между болтовыми отверстиями в накладке превышает 150 мм?
Чрезмерное расстояние между отверстиями для болтов в накладке приведет к ухудшению сцепления между рельсом и накладкой в месте соединения и прерывистой передаче напряжений. Под действием поездной нагрузки напряжение концентрируется на участке рельса без опоры для болтовых отверстий, образуя зону высокого-напряжения. Амплитуда напряжений в этой области может достигать 2,5 раз больше, чем в средней части рельса, и легко образуются микро-трещины. При длительных-переменных нагрузках микро-трещины будут быстро распространяться, что приведет к растрескиванию и разрушению рельсового стыка. Кроме того, чрезмерное расстояние между отверстиями приведет к неравномерной нагрузке на болты, а некоторые болты будут испытывать чрезмерную силу сдвига, ускоряя ослабление болтов и еще больше увеличивая концентрацию напряжений.
Почему накладки на стыки рельсов GB имеют расположение с 4 отверстиями, тогда как внешние стандартные накладки на стыки рельсов обычно имеют расположение с 6 отверстиями?
Уровень нагрузки на стыки рельсов GB низкий, а расположение 4-отверстий может удовлетворить требования к передаче напряжения, а также снизить затраты на обработку и вес. 4 отверстия для болтов распределены равномерно, что позволяет эффективно рассеивать напряжение в суставах и контролировать амплитуду напряжения в пределах 60% предела текучести рельса. Внешние стандартные рельсы в основном используются на высокоскоростных-скоростных или тяжеловесных линиях с высокими уровнями нагрузки, поэтому для увеличения количества болтов и повышения прочности соединения требуется конструкция с 6 отверстиями. 6 отверстий для болтов могут распределить путь передачи напряжения на 5 секций, уменьшая амплитуду напряжения на 30% и увеличивая площадь контакта между болтами и накладками, уменьшая напряжение сдвига болта. Поэтому разница в количестве отверстий является ключом к адаптации к разным уровням нагрузки лески.
Почему расположение отверстий под болты на краю пластины увеличивает риск ее перелома?
Расположение отверстий для болтов на краю накладки уменьшит эффективную несущую часть накладки и образует точку концентрации напряжений. Под действием нагрузки поезда напряжение в отверстии для болта на краю будет передаваться на край пластины, что приводит к концентрации напряжений в области края. Амплитуда напряжений в этой области может достигать 2 раз больше, чем в центральной области, и легко образуются усталостные трещины. Кроме того, точность установки краевых отверстий для болтов высока, а отклонение положения отверстия приведет к смещению напряжения болта, что еще больше усугубит концентрацию напряжения. При длительных-переменных нагрузках трещины будут быстро распространяться, что приведет к разрушению пластины и ухудшит общую прочность соединения.
Как уменьшить концентрацию напряжений в стыке рельсов за счет снятия фасок и полировки болтовых отверстий?
Снимите фаску на краю отверстия для болта в пластине с рекомендуемым радиусом фаски 3-5 мм, что позволит устранить образование острых углов на краю отверстия и рассеять концентрацию напряжений. Одновременно отполируйте внутреннюю стенку отверстия для болта, чтобы уменьшить шероховатость поверхности и коэффициент концентрации напряжений. После снятия фаски и полировки амплитуда напряжения в отверстии для болта может быть уменьшена на 25%-30%, и вероятность образования микротрещин значительно снижается. Кроме того, полированное отверстие под болт может уменьшить повреждение от трения между резьбой и болтом, продлевая срок службы болта. Этот метод прост в использовании и недорог, подходит для продвижения и применения на месте.
Какое влияние окажет концентрация напряжений в стыке рельсов на срок службы под-подрельсовой подкладки?
Концентрация напряжений в стыке рельсов приведет к неравномерной посадке рельса в месте стыка и чрезмерному локальному напряжению на под-подрельсовой подушке. При высокой нагрузке скорость сжатия колодки увеличивается, а срок службы сокращается на 30%-40%. В то же время концентрация напряжений снизит плавность хода пути на стыке, а ударная нагрузка, создаваемая поездом при проезде, усугубит износ и старение колодки. Кроме того, колебания напряжения в стыке будут передаваться на шпалу, вызывая неравномерную нагрузку на шпалу, ускоряя ее повреждение и косвенно влияя на цикл службы под-подрельсовой подушки. Таким образом, снижение концентрации напряжений в стыке может эффективно продлить срок службы подрельсовой подкладки.