Выбор материала накладок и подбор прочности соединений

Почему пластина должна соответствовать прочности рельса

Накладка и стенка рельса распределяют нагрузку в болтовом соединении: рельс воспринимает сжимающую и изгибающую нагрузку, а пластина воспринимает реакции растяжения и сдвига через болты. Если пластина слабее рельса, пластина сначала деформируется или ломается под проходящим поездом, стык размыкается и путь теряет непрерывность. Если пластина намного прочнее рельса, конец рельса становится слабым звеном, и стенка или головка рельса повреждается в месте соединения при ударе. Соответствующая пластина деформируется вместе с рельсом, распределяет нагрузку по группе болтов и сохраняет устойчивость соединения. Вот почему как национальные, так и международные железнодорожные системы определяют материал накладок вместе с классом рельса и почему, например, рельс UIC60 указывается с накладками из легированной стали.

Классы материалов и сценарии применения

Пластины Q235 являются экономичным выбором при небольших нагрузках на соединения. Пластины C45 являются основным решением для обычных магистральных линий, сочетающим в себе стоимость и прочность. Пластины из легированной стали необходимы там, где на соединение воздействуют высокоскоростные-динамические силы или большие нагрузки на ось, поскольку их предел выносливости, а не только статическая прочность, является тем, что сохраняет соединение в течение миллионов циклов.

Конструкция отверстий для болтов и целостность соединения

Отверстия для болтов являются слабыми местами каждой накладки, поскольку они уменьшают площадь сечения именно там, где протекает напряжение. Количество и диаметр отверстий должны соответствовать модели рельса: слишком большое отверстие или слишком малое количество отверстий ослабляет эффективное сечение и снижает способность к сдвигу. Расстояние между отверстиями должно быть одинаковым, чтобы каждый болт равномерно распределял нагрузку; неравномерное расстояние приводит к перегрузке одного болта и образованию трещины. Отверстия должны точно совпадать с отверстиями в стенке рельса, поскольку из-за несоосности между пластиной и рельсом образуется зазор, а соединение вибрирует и стучит при движении. Края отверстий должны быть скошены, чтобы устранить концентрацию напряжений, из-за которой под действием длительной-вибрации возникают усталостные трещины. Правильно просверленные и скошенные отверстия позволяют пластине развить полную расчетную прочность.

Требования к накладке для тяжелых-трассовых перевозок

Тяжелые-тяговые соединения подвергаются повторяющимся ударам и большим продольным нагрузкам от тяжелых осей, поэтому усилены три показателя. Прочность на разрыв: не менее 800 МПа, благодаря чему плита сопротивляется продольному растягивающему усилию в месте соединения. Прочность на сдвиг: не менее 450 МПа, чтобы участок между болтовыми отверстиями и стенкой рельса не прорезался. Сопротивление усталости: структура материала оптимизирована термической обработкой, поэтому пластина выдерживает миллионы циклов нагрузки без образования трещин. Поверхностная твердость HRC 30-35 повышает износостойкость в местах контакта пластины-с рельсом, а периферия отверстий для болтов утолщена, чтобы выдерживать сосредоточенную нагрузку на подшипник. Эти значения являются основой проектирования накладок для тяжелых грузов и должны быть подтверждены в спецификации материала любого заказа на такие линии.

Процедура установки

Перед сборкой очистите концы рельсов и контактные поверхности пластин от ржавчины, масла и мусора. Совместите отверстия пластины с отверстиями в стенке рельса, вставьте два или три позиционирующих болта, затем отрегулируйте пластину с помощью лома так, чтобы она полностью прилегала к рельсу; максимально допустимый зазор составляет 0,2 мм. Затягивайте болты диагонально-крест-накрест за три прохода, чтобы предварительная нагрузка формировалась равномерно и пластина не деформировалась. На старых рельсах сначала отшлифуйте концы рельсов, если они изношены или деформированы, чтобы пластина садилась на ровную поверхность. После установки еще раз-проверьте контакт с помощью щупа; если какой-либо зазор превышает стандартный, отрегулируйте или замените пластину.

Прочность-соответствует плите классу рельса; несоответствие в любом направлении создает слабое место в суставе.

Количество отверстий для болтов, диаметр, расстояние и фаска определяют эффективное сечение пластины.

Тяжелые-транспортные плиты должны иметь прочность на растяжение более 800 МПа, сдвиг на сдвиг более 450 МПа и твердость по шкале Роквелла 30–35.

Часто задаваемые вопросы

Почему более прочная накладка не становится лучше автоматически?

Потому что конструкция соединения соответствующая: если пластина намного прочнее рельса, конец рельса становится слабым местом и принимает на себя повреждения при ударе. Табличка должна соответствовать классу рельса.

Какой максимальный зазор допускается между пластиной и рельсом?

0,2 мм после окончательной затяжки. Большие зазоры означают, что пластина не несет нагрузки и шарнирные молотки повреждают конец рельса и болты.

Можно ли использовать насадки Q235 на основной леске?

Только на очень легком второстепенном трафике; для магистральных-магистральных линий используйте как минимум углеродистую сталь 45, а для высокоскоростных-скоростных или тяжелых-магистральных линий.

Почему края отверстий скошены?

Снятие фаски убирает острый угол, где концентрируется напряжение, предотвращая появление трещин на кромках, которые возникают при многократном изгибе соединения.

Как выполняется последовательность затяжки болтов?

В диагональной поперечной последовательности за три прохода затяжки, поэтому предварительная нагрузка увеличивается равномерно, и пластина прижимается к рельсу ровно, а не деформируется с одной стороны.