Delovanje vzmetnih sponk na utrujenost in življenjska doba tokokroga
Kateri so temeljni standardi za preskušanje utrujenosti nacionalnih standardnih tirnih sponk?
Nacionalne standardne tirne sponke morajo opraviti najmanj 2 milijona preskusov izmeničnih obremenitvenih ciklov in po preskusu niso dovoljene razpoke ali plastične deformacije. Amplituda obremenitve pri preskusu mora simulirati dejanske delovne pogoje proge. Amplituda obremenitve tirnih sponk za-hitrostne proge je ±3kN, za težke{5}}tirne sponke pa se poveča na ±5kN. Preskusno okolje mora zajemati temperaturno območje. Po preskusu pri sobni temperaturi je treba izvesti 500.000 ciklov pri ekstremnih temperaturah -40 stopinj oziroma 60 stopinj. Med preskusom je treba spremembo togosti sponke tirnice spremljati v realnem času, in če zmanjšanje togosti preseže 10 %, se oceni kot nekvalificirano. Poleg tega slabljenje vpenjalne sile tirne sponke po preskusu ne sme preseči 8 % začetne vrednosti, da se zagotovi, da lahko še vedno izpolnjuje zahteve glede pritrditve tira.
Kakšne so razlike med kazalniki učinkovitosti utrujenosti tujih standardnih tirnih sponk in nacionalnih standardov?
Zahteva glede cikla preskusa utrujenosti evropskih standardnih sponk za tirnice je 2,5-milijonkrat, kar je 500.000-krat več kot nacionalni standard, preskusne zahteve za delovne pogoje pri nizkih-temperaturah pa so strožje in jih je treba dokončati pri -50 stopinjah. Nastavitev amplitude obremenitve ameriških standardnih sponk za tirnice je bolj prilagodljiva in je razdeljena na ravni ±4kN in ±6kN glede na osno obremenitev proge, da se prilagodi različnim potrebam težkega{10}}vleke. Preskus utrujenosti japonskih standardnih tirnih sponk bo dodal parametre frekvence vibracij, ki zahtevajo, da se cikel zaključi pod visoko-vibracijami 10 Hz, kar je bolj v skladu z visoko{13}}začetkom-delovnimi pogoji mestne železnice. Tuje standardne tirne sponke imajo nižjo toleranco za oslabitev togosti po testiranju, na splošno ne zahtevajo več kot 8 %, medtem ko je nacionalni standard 10 %. Hkrati bodo nekatere tuje standardne sponke za tirnice dodale preskuse utrujenosti v okolju s slanim pršenjem, da bi upoštevali učinkovitost proti -koroziji in proti utrujenosti.
Kako material tirnih sponk vpliva na njihovo vzdržljivost?
Vzmetno jeklo 60Si2MnA je pogosto uporabljen material za nacionalne standardne tirne sponke. Njegova visoka vsebnost silicija lahko izboljša mejo elastičnosti in utrujenostno trdnost jekla ter zagotovi osnovno življenjsko dobo ob utrujenosti. Tuje standardne sponke za tirnice pogosto uporabljajo vzmetno jeklo iz zlitine 55SiCr, dodani element kroma pa lahko dodatno izboljša odpornost jekla na popuščanje in podaljša življenjsko dobo proti utrujenosti pri visokih-temperaturnih delovnih pogojih. Če je materialna čistost sponke tirnice nezadostna in so v notranjosti vključki, bo postala začetna točka razpok zaradi utrujenosti in močno skrajša življenjsko dobo. Pomemben je tudi postopek toplotne obdelave materiala. S postopkom izotermnega kaljenja lahko tirna sponka pridobi bolj enakomerno strukturo, njena življenjska doba ob utrujenosti pa je za 30 % višja kot pri tirnični sponi s konvencionalnim kaljenjem. Poleg tega bo tirna sponka s površinskim razogljičenjem zmanjšala površinsko trdnost in je nagnjena k prezgodnji poškodbi zaradi utrujenosti pri izmeničnih obremenitvah.
Zakaj se je treba osredotočiti na optimizacijo odpornosti proti utrujenosti tirnih sponk za-proge za visoke hitrosti?
Frekvenca tresljajev hitrih-vlakov med obratovanjem znaša kar 8-10Hz, kar je več kot dvakrat več kot pri običajnih hitrih progah. Tirne sponke morajo prenašati pogostejše izmenične obremenitve, zato se lahko z optimizacijo odpornosti proti utrujenosti izognete prezgodnji odpovedi. Proge za-visoke hitrosti imajo izjemno visoke zahteve glede gladkosti tirov. Če ima sponka tirnice oslabitev togosti zaradi utrujenosti, bo to povzročilo zrahljanje tirnice in sprožilo geometrijska odstopanja tira. Gostota obratovanja prog-za visoke hitrosti je visoka in postopki zamenjave sponk za tirnice bodo vzeli veliko časa. Optimizacija učinkovitosti pri utrujenosti lahko podaljša cikel zamenjave in zmanjša stroške delovanja in vzdrževanja. Udarna sila kolesa-tirnice vlakov za visoke{13}}hitrosti je večja, optimizacija odpornosti proti utrujenosti pa lahko izboljša odpornost sponk tirnic na udarno utrujenost in zagotovi varnost pri vožnji. Hkrati je večina prog za visoke hitrosti tirnic brez balasta in težave pri popravilu okvare sponke tirnice so višje, zato je treba zmanjšati tveganje okvare z odlično odpornostjo proti utrujenosti.
Kako spremljati stanje utrujenosti tirnih sponk med fazo delovanja in vzdrževanja?
Med fazo delovanja in vzdrževanja je mogoče površinske razpoke tirnih sponk preveriti z vizualnim pregledom, pri čemer se osredotočajo na prehod obloka in konce tirnih sponk, kjer je verjetno, da pride do koncentracije napetosti. Za redno zaznavanje vpenjalne sile sponk tirnic se uporabljajo posebni instrumenti. Če se vpenjalna sila še naprej zmanjšuje in preseže 10 % začetne vrednosti, to pomeni, da se je njegova odpornost proti utrujenosti zmanjšala. Ultrazvočno tehnologijo za odkrivanje napak je mogoče uporabiti za odkrivanje mikro-razpok znotraj sponke tirnice in vnaprejšnje napovedovanje tveganja odpovedi zaradi utrujenosti. Zabeležite življenjsko dobo tirne sponke in skupno težo proge. Ko doseže 80 % načrtovane skupne teže pri prehodu, je treba pogostnost zaznavanja povečati. Poleg tega je mogoče v ključne odseke namestiti senzorje za spremljanje vibracij, da v realnem času zbirajo podatke o vibracijah tirnih sponk in z analizo podatkov ocenijo njihovo stanje utrujenosti.