Per què la mida del fil estableix el sostre de precàrrega
La precàrrega és la tensió que porta el cargol després d'estrenyir-lo, i és el que realment subjecta la peixada o l'espatlla del clip. La precàrrega màxima utilitzable està limitada per l'àrea de tensió de la secció roscada, que creix aproximadament amb el quadrat del diàmetre. Un cargol M16 té una àrea d'esforç d'uns 157 mm2; un cargol M36 té una àrea de tensió d'uns 817 mm2, aproximadament 5,2 vegades més gran, de manera que amb la mateixa utilització de la seva força de prova, l'M36 pot aguantar unes cinc vegades la precàrrega de l'M16. En números rodons per al servei de fixació de ferrocarril, un cargol M16 de grau 8.8 s'estreny fins a una precàrrega d'entre 60 i 80 kN, mentre que un M36 de grau 10.9 es pot estrènyer fins a 450 kN. El salt entre mides adjacents és substancial: passar de M16 a M20 a M24 a M30 augmenta la precàrrega disponible entre un 50 i un 70 per cent a cada pas, motiu pel qual les juntes de peix de transport pesat-desplacen a M24 i superior tan aviat com la càrrega ho requereixi.
El parell és només un mitjà per precàrrega
En el treball de via, l'instal·lador no pot mesurar directament la tensió del cargol, de manera que s'utilitza el parell com a indicador pràctic. La relació entre parell i precàrrega es regeix pel pas de la rosca, la fricció de la rosca i la fricció del cap, resumida en l'equació de parell clàssica utilitzada per VDI 2230: una regla general per a cargols d'acer amb lubricació normal és que només entre un 10 i un 15 per cent del parell aplicat es converteix en precàrrega, i la resta es consumeix per la fricció. Com que la fricció varia amb el recobriment, la lubricació i l'estat de la superfície, el mateix parell pot produir diferents precàrregues en diferents cargols; és per això que els valors de referència de parell es comenten sempre per a un estat de fricció definit i per això s'ha de tenir en compte l'efecte del tractament superficial.
Per als cargols galvanitzats per immersió en calent, el coeficient de fricció de la rosca és notablement diferent dels perns negres-oliats, de manera que s'ha de derivar el parell de tensió-per a l'estat real de recobriment i lubricació en lloc de copiar-se d'una taula general. A la pràctica, les organitzacions d'enginyeria estableixen el parell d'instal·lació mitjançant la calibració de la combinació real de cargols, femelles, volanderes i recobriment, i els valors de la taula de referència ràpida a continuació assumeixen fils nets i lleugerament oliats.
Valors pràctics de referència de parell
Els valors següents són parells d'instal·lació típics per a la placa de rail i els cargols de fixació als graus de resistència d'ús habitual, assumint fils nets i lubricació normal; són punts de partida per a un calibratge, no substituts de l'especificació del parell del projecte.
| Fil | Grau | Interval de precàrrega típic (kN) | Parell de tensió típic (N-m) |
|---|---|---|---|
| M16 | 8.8 | 60-80 | 250-300 |
| M20 | 8.8 | 95-125 | 400-450 |
| M24 | 10.9 | 160-200 | 800-900 |
| M30 | 10.9 | 250-310 | 1500-1600 |
El salt de M24 a M30 duplica aproximadament el parell i la precàrrega, per això el mètode d'estrenyiment ha de canviar amb l'especificació.
Per què es necessiten claus hidràuliques per a M24 i superiors
Una clau de parell de tipus clic-que s'utilitza habitualment a la via té un rang superior pràctic d'uns 400 N-m, que està per sota del parell de disseny d'un cargol M24 de grau 10,9 entre 800 i 900 N-m i molt per sota dels 1500 N-m d'una regió de M24. Intentar assolir aquests valors a mà no és precís ni segur. Les claus dinamomiques hidràuliques cobreixen l'interval de 500 a 5000 N-m, apliquen un parell suau sense cops i mantenen el valor objectiu amb una repetibilitat normalment d'un 5 per cent. També eliminen el factor humà: amb una clau manual, cada instal·lador aplica una força diferent, i la dispersió de la precàrrega a través d'una junta de peix és prou gran com per deixar alguns cargols a prop del rendiment i d'altres amb prou feines. L'estrenyiment hidràulic, seguit idealment d'una auditoria de parell, manté la dispersió de la precàrrega petita i el comportament de la junta és previsible.
Què passa malament quan el fil i el parell no coincideixen
L'error d'instal·lació clàssic és l'excés de parell-d'un cargol petit. El cargol cedeix a la secció roscada, l'allargament permanent fa que no es pugui mantenir la precàrrega i, sota la vibració de servei, la junta perd la seva força de subjecció; llavors el cargol funciona sota flexió i fatiga i, finalment, es fractura, generalment a la primera rosca enganxada. Sota-un parabolt gran deixa l'articulació solta des del principi: la bretxa de la peixera s'obre i es tanca sota cada roda, el cargol veu alternar cisalla i flexió, l'extrem del rail es bateja i la geometria de l'articulació es deteriora. Una junta solta d'aquesta manera consumeix hores de manteniment desproporcionades a la seva longitud i és una font coneguda de defectes-extrems del carril. La solució d'enginyeria és sempre la mateixa: seleccioneu la mida de la rosca perquè la precàrrega necessària estigui còmodament dins de la capacitat del cargol i configureu el parell perquè la precàrrega s'aconsegueixi sense superar al voltant del 80 al 90 per cent de la tensió de prova.
Fils llargs i estabilitat de precàrrega en línies de transport pesats-
A les juntes de transport pesats-la longitud del fil enganxat també és important. Un enganxament de fil més llarg augmenta el nombre de fils carregats, distribueix la càrrega de manera més uniforme, redueix la concentració de tensió al primer fil i redueix l'esforç de cisalla per unitat de longitud enganxada. Els cargols amb seccions roscades més llargues també toleren una tensió més elàstica, la qual cosa ajuda a que l'articulació mantingui la precàrrega mitjançant cicles de temperatura i impactes repetits. Aquesta és la raó d'enginyeria per la qual s'especifiquen els cargols de peix de transport pesat-con longituds de rosca més llargues i per què la substitució per un pern d'automòbil de rosca curta-mai no és acceptable en servei de via.
PMF
Per què és més important la precàrrega que el propi parell?
Perquè la precàrrega és la força de tancament real que manté l'articulació tancada i els components es mouen; El parell només és una manera pràctica de produir precàrrega, i el mateix parell pot donar diferents precàrregues en diferents condicions de fricció.
Quin parell de torsió es requereix per a un cargol de rail M24 de grau 10.9?
El parell d'instal·lació típic està en el rang de 800 a 900 N-m amb lubricació normal, que produeix una precàrrega d'aproximadament 160 a 200 kN; el valor s'ha de calibrar per al recobriment i el lubricant reals.
Una clau de torsió manual pot estrènyer correctament els cargols M30?
No. El parell de disseny d'un cargol M30 de grau 10,9 és d'uns 1500 N-m i més, molt més enllà del rang pràctic de les claus de clic de mà-; es requereix una clau de torsió hidràulica.
Per què els cargols galvanitzats necessiten diferents valors de parell?
Com que la capa de zinc canvia el coeficient de fricció del fil i, per tant, canvia la fracció de parell que es converteix en precàrrega; el parell de tensió s'ha de derivar-per a l'estat de la superfície galvanitzada, normalment amb les rosques lubricades.
Què passa si s'estreny un cargol més enllà del rendiment?
El cargol fa un estirament permanent, la precàrrega es relaxa per sota del valor de disseny, i sota vibració l'articulació s'afluixa; aleshores el cargol porta cicles de fatiga a la flexió i normalment falla a l'arrel del fil.
Com es verifica la precàrrega correcta al lloc?
Amb una auditoria de parell mitjançant una clau calibrada, mesurant l'angle de gir addicional o amb un indicador de tensió directe, com ara una rentadora-indicadora de càrrega; el criteri d'acceptació és una precàrrega dins de la banda especificada, no només la lectura de la clau.