Фреттинг-усталость и механизм сцепления упругих рельсовых зажимов при высокочастотных динамических-динамических нагрузках в поездах
Вопрос 1. Что такое истирание между зажимом и контактной поверхностью рельса и при каких условиях оно возникает чаще всего?
A1: Фреттинг относится к возвратно-поступательному относительному движению с чрезвычайно малой амплитудой (обычно от микрона до миллиметра) между двумя прочно соединенными компонентами под действием внешней вибрации. В случае эластичных зажимов высокочастотная-вертикальная и боковая вибрация, создаваемая высокоскоростными-поездами, вызывает небольшое скольжение в точке контакта между рельсом и зажимом. Когда зажим не может обеспечить полную жесткость, раздражение происходит постоянно. Это особенно важно в секциях с недостаточной силой зажима, высокой эластичностью колодок и сильной боковой вибрацией в криволинейных секциях, что приводит к постоянному трению и выдавливанию между контактными поверхностями и постоянным повреждениям от истирания.
В2: Как фреттинг-износ постепенно повреждает рабочую поверхность зажима?
A2: Во время фреттинга на металлической поверхности зоны контакта возникают повторяющиеся пластические деформации, адгезия и сдвиг, что приводит к наклепу и отслаиванию, образуя мелкие частицы износа. Большая часть этих частиц представляет собой оксид железа высокой твердости, который образует трехчастный абразивный износ внутри контактной поверхности и дополнительно режет поверхности зажима и основания рельса. В конечном итоге на рабочей поверхности зажима появляются явные канавки износа, поверхностное смятие и потери материала, что нарушает состояние посадки и постоянно смещает точку напряжения, что приводит к постоянному снижению эффективной силы зажима.
Вопрос 3: В чем разница между фреттинговой усталостью и обычной усталостью и почему она более вредна?
A3: Обычная усталость в основном вызвана внешним переменным напряжением изгиба, при этом трещины возникают из внутренних зон или зон концентрации напряжений; Фреттинг-усталость возникает в результате сочетания фреттинг-износа и переменных напряжений. Фреттинг образует на поверхности большое количество микро-царапин, ямок и слоев-наклепа, которые являются естественными источниками трещин. При том же уровне напряжения фреттинг-усталостные трещины возникают в несколько раз быстрее, чем обычная усталость, с более сложными путями распространения, часто демонстрируя одновременное развитие множественных трещин. Таким образом, усталость от фреттинга может привести к внезапному растрескиванию или разрушению зажимов до достижения расчетного срока службы, что будет сопряжено с сильной скрытностью и опасностью.
Вопрос 4. Какие условия трассы значительно усугубляют усталостные повреждения зажимов?
A4: Во-первых, высокоскоростные-железные дороги и междугородные железные дороги с высокой скоростью и частотой вибрации усиливают раздражение. Во-вторых, кривые малого-радиуса и кривые перехода со сложными боковыми силами увеличивают амплитуду скольжения. В-третьих, участки с рельсовыми гофрами и неровностями стыков усиливают ударную вибрацию и резко увеличивают циклы истирания. В-четвертых, секции с длительно-низким усилием зажима и несвоевременной подтяжкой обеспечивают большее пространство для истирания. Кроме того, ветер-песок и пыль приводят к появлению внешних абразивов, ускоряющих как фрикционный износ, так и усталостные повреждения.
Вопрос 5: Как подавить усталость от истирания с точки зрения конструкции, материала, эксплуатации и обслуживания?
A5: В конструкции оптимизирован профиль зажима и дуга контакта, чтобы улучшить физическую форму и уменьшить пространство для раздражения; должным образом увеличьте расчетную силу зажима, чтобы усилить ограничения интерфейса. В качестве материала выберите пружинную сталь с лучшей стойкостью к истиранию в сочетании с дробеструйной обработкой, цементацией и другими процессами упрочнения поверхности, чтобы улучшить твердость поверхности и сжимающее напряжение, задерживая возникновение микро-трещин. Во время работы строго соблюдайте момент затяжки, чтобы избежать ослабления зажимного усилия; своевременная шлифовка рельсовых неровностей для снижения вибрационного воздействия; регулярно проверяйте износ поверхности зажимов и заранее заменяйте изношенные зажимы, чтобы предотвратить распространение трещин до опасного уровня.