Что делает зажимная пластина
Зажимная пластина удерживает основание рельса напротив шпалы или опорной плиты и противостоит боковым силам, возникающим при движении поезда, его изгибах и переключениях. Когда колесная пара толкает рельс вбок, пластина должна удерживать подошву рельса на месте, чтобы ширина колеи оставалась постоянной и рельс не мог перевернуться. Боковое ограничение системы крепления является одним из параметров, проверяемых в ходе приемочных испытаний системы, а зажимная пластина является компонентом, на который приходится большая часть этой нагрузки. Плоская пластина обеспечивает основное удержание, но ее жесткость на изгиб ограничена ее прямоугольным сечением, а ее контакт с рельсом представляет собой узкую линию. Формируя поперечное-сечение, пластина приобретает жесткость на изгиб и распределяет контакт по большей соответствующей площади, поэтому существуют конструкции специальной-формы.
-Типы поперечных сечений и их конструктивные особенности
| Раздел | Геометрия | Типичное использование | Прирост над плоской пластиной |
|---|---|---|---|
| L-раздел | Одна нога упирается в перекладину рельса, другая прикреплена к шпале. | Обычные скоростные линии, городская железная дорога | Примерно на 30 процентов более высокий момент сопротивления сечения |
| Раздел канала | Центральная канавка входит в заплечик рельса | Высокоскоростные-линии | Боковое ограничение вдвое больше плоской пластины |
| Раздел дуги | Вогнутый контакт охватывает плечо рельса | Тяжелые-магистральные линии | Равномерное контактное напряжение, отсутствие местных перегрузок |
L-образная секция повышает момент упругости сечения примерно на 30 процентов по сравнению с плоской пластиной из того же материала и толщины, поэтому она может выдерживать более высокую боковую нагрузку и является прямой модернизацией обычной скоростной гусеницы. В секции швеллера добавлена канавка, которая вставляется в плечо рельса, улучшая прилегание и фиксируя пластину к профилю рельса; его боковое ограничение может достигать вдвое большего, чем у плоской пластины, поэтому его используют в высокоскоростных-системах. Дуговое сечение соответствует кривизне плеча рельса, поэтому контактное напряжение остается равномерным, и пластина не может локально сгибаться на острой кромке; это соответствует тяжелым ударным нагрузкам при тяжелом-транспортном движении. Все три геометрии проверяются методом конечных элементов при максимальной поперечной нагрузке, а критерием расчета является отсутствие пластической деформации пластины при этой нагрузке.
Механика фасонного сечения
Прирост производительности имеет три источника. Во-первых, жесткость на изгиб. Жесткость изгиба секции пропорциональна ее моменту инерции, а фасонные секции повышают момент инерции на 25–40 процентов по сравнению с плоской пластиной, поэтому при той же боковой нагрузке прогиб меньше, а удерживающая сила остается стабильной. Во-вторых, контактный стресс. Профилированная контактная поверхность повторяет контур рельса, распределяя давление и снижая коэффициент концентрации напряжений примерно с 2,0 на плоской пластине до менее 1,2, поэтому риск возникновения трещин на кромке контакта резко снижается. В-третьих, направление силы. Геометрия пластины ориентирована таким образом, что боковая сила действует вдоль сильной оси сечения, полностью используя прочность материала, а не сгибая его вокруг слабой оси. В совокупности эти эффекты предотвращают боковое смещение и опрокидывание рельса без увеличения толщины или веса пластины.
Адаптация к профилям рельсов
Пластина должна соответствовать профилю рельса в двух отношениях: по контуру поперечного-сечения и по расположению крепежных отверстий. Для рельса GB плотностью 60 кг/м стандартным выбором является швеллер с шириной паза около 80 мм и глубиной около 20 мм для соответствия плечу рельса и расстоянием между монтажными отверстиями около 150 мм. Для рельса GB плотностью 50 кг/м типично L-образное сечение с монтажной поверхностью шириной около 60 мм и толщиной 12 мм и расстоянием между отверстиями около 120 мм. Для профиля 54Е1 дуговое сечение соответствует радиусу уступа около 15 мм, а расположение отверстий соответствует чертежу системы крепления с расстоянием около 140 мм. Для профиля North American 136RE конструкция с широкой плечевой частью требует специальной пластины; сечение должно быть вычерчено по фактическому профилю рельса, а боковое закрепление проверено испытанием. Это типичные расчетные параметры, а точные значения всегда берутся из чертежа системы крепления для проекта.
Процесс формования и производства
Фасонные пластины формуются горячим способом: стальная пластина нагревается до температуры от 900 до 950 градусов по Цельсию и штампуется в штампе с точностью плюс-минус 0,1 мм. Охлаждение после штамповки контролируется на уровне 10–15 градусов Цельсия в минуту, чтобы материал не стал хрупким. Чистовая обработка следующая: контактная поверхность фрезеруется до посадки 0,2 мм и менее, а крепежные отверстия сверлятся на станке с ЧПУ с точностью позиционирования плюс-минус 0,5 мм. Затем пластину подвергают дробеструйной обработке при силе тока от 0,2 до 0,3 А со 100-процентным покрытием, что сжимает поверхностный слой, повышает твердость и износостойкость, а также повышает усталостную прочность. Проверка размеров и механические испытания завершают процесс, и пластины выпускаются только после прохождения испытаний.
Момент затяжки и техническое обслуживание
Зажимная пластина надежна настолько, насколько хорош ее предварительный натяг. Момент затяжки болтов задается в зависимости от категории линии: на высокоскоростных-линиях затягивайте болты пластины до 350–400 Н·м, на тяжеловесных-магистральных линиях — от 400 до 450 Н м, а на обычных скоростных линиях — до 250–300 Нм с использованием калиброванного динамометрического ключа. Цикл проверки пластин обычно составляет три месяца, при этом особое внимание уделяется зонам концентрации напряжений, углам сечения и области вокруг монтажных отверстий. Треснувшую или деформированную пластину необходимо немедленно заменить, так как вышедшая из строя пластина снимает боковое ограничение крепежного комплекта и рельс может сместиться под следующим тяжелым поездом. Предварительная нагрузка болтов проверяется во время того же визита и повторно -затягивается в соответствии со спецификацией, поскольку ослабленные болты являются наиболее распространенной причиной смещения пластины.
Что на практике означает боковое ограничение?
Боковое удержание – это способность системы крепления удерживать рельс от бокового смещения и скатывания под действием боковых сил колес. Недостаточное удержание проявляется в расширении колеи на поворотах и в качении рельса на краю пластины - оба дефекта,-значимые для безопасности.
Какое поперечное-сечение подходит для рельса плотностью 60 кг/м?
Швеллер является стандартным выбором для рельсов плотностью 60 кг/м с канавкой, входящей в заплечик рельса, шириной около 80 мм и глубиной 20 мм, а также расстоянием между монтажными отверстиями около 150 мм, как указано на чертеже системы.
Почему для тяжелых-путей используется дуговая секция?
Потому что его вогнутая поверхность соответствует плечу рельса, распределяя большую ударную нагрузку по всей площади контакта. Здесь нет острых краев, которые могли бы концентрировать напряжение, поэтому пластина не деформируется локально при повторяющихся циклах тяжелых-перевозок.
С каким моментом следует затягивать болты прижимной пластины?
По категориям линий: от 250 до 300 Нм для линий обычной скорости, от 350 до 400 Нм для высокоскоростных-линий и от 400 до 450 Нм для тяжеловесных-магистральных линий. Значение проверяется с помощью калиброванного динамометрического ключа во время установки и повторно-проверяется при посещении технического обслуживания.
Как часто следует проверять зажимные пластины?
Типичный цикл составляет три месяца, уделяя особое внимание зонам концентрации напряжений, углам секций и области монтажных отверстий. Любую треснутую или деформированную пластину немедленно заменяют, и во время того же посещения проверяется предварительная нагрузка болта.
Можно ли в эксплуатации плоскую пластину модернизировать до фасонного сечения?
Да, если это позволяет чертеж системы крепления и профиль рельса. Фасонный профиль представляет собой усовершенствованную-модернизацию одних и тех же положений болтов во многих системах и поднимает боковое ограничение без замены шпалы или рельса.