Tecnologia de millora de la vida útil de la fatiga i la combinació dinàmica de l'estrès per a sistemes de fixació de carrils
Quins són els principis bàsics de disseny per a la concordança dinàmica de tensions dels sistemes de fixació de carrils?
La combinació dinàmica de tensions dels sistemes de subjecció de via ha de seguir el principi d'"adaptació al gradient de rigidesa". La rigidesa del rail a la travessa hauria de disminuir pas a pas, és a dir, la rigidesa de la cinta elàstica ＞ la rigidesa de la placa base ＞ la rigidesa de la travessa, formant una cadena de transmissió d'estrès amortida. La força de pandeig de les tires elàstiques ha de coincidir amb l'amplitud de vibració dels rails. Per a les línies de ferrocarril d'alta-velocitat, la força de pandeig de les tires elàstiques ha de ser superior o igual a 10 kN per evitar la fluïdesa del carril causada per vibracions d'alta-freqüència. El parell de pre-apretament dels cargols s'ha de controlar amb precisió per garantir que l'interval de fluctuació de la tensió sigui inferior o igual a ±15% sota càrregues dinàmiques, evitant la fractura per fatiga del cargol causada per un parell excessiu o insuficient. La relació de rigidesa estàtica-dinàmica de les plaques base ha de ser inferior o igual a 2,0 per garantir una absorció efectiva de l'energia de vibració a diferents velocitats de conducció. La concordança d'estrès de tot el sistema s'ha de verificar mitjançant simulació d'elements finits, simulant condicions de treball com ara la conducció a gran-velocitat i el transport de mercaderies pesades-per garantir que la tensió de cada component estigui dins de l'interval permès.
Quin és l'esquema d'optimització de materials per millorar la vida a fatiga dels sistemes de fixació del ferrocarril d'alta{0}}velocitat?
Les tires elàstiques dels sistemes de fixació de ferrocarrils d'alta{0}}velocitat han de ser d'acer aliat 60Si2CrVA. Aquest material té una resistència a la tracció superior o igual a 1375 MPa i una resistència a la fluència superior o igual a 1225 MPa, amb una vida a la fatiga de més de 6 milions de vegades, molt superior a l'acer de molla normal. Els cargols estan fets d'acer d'aliatge 40CrNiMoA-d'alta resistència, que té unes excel·lents propietats mecàniques completes després de l'extinció i el tremp, i la seva resistència a la fatiga és un 25% superior a la del 40Cr. Les plaques base aïllants estan fetes de cautxú de nitril verge, afegit amb agents anti-envelliment i agents de reforç, amb una taxa de retenció d'elasticitat superior o igual al 80% en 5 anys d'ús, evitant una atenuació elàstica excessiva. Les plaques de pressió estan fetes d'acer de baix aliatge Q355B i se sotmeten a un granallat superficial per eliminar la concentració de tensió superficial i millorar la resistència a la fatiga. Els materials de tots els accessoris han de passar proves de tercers-per assegurar que la composició química i les propietats mecàniques compleixen els estàndards especials per als ferrocarrils-d'alta velocitat, i els materials no qualificats estan estrictament prohibits.
Quines són les mesures de millora estructural per a la resistència a la fatiga dels sistemes de subjecció a les línies de mercaderies de transport pesat-?
Les tires elàstiques de les línies de mercaderies pesades-haurien d'adoptar un disseny més gruixut, amb el gruix de la secció transversal-augmentat un 15%, millorant la resistència a la deformació i l'estabilitat de la força de pancament de les tires elàstiques i controlant el rang de fluctuació de la força de pandeig a Inferior o igual a ±8%. Els forats dels cargols adopten un disseny de capçal avellanat per evitar el contacte rígid entre els caps dels cargols i les plaques de pressió, reduint els punts de concentració d'estrès. Les plaques base adopten una estructura composta de doble-capa, amb la capa superior de poliuretà-resistent al desgast i la capa inferior de goma elàstica alta-, equilibrant la resistència al desgast i les funcions d'absorció de cops i allargant la vida útil de les plaques base. Les peces de peix adopten un disseny de transició d'arc, reduint el coeficient de concentració d'estrès a les articulacions en un 30% per evitar la fractura de les articulacions. L'espai d'instal·lació del sistema de fixació s'escurça a 600 mm, 200 mm menys que el de les línies ferroviàries ordinàries, dispersant la pressió de càrregues pesades en un únic conjunt d'accessoris.
Quins són els mètodes de detecció i els estàndards de judici per a la vida a fatiga dels sistemes de fixació?
La detecció de la vida útil de les tires elàstiques en sistemes de subjecció hauria d'utilitzar màquines de prova de fatiga d'alta-freqüència amb una freqüència de càrrega de 50 Hz, simulant la freqüència de vibració dels rails. Superar la prova significa que no hi ha fractura després de 5 milions de cicles de càrrega. Les proves de fatiga dels cargols utilitzen màquines de prova de fatiga de flexió rotatives amb una relació de tensió de 0,1, i passar la prova significa que el nombre de cicles fins a la fractura és superior o igual a 2 × 10⁶ vegades. Les proves de fatiga de la placa base utilitzen màquines de prova de compressió dinàmica, carregant cíclicament amb una càrrega dinàmica de ± 5 kN durant 1 milió de vegades, i passar la prova significa que la taxa de recuperació de la deformació elàstica és superior o igual al 95%. Les proves de fatiga a nivell-del sistema s'han de dur a terme als trams de prova de la via, simulant el pas de ferrocarrils d'alta-velocitat de 350 km/h o trens de transport pesat de 10.000-tones. La superació de la prova significa que no s'afluixa ni es deforma cada component després d'un funcionament continu durant 1000 hores. Els resultats de les proves han de formar un informe detallat com a base per a l'acceptació del producte i l'aplicació d'enginyeria.
Quines són les estratègies d'alerta primerenca i manteniment per a la fallada per fatiga dels sistemes de subjecció?
L'avís precoç de fallades per fatiga dels sistemes de subjecció hauria d'establir un sistema de monitorització en línia, que utilitzi sensors per controlar-paràmetres en temps real com ara el parell del cargol, la deformació de la cinta elàstica i la tensió de la placa base, i alarma automàticament quan les fluctuacions dels paràmetres superen el llindar. Les inspeccions diàries haurien de provar l'elasticitat de les tires elàstiques mensualment utilitzant eines especials per mesurar la força de pandeig i substituir-les immediatament quan la força de pandeig cau més o menys un 15%. El parell de torsió dels cargols s'ha de tornar a provar trimestralment. Si l'atenuació del parell és superior o igual al 10%, torneu a estrènyer a temps i substituïu-lo per cargols nous si no es pot complir la norma després de tornar a estrènyer. El grau de desgast de les plaques base s'ha d'inspeccionar anualment i substituir-lo quan la profunditat de desgast sigui superior o igual a 1 mm. Per a línies de ferrocarril d'-alta velocitat, primer s'han de substituir les plaques base de goma verge. Per a les seccions de treball pesat-i les seccions de corbes amb alt risc de fallada per fatiga, el cicle de manteniment s'ha d'escurçar a un cop cada 3 mesos per evitar accidents de fallada per endavant.