Zasnova življenjske dobe zaradi utrujenosti in optimizacija prilagajanja vibracijskih obremenitev tirnic za elastične sponke
Kakšni so glavni vplivi amplitude in frekvence vibracijske obremenitve tirnice na življenjsko dobo vzmetnih sponk tirnice?
Amplituda in frekvenca vibracijske obremenitve tirnice sta dva ključna dejavnika, ki vplivata na življenjsko dobo vzmetnih sponk tirnice. Njihov skupni učinek neposredno določa stopnjo poškodbe sponke zaradi utrujenosti; večja kot je amplituda in višja kot je frekvenca, krajša je življenjska doba utrujenosti. Večja amplituda vibracijske obremenitve povzroči večjo elastično deformacijo sponke med delovanjem, kar povzroči večjo izmenično napetost znotraj sponke. Ko se izmenična napetost približa meji obremenitve sponke, so nagnjene k nastanku mikrorazpok, širjenje teh mikrorazpok pa znatno skrajša življenjsko dobo ob obremenitvi. Višja frekvenca vibracijske obremenitve povzroči več ciklov deformacije na enoto časa, kar povzroči hitro kopičenje poškodb zaradi utrujenosti. Tudi če je izmenična obremenitev pod mejo utrujenosti, lahko dolgotrajno-ciklično-visokofrekvenčno cikliranje še vedno povzroči odpoved zaradi utrujenosti. Amplituda vibracijske obremenitve na progah za-težke tovore je 30 %-40 % višja kot na običajnih progah, frekvenca vibracij na progah za-visoke hitrosti pa je 50 %-60 % višja. Zato so zahteve glede življenjske dobe ob utrujenosti za vzmetne sponke gosenic za velike obremenitve in visoke hitrosti veliko višje od tistih za običajne proge. Načrt življenjske dobe ob utrujenosti vzmetnih sponk mora biti natančno nastavljen glede na amplitudo obremenitve in frekvenco različnih vodov, da se zagotovi, da se stopnja poškodb zaradi utrujenosti ujema z življenjsko dobo kabla.
Kako natančno uskladiti mejo utrujenosti materiala elastičnega traku z izmenično obremenitvijo tira?
Natančno ujemanje meje utrujenosti materiala elastičnega traku z izmenično napetostjo tira je jedro zasnove življenjske dobe elastičnega traku zaradi utrujenosti, ki se v glavnem izvaja v treh korakih:določanje napetosti, izbira materiala in postopek prilagajanja, da se zagotovi, da je izmenična napetost vedno nižja od meje utrujenosti. Najprej z mehanskim simulacijskim izračunom določite dejansko vrednost izmenične napetosti elastičnega traku pod ustreznimi delovnimi pogoji linije, celovito upoštevajte amplitudo vibracijske obremenitve, frekvenco, deformacijo elastičnega traku in druge dejavnike ter pridobite največjo izmenično napetost pod najbolj neugodnimi delovnimi pogoji. Drugič, izberite prilagojeni material glede na največjo vrednost izmenične napetosti. Običajno jeklo 60Si2MnA za elastične trakove ima mejo utrujenosti približno 450MPa, jeklo 60Si2CrVA pa ima mejo utrujenosti približno 550MPa. Proge-za težke vleke in proge za visoke{11}}hitrosti imajo visoko izmenično obremenitev, zato je izbrano jeklo 60Si2CrVA z visoko mejo utrujenosti; navadne{14}}hitrostne proge imajo nizke izmenične napetosti in jeklo 60Si2MnA lahko zadovolji povpraševanje. Tretjič, prilagodite dejansko mejo utrujenosti materiala s postopkom toplotne obdelave. Za elastične trakove težkih-vlečnih vrvi je sprejet postopek "kaljenja + popuščanje na srednji temperaturi", da se poveča meja utrujenosti materiala za nadaljnjih 10 %-15 %, tako da meja utrujenosti in izmenična obremenitev ohranita razumno varnostno mejo, ki jo je treba nadzorovati nad 20 %, da se prepreči, da bi izmenična obremenitev presegla mejo utrujenosti zaradi nihanja obremenitve. Hkrati je treba material v proizvodnji pregledati serijo za serijo, da se zagotovi, da je odstopanje med dejansko mejo utrujenosti in projektno vrednostjo manjše ali enako ±5 %, s čimer se zagotovi natančno ujemanje meje utrujenosti in izmenične napetosti iz vira.
V katerih vidikih lahko zasnova strukturne optimizacije elastičnih trakov zmanjša poškodbe zaradi utrujenosti, ki jih povzročajo vibracije?
Zasnova strukturne optimizacije elastičnih trakov zmanjšuje poškodbe zaradi utrujenosti, ki jih povzročajo vibracije, predvsem s treh glavnih vidikov:nadzor deformacije, disperzija napetosti in optimizacija kontakta, zaradi česar je napetost elastičnega traku bolj enakomerna pod dinamično obremenitvijo in zmanjša koncentracijo lokalne napetosti. Kar zadeva nadzor deformacije, je delovna deformacija elastičnega traku zasnovana tako, da znaša 60 %-70 % meje elastičnosti, da se prepreči močno povečanje izmenične napetosti, ki jo povzroči čezmerna deformacija. Hkrati je sprejeta postopna zasnova-prečnega prereza, da se napetost enakomerno porazdeli, ko se elastični trak deformira, kar preprečuje mikro-razpoke, ki jih povzroči čezmerna lokalna deformacija. Kar zadeva disperzijo napetosti, so ostri koti in zavoji elastičnega traku obdelani z ločnim prehodom s polmerom najmanj 5 mm, da se odpravijo točke koncentracije napetosti. Hkrati so na korenu elastičnega traku dodane ojačane izbokline za izboljšanje strukturne trdnosti korena in zmanjšanje napetosti korena med vibracijami, ker je koren visoko-območje pojava poškodb zaradi utrujenosti elastičnega traku. V smislu optimizacije kontakta se točkovni stik med elastičnim trakom in tirnico spremeni v površinski stik, da se poveča kontaktna površina in razprši kontaktna napetost. Hkrati je na kontaktnem delu zasnovana površina za prileganje obloka, ki se natančno ujema z ukrivljeno površino tirnega traku, da se prepreči dodatna obremenitev, ki jo povzroči zamik kontakta med tresljaji. Poleg tega optimizirajte položaj oporne točke napetosti elastičnega traku, da naredite roko sile med oporno točko in točko uporabe sile bolj razumno, zmanjšajte nihanje navora med procesom vibracij, dodatno zmanjšajte amplitudo izmenične napetosti in zmanjšajte poškodbe zaradi utrujenosti na vsestranski način.
Zakaj se pri postopkih toplotne obdelave elastičnih trakov za-vlečne vrvi uporablja kombinacija "kaljenja + popuščanja na srednji temperaturi"?
Elastični trakovi za vrvi za-težki prevoz prenašajo izmenične vibracijske obremenitve z veliko amplitudo in visoko frekvenco. Kombinacija "kaljenja + kaljenja na srednji temperaturi" je sprejeta za toplotno obdelavo, ki je bistvenega pomena, da material elastičnega traku pridobi celovite lastnostivisoka trdota, visoka meja utrujenosti, dobra elastičnost in udarna žilavost, ki se natančno prilagaja težkim delovnim pogojem težkega prevoza. Postopek kaljenja lahko preoblikuje jekleno strukturo elastičnega traku iz perlita v martenzit, kar močno izboljša trdoto in natezno trdnost materiala, zaradi česar površinska trdota elastičnega traku doseže HRC45-50, kar je dovolj, da se upre plastičnim deformacijam in obrabi pod velikimi obremenitvami ter postavi strukturni temelj za prenašanje velikih izmeničnih obremenitev. Srednjetemperaturno popuščanje na osnovi kaljenja odpravlja notranje napetosti, ki nastanejo pri kaljenju, preprečuje pokanje elastičnega traku pri vibracijah zaradi prevelike notranje napetosti in hkrati pretvarja martenzit v popuščeni troostit. Ta struktura ima visoko elastičnost in dobro udarno žilavost, kar lahko ohrani stabilnost elastičnega traku med ponavljajočo se elastično deformacijo brez krhkega zloma. Če se uporablja le postopek kaljenja, ima elastični trak visoko trdoto, vendar slabo žilavost in se zlahka zlomi pod vplivom vibracij; če se uporabi kaljenje pri nizki temperaturi, je odprava notranje napetosti nezadostna in meja utrujenosti se bo močno zmanjšala; visokotemperaturno kaljenje bo povzročilo zmanjšanje trdote in elastičnosti elastičnega traku, ki ne more prenesti velikih obremenitev. Kombinacija "kaljenja + popuščanja na srednji temperaturi" lahko doseže ravnovesje zmogljivosti, zaradi česar življenjska doba, elastičnost in žilavost elastičnega traku izpolnjujejo konstrukcijske zahteve prog za težke vleke.
Kako zmanjšati dinamično obremenitev pod vibracijsko obremenitvijo z optimizacijo kontaktnega načina med elastičnim trakom in tirnico?
Bistvo zmanjšanja dinamične obremenitve z optimizacijo kontaktnega načina med elastičnim trakom in tirnico je, da se napetost na kontaktnem delu naredi enakomerno in se izogne kontaktnemu odmiku in dodatni napetosti, kar se v glavnem izvaja s treh vidikov:kontaktni obrazec, kontaktno območje in položaj kontakta. Kar zadeva kontaktni obrazec, se tradicionalni kontakt točka/črta spremeni vpovršinski stik obloka, se ukrivljenost površine loka natančno ujema z ukrivljenostjo površine tirnice, prilegajoča reža pa je manjša ali enaka 0,1 mm. Kontaktni položaj med elastičnim trakom in tirnico se med tresljaji ne bo premaknil, s čimer se izognete dodatni prečni napetosti, ki jo povzroči premik. Hkrati lahko površinski stik povzroči enakomerno porazdelitev dinamične napetosti na kontaktni površini in zmanjša lokalno koncentracijo napetosti. Kar zadeva kontaktno površino, ustrezno povečajte kontaktno končno površino elastičnega traku z 8-10 mm na 12-15 mm širine. S povečanjem kontaktne površine se bo dinamična kontaktna obremenitev na enoto površine zmanjšala za 20%-30%, kar močno zmanjša poškodbe zaradi utrujenosti na kontaktnem delu. Kar zadeva kontaktno pozicioniranje, dizajnizbokline proti-izklopana kontaktnem koncu elastičnega traku, ki se natančno ujemajo z utori tračnice, da preprečijo bočno premikanje elastičnega traku med vibracijami, zagotovijo stabilnost kontaktnega položaja in preprečijo nenadno spremembo dinamične napetosti, ki jo povzroči gibanje. Poleg tega je na kontaktni površini izvedena obdelava s peskanjem proti zdrsu, da se nadzoruje koeficient trenja v razumnem območju 0,20–0,25, kar ne le preprečuje zdrs na kontaktnem delu, temveč tudi prepreči izgubo pri prenosu napetosti, ki jo povzroči previsok koeficient trenja, omogoči nemoten prenos dinamične obremenitve in dodatno zmanjša nihanje napetosti, ki ga povzročajo vibracije.