Оптимизация распределения напряжений при смещении нейтральной оси поперечного сечения-рельса и динамической нагрузке колесного-рельса
Почему нейтральная ось поперечного сечения-рельса смещена к головке рельса, а не находится в геометрическом центре?
Во время эксплуатации поезда сила контакта колес-с рельсом вызывает изгибную деформацию рельса вниз: головка рельса подвергается сжимающему напряжению, а основание рельса - растягивающему напряжению. Предел усталости стали при растяжении намного ниже, чем предел усталости при сжатии. Если нейтральная ось находится в геометрическом центре, пиковое растягивающее напряжение в основании рельса будет намного превышать сжимающее напряжение в головке рельса, в результате чего усталостные трещины возникают сначала в основании рельса. Смещение в сторону головки рельса (на 5 %-10 % высоты рельса) увеличивает момент упругости при изгибе основания рельса, снижает пиковое растягивающее напряжение и удерживает сжимающее напряжение в головке рельса в разумных пределах, обеспечивая «баланс усталости при растяжении-сжатии»-основной принцип проектирования поперечного сечения рельса.
Каковы требования к дифференцированному смещению нейтральной оси рельса на линиях с различной осевой нагрузкой?
Для обычных линий (нагрузка на ось менее 23 т) с небольшими нагрузками смещение 5%-7% высоты рельса отвечает требованиям баланса напряжений. Для тяжелых-тяговых линий (нагрузка на ось более 30 т или равна) с чрезвычайно высоким растягивающим напряжением в основании рельса смещение увеличивается до 8 %-10 %, чтобы еще больше увеличить момент сопротивления сечения основания рельса и подавить рост растягивающего напряжения. На высокоскоростных-линиях (скорость выше или равна 350 км/ч), несмотря на небольшие нагрузки на ось, частота высокой динамической нагрузки требует смещения балансировочного напряжения на 6–8 %, обеспечивая при этом общую жесткость рельса, избегая недостаточной жесткости головки рельса и нарушения устойчивости контакта колеса с рельсом, вызванного чрезмерным смещением.
Какие типичные усталостные заболевания рельсов возникают из-за необоснованного смещения нейтральной оси?
Недостаточное смещение приводит к чрезмерному растягивающему напряжению в основании рельса, вызывающемутрещины в основании рельсакоторые начинаются у края основания рельса и распространяются к стенке рельса, в конечном итоге вызывая разрушение рельса. Чрезмерное смещение концентрирует чрезмерное сжимающее напряжение на головке рельса, что приводит кпластическое течениена беговой поверхности (образуя выпуклости и гофры), а также концентрацию растягивающих напряжений на верхней стенке рельса, вызывающуюгоризонтальные трещины в перегородке рельса. Оба сценария нарушают баланс усталости рельса, резко сокращая срок его службы и увеличивая затраты на техническое обслуживание.
Чем конструкции со смещением нейтральной оси рельсов международного стандарта (например, UIC 60, AREMA 136RE) отличаются от рельсов китайского стандарта?
Рельс UIC 60 имеет смещение нейтральной оси на 42% от высоты рельса, что немного ниже, чем у китайского стандартного рельса плотностью 60 кг/м (45%), поскольку он адаптируется к европейским поездам с низкими осевыми нагрузками и большими диаметрами колес, требующими более низкого растягивающего напряжения в основании рельса. Рельс AREMA 136RE, предназначенный для тяжелых перевозок, имеет смещение на 48 % от высоты рельса,-намного превышающее китайский стандарт рельса с плотностью 75 кг/м-, адаптированное для тяжеловесных-магистральных поездов Северной Америки со сверх-большими нагрузками на ось (более или равных 35 т) и направленное на повышение прочности на растяжение основания рельса. Эти различия обусловлены параметрами поездов и состоянием линий в разных регионах, что требует строгого соответствия стандартам нагрузки целевого рынка при проектировании.
Как обеспечить точность смещения нейтральной оси при производстве рельсового проката?
Ядро лежит впроектирование проходов и контроль зазора между валками. Специальная система рельсовых пропусков предназначена для точного контроля размеров каждой детали поперечного-секции путем регулирования коэффициента прокатки головки, стенки и основания рельса. На этапе чистовой прокатки устройство регулировки зазора между валками с ЧПУ используется для-контроля в реальном времени размеров поперечного- сечения рельса; Если отклонение толщины основания рельса превышает ±0,3 мм, зазор между валками немедленно корректируется, чтобы обеспечить смещение нейтральной оси в пределах ±1% от расчетного значения. После производства каждая партия рельсов подвергается поперечному-сканированию для построения кривой положения нейтральной оси.-Не-некондиционной продукции строго запрещается покидать завод.