Жесткость рельсового крепления — это вертикальная жесткость всех крепежных - зажимов, подушек и буртиков, действующих вместе -, и это основной параметр настройки вибрации пути, распределения нагрузки и взаимодействия колес-с рельсами. Выбор неправильного класса жесткости приводит либо к слишком жесткому пути, передающему высокочастотную вибрацию-на опорную конструкцию, либо к слишком мягкому пути с чрезмерным прогибом рельса и более коротким сроком службы крепежных элементов. Ниже кратко описаны три класса, используемые в современной практике проектирования.
| Тип линии | Типичный диапазон жесткости зажима | Цель дизайна |
|---|---|---|
| Обычные-скоростные линии | 20-30 кН/мм | Экономика с адекватным сдерживанием |
| Высокоскоростные-линии | 30-40 кН/мм | Высокий преднатяг при низкой динамической жесткости |
| Тяжелые-магистральные линии | 50-60 кН/мм | Высокая устойчивость под тяжелыми осями |
Высокоскоростные-линии: зажимы типа W-, нагрузка 30–40 кН/мм.
Для высокоскоростной-гусеницы необходим зажим, который обеспечивает достаточную силу зажима, сохраняя при этом динамическую жесткость на достаточно низком уровне, чтобы снизить вибрацию. Элементы управления проектированием:
Геометрия поперечного сечения-: диаметр средней дуги является ключевым параметром жесткости. В качестве ориентировочного расчетного соотношения увеличение этого диаметра на 1 мм повышает жесткость зажима примерно на 10 кН/мм, поэтому размер дуги необходимо подбирать путем расчета, чтобы достичь целевой жесткости.
Свободная высота относительно рабочей высоты: разница контролируется на уровне 8-10 мм, чтобы зажим обеспечивал стабильную предварительную нагрузку в рабочем положении.
Контроль напряжения: анализ методом конечных элементов используется для поддержания максимального напряжения в пределах примерно 70 % предела текучести материала, предотвращая усталостное разрушение из-за высокочастотной-вибрации.
Проверка: стендовые испытания на усталость при 10 миллионах циклов нагрузки со снижением жесткости, не превышающим 5 %, являются критерием приемки для высокоскоростной-скоростной эксплуатации.
Тяжелые-Тросы: 50–60 кН/мм из более прочного материала.
Крепления для тяжелых-перевозок должны выдерживать более высокие вертикальные и боковые нагрузки, сохраняя при этом надежное крепление рельса. Жесткость повышается за счет четырех мер:
Материал: пружинная сталь 60Si2MnA с пределом прочности не менее 1860 МПа и пределом текучести не менее 1660 МПа обеспечивает необходимый для конструкции предел упругости.
Диаметр проволоки: увеличение диаметра проволоки с обычных 14 мм до 16 мм увеличивает площадь сечения более чем на 30 %, а жесткость — примерно на 40 %.
Геометрия: удлинение концевого опорного рычага примерно на 15 % повышает устойчивость к деформации и снижает напряжение в точке крепления.
Термическая обработка: закалка с последующим средне-отпуском дает твердость HRC 45–50 и повышает предел упругости материала.
Износостойкая-прокладка в месте контакта зажима-с-рельсом предотвращает потерю жесткости из-за истирания и продлевает срок службы зажима на сильно нагруженном пути.
Обычные-скоростные линии: экономичная схема 20–30 кН/мм
Для обычных-скоростных линий целью проектирования является минимальная стоимость при адекватной производительности. Правильные рычаги затрат — это упрощение конструкции и производственного процесса, а не замена материалов. В стандартной практике используются такие марки пружинной стали, как 60Si2Mn или 55Si2Mn -, зажим, изготовленный из низко-конструкционной стали с низким содержанием углерода, будет иметь постоянную фиксацию при рабочем прогибе - и оптимизирует затраты за счет:
Упрощение конструкции: замена сложного дугового перехода линейным опорным рычагом снижает стоимость пресс-формы и сложность производства.
Контроль припуска на обработку: уменьшение припуска с 2 мм до 1 мм снижает отходы материала.
Пакетная штамповка: штамповка вместо ковки повышает эффективность производства более чем на 50% и снижает себестоимость единицы продукции примерно на 20% для стандартных геометрических форм.
Стандартизированные размеры: унификация установочных размеров всех моделей зажимов улучшает взаимозаменяемость и снижает затраты на приобретение и обслуживание.
Метод испытания жесткости
Стандартный метод – испытание на статическое сжатие на универсальной испытательной машине:
Загрузите зажим шаг за шагом, запишите нагрузку при каждом значении сжатия и рассчитайте жесткость как нагрузку, разделенную на деформацию.
Скорость загрузки контролируется на уровне 1 мм/мин; более высокая скорость завышает значение жесткости.
Выборка: 10 клипов, случайно выбранных из каждой партии.
Окружающая среда: испытание при температуре 20 плюс/минус 2 градуса Цельсия, поскольку температура изменяет модуль упругости.
Точность прибора: датчик силы в пределах плюс/минус 0,5%, датчик смещения в пределах плюс/минус 0,01 мм.
Обработка данных: удаление аномальных значений, усреднение результатов и удержание отклонения партии в пределах плюс/минус 3 кН/мм от целевого значения.
Соответствие жесткости зажима жесткости рельсовой подушки
Зажим и колодка работают как одна пружинная система, поэтому их жесткость должна быть согласована. Зажимы высокой-жесткости сочетаются с высоко-подушками из эластичного материала (например, из полиуретана), поэтому зажим удерживает рельс, а подкладка поглощает высокочастотную-вибрацию; комбинация может повысить уровень затухания вибрации выше 60%. Зажимы низкой-жесткости сочетаются с резиновыми прокладками-средней эластичности на обычных-скоростных стропах, где сам зажим обеспечивает упругое отклонение. Два практических правила: колодка не должна быть настолько мягкой, чтобы жесткий зажим-отклонял ее, а срок службы зажима и колодки должен быть синхронизирован, чтобы один компонент не вышел из строя задолго до другого.
Часто задаваемые вопросы
Что такое жесткость рельсового скрепления?
Это отношение вертикальной силы к вертикальному отклонению узла крепления, измеренному в посадочном месте рельса. Он сочетает в себе жесткость зажима, жесткость колодки, жесткость буртика и вставки и определяет, какую часть нагрузки на колесо переносят соседние посадочные места рельса.
Почему в тяжелых-зажимах для перевозки используется более толстый провод?
Жесткость изменяется в четвертой степени диаметра проволоки при изгибе, поэтому небольшое увеличение с 14 мм до 16 мм приводит к значительному увеличению жесткости и грузоподъемности. Более толстая проволока также увеличивает объем износа, что важно на абразивных путях для тяжелых-перевозок.
Штампованное производство так же хорошо, как и ковка для клипс?
Для стандартных, простых геометрических форм с правильной термообработкой штамповка обеспечивает те же эксплуатационные свойства при меньших затратах. Ковка сохраняет преимущество при сложных формах и очень тяжелых сечениях. Критерием приемки является результат механических испытаний, а не производственный маршрут, поэтому качество штамповки должно быть подтверждено теми же испытаниями на усталость и жесткость.
Как измеряется жесткость зажима при доставке?
С помощью статического испытания на сжатие, описанного выше: 10 образцов на партию, контролируемая скорость загрузки и температура, с указанием среднего значения партии и отклонения от целевого значения. Более крупные контракты также проводят испытания на усталость для проверки стабильности жесткости в течение цикла обслуживания.
Какую жесткость следует выбрать для проекта обновления пути?
Сопоставьте класс жесткости с линейной скоростью и осевой нагрузкой: 20-30 кН/мм для обычной-скорости, 30-40 кН/мм для высокоскоростной, 50–60 кН/мм для тяжелых перевозок. Затем проверьте свой выбор с помощью конечно-элементного анализа конструкции пути и стендовых испытаний всего крепления, включая колодку, прежде чем заказывать полную партию.