Utrujenost zaradi napetosti in obrabni sklopni mehanizem elastičnih tirnih sponk pod visoko-frekvenčnimi dinamičnimi obremenitvami na vlakih
V1: Kaj je razjedanje med sponko in kontaktno površino tirnice in pod kakšnimi pogoji se najlažje pojavi?
A1: Fretting se nanaša na recipročno relativno gibanje z izjemno majhno amplitudo (običajno od mikronov do milimetrov) med dvema trdno povezanima komponentama pod zunanjimi vibracijami. Pri elastičnih sponkah visokofrekvenčne-navpične in bočne vibracije, ki jih ustvarjajo-hitri vlaki, povzročijo rahel zdrs na kontaktni točki med tirnico in sponko. Ko sponka ne more zagotoviti popolne toge omejitve, pride do strganja neprekinjeno. To je še posebej pomembno pri odsekih z nezadostno vpenjalno silo, visoko elastičnostjo blazinic in močnimi bočnimi vibracijami v ukrivljenih odsekih, kar vodi do nenehnega trenja in iztiskanja med kontaktnimi površinami ter trajnih poškodb zaradi strganja.
V2: Kako obraba zaradi strganja postopoma poškoduje delovno površino sponke?
A2: Med strganjem se na kovinski površini kontaktnega območja pojavljajo ponavljajoče se plastične deformacije, adhezija in striženje, kar ima za posledico utrjevanje in lomljenje, pri čemer nastanejo fini obrabni ostanki. Večina teh ostankov je železov oksid z visoko trdoto, ki tvori tro-abrazivno obrabo znotraj kontaktne površine in dodatno reže sponke in osnovne površine tirnice. Na dolgi rok se na delovni površini sponke pojavijo očitne obrabne brazde, drobljenje površine in izguba materiala, kar uniči stanje prileganja in neprekinjeno premika točko napetosti, kar vodi do stalnega upada efektivne vpenjalne sile.
V3: Kakšna je razlika med utrujenostjo zaradi vznemirjenja in navadno utrujenostjo in zakaj je bolj škodljiva?
A3: Navadno utrujenost v glavnem povzroča zunanja izmenična upogibna napetost, pri čemer se razpoke začnejo iz notranjih območij ali območij koncentracije napetosti; Utrujenost zaradi frettinga je posledica kombinacije obrabe zaradi frettinga in izmeničnega stresa. Fretting tvori veliko število mikro-prask, jamic in -otrdelih slojev na površini, ki so naravni viri razpok. Pri enaki stopnji napetosti se razpoke, nastale zaradi utrujanja, začnejo nekajkrat hitreje kot običajna utrujenost, z bolj zapletenimi potmi širjenja, ki pogosto kažejo hkratni razvoj več razpok. Zato lahko obrabna utrujenost povzroči nenadno pokanje ali zlom sponk, preden dosežejo načrtovano življenjsko dobo, z močno prikritostjo in nevarnostjo.
V4: Katere razmere na progi znatno poslabšajo poškodbe sponk zaradi utrujanja?
A4: Prvič, hitre-železnice in medkrajevne železnice z visoko hitrostjo in frekvenco tresljajev povečujejo draženje. Drugič, krivulje z majhnim-radijem in prehodne krivulje s kompleksnimi bočnimi silami povečajo amplitudo zdrsa. Tretjič, odseki z valovitimi tirnicami in nepravilnostmi na spojih povečajo udarne vibracije in močno povečajo cikle strganja. Četrtič, odseki z dolgoročno-nizko vpenjalno silo in nepravočasnim ponovnim zategovanjem zagotavljajo večji prostor za strganje. Poleg tega okolje z vetrom-peskom in prahom uvaja zunanje abrazive, ki pospešujejo tako obrabo kot obrabo zaradi utrujenosti.
V5: Kako zatreti utrujenost zaradi zasnove, materiala ter delovanja in vzdrževanja?
A5: Pri oblikovanju optimizirajte profil sponke in kontaktni lok, da izboljšate kondicijo in zmanjšate prostor za stiskanje; pravilno povečajte konstrukcijsko vpenjalno silo, da povečate omejitev vmesnika. Kar zadeva material, izberite vzmetno jeklo z boljšo odpornostjo proti strganju, v kombinaciji s strganjem, naogljičenjem in drugimi postopki utrjevanja površine za izboljšanje površinske trdote in tlačne napetosti, kar upočasni nastanek mikro-razpok. Med delovanjem strogo izvajajte ponovno zategovanje navora, da se izognete oslabitvi vpenjalne sile; pravočasno brušenje nepravilnosti tirnic za zmanjšanje vpliva vibracij; redno preverjajte obrabo površine sponk in vnaprej zamenjajte obrabljene sponke, da preprečite širjenje razpok do nevarnih ravni.