Проектирование канавок для снятия напряжений и оптимизация устойчивости нажимных пластин к разрушению
Где на нажимных пластинах обычно возникают концентрации напряжений и почему?
Концентрации напряжений в основном возникают на краях отверстий под болты и в острых точках контакта рельсов. При зажиме рельса отверстия под болты воспринимают растягивающие усилия, а рабочая поверхность — силы реакции; их пересечение создает экстремальное напряжение сдвига и изгиба. Вибрации поезда подвергают эту зону высокочастотному переменному напряжению, что делает ее идеальным местом для возникновения трещин. Без оптимизации трещины быстро распространяются из этих точек.
Как канавки для снятия напряжений меняют распределение напряжений?
Удаляя материал в точках концентрации, рельефные канавки искусственно изменяют поперечное сечение-несущей нагрузки-. Они рассеивают острые пики напряжений вокруг отверстий под болты на более широкую область, сглаживая поток напряжений. Действуя как «буферная зона», канавка позволяет незначительной упругой деформации поглощать энергию во время нагрузки. Такая конструкция снижает пиковое напряжение вокруг отверстий под болты более чем на 30 %, значительно повышая усталостную прочность.
Какие принципы проектирования определяют размер и положение канавок для снятия напряжений?
Канавки должны быть точно расположены на линии максимального напряжения-обычно на линии, соединяющей центр отверстия для болта с рабочей поверхностью; несогласованность сводит на нет эффективность. Ширина и глубина определяются с помощью анализа методом конечных элементов (FEA), балансировки снятия напряжений и структурной целостности. Чрезмерно большие канавки ослабляют пластину, а меньшеразмерные не способны рассеивать напряжение. Оптимальные размеры обычно составляют от 1/3 до 1/2 толщины пластины по глубине, при этом ширина масштабируется в зависимости от размера пластины.
Почему специальные пластины переключателей требуют больше рельефных канавок, чем обычные пластины?
Плиты переключателей выдерживают гораздо более сложную нагрузку,-сочетающую вертикальное давление, массивную боковую тягу и продольное растяжение. Приведение в действие переключателя добавляет динамические нагрузки, создавая сложные состояния напряжения в отверстиях для болтов. Обычные пластинчатые конструкции не могут выдержать такого много-переменного напряжения и преждевременно выходят из строя. Поэтому специальные пластины переключателей имеют двойные или профилированные рельефные канавки для работы в суровых условиях и обеспечивают надежную работу переключателей.
Как определить, связано ли разрушение пластины с трещиной с конструкцией канавок?
Если трещина возникает в основании канавки и на поверхности излома наблюдаются отчетливые усталостные полосы, скорее всего, конструкция канавки ошибочна (например, острые корни, неправильные размеры). Если отказ начинается за пределами канавки, а канавка не повреждена, причина не связана с-вероятными дефектами материала или ошибками установки. В случае брака партии из-за конструктивных недостатков требуется немедленный отзыв продукции и перепроектирование FEA.