Зависимость твердости при контакте-зацепа с пальцами
Эластичный зажим — это прежде всего пружина, а затем застежка. Сталь зажима должна оставаться эластичной благодаря своему рабочему прогибу, что требует высокого предела текучести, а твердость является практической мерой этой прочности. Зажимы типа E- и аналогичные зажимы обычно изготавливаются из пружинной стали 60Si2MnA, 55Si2Mn или 38Si7 и закаливаются до твердости 44-48 HRC, примерно 430–470 HB. Стандартная углеродистая рельсовая сталь, для сравнения, имеет твердость около 260-300 HB на головке и подошве, а рельсы с закалкой на головке достигают примерно 340-380 HB. Таким образом, зажим всегда тверже рельса, и совместимость заключается не в равной твердости, а в контроле последствий разницы в твердости: достаточно большая площадь контакта на носке зажима, нагрузка на носок в пределах расчетного диапазона и отсутствие относительного движения в месте контакта, которое могло бы повредить подошву рельса.
Твердость и износ подошвы рельса
В носке зажима контактное давление велико, и любое микро-движение между зажимом и основанием рельса изнашивает более мягкую поверхность, то есть рельс. При стандартном рельсе твердостью около 260-300 HB зажим в диапазоне 44–48 HRC выдерживает нагрузку на носок, не врезаясь в рельс, а износ подошвы рельса в полевых условиях остается в пределах глубины, допускаемой стандартами технического обслуживания. На рельсах с закаленной головкой и твердостью основания около 350 HB и выше баланс износа смещается, и на стороне контакта с зажимом происходит больше потерь материала; операторы на таких линиях контролируют износ ножек зажимов во время проверки и меняют зажимы раньше, чем позже. Практическое правило заключается в том, что твердость зажима определяется конструкцией пружины и требованиями к усталости, а профиль рельса выбирается в соответствии с интенсивностью движения, а геометрия контакта спроектирована таким образом, чтобы обеспечить медленный износ обеих частей.
Сплав и углеродистая пружинная сталь в холодном климате
Марка пружинной стали меняет поведение зажима при низких-температурах. Марки сплавов, содержащие марганец в количестве около 1,0-1,5% или ванадий в количестве около 0,1-0,2%, сохраняют пластичность примерно до -30–40 градусов, что сохраняет зажим эластичным при ударе поездом при низкой температуре. Обычная углеродистая пружинная сталь теряет пластичность в том же диапазоне, а твердый, жесткий зажим при ударе может треснуть при такой концентрации напряжения, как корень изгиба. Для линий, работающих в континентальном и арктическом климате, в спецификации должна быть указана марка сплава, способного работать в холодных условиях, а приемочные испытания должны включать проверку на низкотемпературный прогиб, а не только испытание на усталость при комнатной температуре.
Геометрия изгиба и диапазон упругости
Радиус кривизны изгиба зажима определяет, какую прогиб может выдержать зажим, прежде чем напряжение волокна достигнет предела текучести. Больший радиус изгиба, например около 25 мм, распределяет деформацию по более длинной дуге и обеспечивает более широкий диапазон упругости, компенсируя расширение и сжатие рельса примерно до 10 мм перед окончательной усадкой. Меньший радиус, например около 15 мм, дает более высокое начальное натяжение при том же прогибе, но более узкое упругое окно, что подходит для линий в стабильных температурных зонах с небольшим перемещением рельсов. При выборе необходимо сопоставить сезонный температурный диапазон рельсов с требуемой нагрузкой на опору; на длинных сварных рельсах в жарком климате более широкий диапазон упругости обычно является более безопасным выбором.
Поддержание усилия зажима при износе рельсов
За 5-10 лет службы рельсы теряют 1-3 мм высоты головки и основания, и носок зажима следует за подошвой рельса, что снижает нагрузку на палец, если система не может его компенсировать. В конструкциях с регулируемым-натяжением используются монтажные отверстия с прорезями или съемные прокладки, поэтому зажим можно перемещать на небольшое расстояние, чтобы восстановить прогиб конструкции; Документально подтверждено, что срок службы зажимов увеличивается на 30-40 % по сравнению с конструкциями с фиксированным-натяжением на той же леске. На высокоскоростных линиях со скоростью выше 300 км/ч конструкции подпружиненных зажимов сохраняют силу зажима в диапазоне 20-30 кН за счет высокочастотной вибрации и поглощают часть энергии удара на зажиме, что снижает износ как зажима, так и подошвы рельса по сравнению с жестким зажимом.
Руководство по выбору для покупателей
При запросе образцов зажимов указывайте марку рельсовой стали и ее твердость; зажим, разработанный для стандартной направляющей, может потребовать проверки геометрии на закаленной направляющей с головкой-.
Для проектов в холодном-климате укажите легированную пружинную сталь, например 38Si7, или марганцевую-легированную сталь, и потребуйте данные испытаний на прогиб при низких-температурах.
Для линий с большими перепадами температуры отдайте предпочтение большему радиусу изгиба и проверьте диапазон упругости относительно ожидаемого движения рельса.
Подтвердите нагрузку на пятку при расчетном прогибе, обычно 8-13 кН для зажимов типа E, а также усталостную долговечность при этом прогибе в соответствии с используемым стандартом крепления.
Запросите диапазон твердости в сертификате проверки; Диапазон 44-48 HRC является обычным диапазоном приемлемости для зажимов из пружинной стали.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Должна ли твердость зажима соответствовать твердости рельса?О: Нет. Зажим должен быть тверже, чем рельс, чтобы сохранять свои пружинящие свойства, а совместимость определяется геометрией контакта и нагрузкой на носок, а не одинаковой твердостью.
Вопрос: Что произойдет, если клип окажется слишком мягким?A: Мягкий зажим поддается рабочему прогибу, теряет нагрузку на носок и раньше времени не проходит испытание на усталость; он не может поддерживать силу зажима, требуемую стандартом крепления.
Вопрос: Влияет ли твердость зажима на основание рельса?О: Косвенно. Носок зажима давит на подошву рельса, и при правильной геометрии степень износа подошвы рельса находится в пределах технического обслуживания; при неправильной геометрии более твердый зажим может повредить основание рельса.
Вопрос: Какая пружинная сталь лучше всего подходит для холодного климата?A: Марки сплавов, такие как 38Si7, или углеродистые марки с добавками марганца или ванадия, сохраняют пластичность примерно до -30–40 градусов и устойчивы к хрупкому разрушению при ударе.
Вопрос: Как проверяется твердость зажима на производстве?Ответ: Методом испытания на твердость по Роквеллу готового зажима, диапазон приемки обычно составляет 44–48 HRC, что указывается в сертификате на материал для каждой партии.