Al sistema de transport ferroviari, els carrils són com artèries d'acer, que porten l'impacte i l'impacte dels trens dia rere dia. A mesura que el transport ferroviari es desenvolupa cap a una gran velocitat i una càrrega pesada, les tensions alternatives a càrrec dels carrils són cada cop més complexes i els danys de fatiga s’han convertit en un perill ocult que amenaça la seguretat dels carrils. Les proves de fatiga ferroviària són els mitjans clau per trencar el "codi de resistència" dels carrils. Mitjançant un procés de prova científica i rigorosa, s’avalua la capacitat dels rails de resistir els danys de fatiga per assegurar les operacions ferroviàries segures.
1. Antecedents i importància de les proves de fatiga ferroviària
Durant el servei de rails, la trituració repetida per les rodes de tren provocarà estrès alternatiu a les baranes. Quan el nombre d’aquests cicles d’estrès arriba a un nivell determinat, els defectes minúsculs o les parts febles dins dels carrils poden iniciar esquerdes i expandir -se gradualment, provocant que es produeixin un trencament ferroviari i provoquen greus accidents de seguretat ferroviària. Sobretot en línies de ferrocarril d’alta velocitat, el tren funciona a una velocitat alta i el pes de l’eix es concentra. En els ferrocarrils de càrrega pesada, la càrrega del tren és gran i la freqüència d’operació és alta, de manera que la càrrega de fatiga dels carrils és més severa. Per tant, la prova de fatiga ferroviària, avaluar amb precisió el rendiment de fatiga dels carrils i predir la vida útil dels carrils amb antelació és de gran importància per garantir la seguretat del transport ferroviari i reduir els costos de manteniment.
II. Principi i mètode de prova de fatiga ferroviària
(I) Principi de prova
La prova de fatiga ferroviària es basa en la teoria de la fatiga de materials, és a dir, sota l’acció de l’estrès altern, fins i tot si el nivell d’estrès és inferior a la seva força de rendiment estàtic, es produirà danys de fatiga després d’un cert nombre de càrrega cíclica. La prova simula l’estat d’estrès del ferrocarril en servei real, s’aplica càrregues periòdiques a l’exemplar ferroviari i registra el nombre de cicles des de l’inici de la càrrega fins a l’aparició d’esquerdes de fatiga i després per completar la fractura de la mostra, per tal d’avaluar la vida de fatiga del ferrocarril. Al mateix temps, amb l’ajuda de mètodes d’anàlisi microscòpics, com ara la microscòpia electrònica d’escaneig (SEM), s’observen els canvis en la microestructura del ferrocarril durant el procés de fatiga i s’explora profundament el mecanisme d’inici i extensió de les esquerdes de fatiga.
(Ii) Mètodes de prova principals
Prova de simulació de laboratori:Els exemplars estàndard es tallen de les baranes i es proven en màquines de proves de fatiga. Les màquines comunes de proves de fatiga inclouen màquines de prova de fatiga servo-hidràulica electrohidràulica, màquines de prova de fatiga de ressonància, etc. Durant la prova, el tipus de càrrega (com la fatiga de flexió, la fatiga de compressió de tracció, etc.), l'amplitud de la càrrega, la freqüència de càrrega i altres paràmetres s'estableixen segons l'estrès real dels ferrocarrils.
Prova de control in situ:A la línia de ferrocarril real, s’instal·len sensors per controlar els carrils en temps real. Mitjançant sensors de tensió, sensors de desplaçament i altres equips, les dades de tensió i tensió dels carrils quan es recullen els passis del tren per analitzar l’estat d’estrès real i el dany de fatiga dels carrils. Al mateix temps, combinat amb proves no destructives regulars (com la detecció de defectes d’ultrasons i la detecció de defectes de corrent de remolí), es fa un seguiment del desenvolupament d’esquerdes dins dels carrils per proporcionar un suport real de dades per a proves de simulació de laboratori, de manera que els resultats de la prova s’apropen a la situació real del servei.
Iii. Escenaris d'aplicació de prova de fatiga ferroviària
(I) Enllaç de producció i investigació i desenvolupament ferroviari
A les empreses de producció ferroviària, la prova de fatiga és un enllaç clau en el desenvolupament de nous productes i el control de qualitat. Realitzant proves de fatiga en exemplars ferroviaris fets de diferents composicions i diferents processos de producció, es comparen i s’analitzen les diferències en el rendiment de fatiga, i s’optimitzen el procés de composició i producció química dels carrils.
(Ii) Enllaç d'acceptació del projecte ferroviari
Després de la finalització d’un nou projecte ferroviari, les proves de fatiga dels rails relaxats són una part important de l’acceptació de la qualitat. Les proves de fatiga de laboratori es realitzen en exemplars de ferrocarril de mostra, combinades amb el control de la força ferroviari in situ, per avaluar la fiabilitat de la fatiga dels carrils dins de la vida útil dissenyada. Si els resultats de les proves no compleixen els estàndards, es pot requerir a la part de la construcció per substituir els carrils o prendre mesures de reparació de manera puntual per evitar afectar la seguretat operativa del ferrocarril després d’obrir -se a causa del rendiment insuficient de fatiga dels carrils.
(Iii) Enllaç de funcionament i manteniment ferroviari
En el funcionament diari del ferrocarril, l’avaluació del rendiment de la fatiga dels rails de servei es realitza regularment. Segons els resultats de la prova, els carrils amb danys de fatiga greus es controlen o es substitueixen amb antelació i els plans de manteniment es disposen raonablement.
Iv. Tendència de desenvolupament de la tecnologia de proves de fatiga ferroviària
Amb el desenvolupament continu de la ciència dels materials, la tecnologia de la informació i la tecnologia d’intel·ligència artificial, la tecnologia de proves de fatiga ferroviària avança cap a la intel·ligència i la precisió. D’una banda, els nous equips de prova integren l’anàlisi de dades grans i els algoritmes d’aprenentatge automàtic, que poden processar ràpidament i minvar profundament dades de proves massives, identificar automàticament les característiques de fissures de fatiga i predir amb més precisió la vida de fatiga dels rails. D'altra banda, l'aplicació de la tecnologia de modelatge i simulació digital tridimensional pot simular el procés de fatiga dels carrils en condicions de treball complexes en ordinadors, reduir el nombre de proves físiques i accelerar el desenvolupament de nous productes. A més, s’espera que l’aplicació de la nanotecnologia en el tractament de la superfície del material millori el rendiment superficial dels rails i millori la resistència a la fatiga, que també suposa nous reptes i oportunitats per als mètodes de prova de resistència a la fatiga corresponents.