Razmerje trdote pri stiku s prstom-
Elastična sponka je najprej vzmet in nato zaponka. Jeklo sponke mora ostati elastično zaradi svojega delovnega upogiba, kar zahteva visoko mejo tečenja, trdota pa je praktično merilo te trdnosti. Sponke tipa E- in podobne so običajno izdelane iz vzmetnega jekla 60Si2MnA, 55Si2Mn ali 38Si7 in utrjene na 44-48 HRC, približno 430–470 HB. Standardno ogljikovo jeklo za tirnice je za primerjavo približno 260-300 HB na glavi in vznožju, tirnice, utrjene z glavo, pa dosegajo približno 340-380 HB. Sponka je zato vedno trša od tirnice, pri združljivosti pa ne gre za enako trdoto, temveč za nadzor posledic razlike v trdoti: dovolj velika kontaktna površina na prstnem delu sponke, obremenitev prstnega dela znotraj načrtovanega območja in brez relativnega gibanja na stiku, ki bi zarezalo nogo tirnice.
Trdota in obraba vznožja tirnice
Pri prstu sponke je kontaktni pritisk visok in vsako mikro-premikanje med spono in nogo tirnice obrabi mehkejšo površino, ki je tirnica. S standardno tirnico približno 260-300 HB sponka v razponu 44–48 HRC zdrži svojo obremenitev prstov, ne da bi se zarezala v tirnico, obraba na terenu na nogi tirnice pa ostane znotraj globine, ki jo dovoljujejo standardi vzdrževanja. Na z glavo utrjenih tirnicah s trdoto noge blizu 350 HB in več se ravnovesje obrabe premakne in na strani sponke na kontaktu pride do večje izgube materiala; operaterji na takšnih linijah med pregledom spremljajo obrabo sponk in zamenjajo sponke prej kot pozneje. Praktično pravilo je, da je trdota sponke nastavljena z zasnovo vzmeti in zahtevo glede utrujenosti, profil tirnice pa je izbran tako, da ustreza prometu, medtem ko je kontaktna geometrija zasnovana tako, da ohranja počasno obrabo na obeh delih.
Zlitina proti ogljikovemu vzmetnemu jeklu v hladnih podnebjih
Vrsta vzmetnega jekla spremeni nizko-temperaturno obnašanje sponke. Razredi zlitin, ki vsebujejo mangan pri približno 1,0-1,5 % ali vanadij pri približno 0,1-0,2 %, ohranijo duktilnost do približno -30 stopinj do -40 stopinj, zaradi česar je sponka elastična, ko jo zadene vlak pri nizki temperaturi. Navadno ogljikovo vzmetno jeklo izgubi duktilnost v enakem obsegu in trda, toga sponka pod udarcem lahko poči pri koncentraciji napetosti, kot je koren upogiba. Za proge v celinskem in arktičnem podnebju bi morala specifikacija navesti stopnjo zlitine, ki je odporna na mraz, sprejemni preskus pa bi moral vključevati preverjanje upogiba pri nizki temperaturi, ne le preskusa utrujenosti pri sobni temperaturi.
Geometrija upogiba in elastično območje
Polmer ukrivljenosti zavoja sponke določa, koliko upogiba lahko sponka absorbira, preden napetost v vlaknu doseže točko tečenja. Večji radij upogiba, na primer približno 25 mm, porazdeli obremenitev po daljšem loku in daje širši elastični razpon, ki omogoča raztezanje in krčenje tirnice do približno 10 mm pred trajno utrditvijo. Manjši radij, na primer približno 15 mm, daje večjo začetno napetost pri enakem upogibu, vendar ožje elastično okno, ki ustreza linijam v stabilnih temperaturnih območjih z majhnim premikanjem tirnice. Pri izbiri je treba pretehtati sezonsko temperaturno območje proge glede na zahtevano obremenitev prstov; na dolgih varjenih tirnicah v vročem podnebju je širši razpon elastičnosti običajno varnejša izbira.
Ohranjanje vpenjalne sile ob obrabi tirnic
Tirnice izgubijo 1-3 mm višine glave in stopal v 5-10 letih delovanja, prstni del sponke pa sledi nogi tirnice, kar zmanjša obremenitev prstov, razen če sistem lahko kompenzira. Nastavljive-napenjalne zasnove uporabljajo luknje za pritrditev z režami ali odstranljive podložke, tako da je sponko mogoče premakniti za majhno količino, da se obnovi deformacija zasnove; to dokumentirano podaljša življenjsko dobo sponk za 30-40 % v primerjavi z zasnovami s fiksno{11}}napetostjo na isti liniji. Na progah za visoke hitrosti nad 300 km/h zasnove vzmetnih sponk ohranjajo vpenjalno silo v območju 20–30 kN z visokofrekvenčnimi vibracijami in absorbirajo del energije udarca na sponko, kar zmanjša obrabo tako sponke kot noge tirnice v primerjavi s togim vpenjanjem.
Navodila za izbiro za kupce
Ko zahtevate vzorce sponk, navedite razred tirnega jekla in njegovo trdoto; sponka, razvita za standardno tirnico, bo morda zahtevala preverjanje geometrije na-kaljeni tirnici.
Za projekte v-hladnem podnebju navedite legirano vzmetno jeklo, kot je 38Si7, ali razred-z manganom in zahtevajte podatke o preskusu upogiba pri nizki-temperaturi.
Za proge z velikimi temperaturnimi nihanji raje uporabite večji radij upogiba in preverite elastično območje glede na pričakovano gibanje tirnice.
Potrdite obremenitev konice pri konstrukcijskem upogibu, običajno 8-13 kN za sponke tipa E, in življenjsko dobo ob obremenitvi pri tem upogibu glede na uporabljeni standard pritrditve.
Vprašajte za območje trdote v potrdilu o pregledu; obseg 44-48 HRC je običajen sprejemni pas za sponke iz vzmetnega jekla.
Pogosto zastavljena vprašanja
V: Ali naj se trdota sponke ujema s trdoto tirnice?O: Ne. Sponka mora biti trša od tirnice, da ohrani svoje vzmetne lastnosti, združljivost pa se upravlja z geometrijo kontakta in obremenitvijo prstov, ne z enako trdoto.
V: Kaj se zgodi, če je sponka premehka?O: Mehka sponka popusti pri svojem delovnem upogibu, izgubi obremenitev prstov in zgodaj ne opravi preizkusa utrujenosti; ne more ohraniti vpenjalne sile, ki jo zahteva standard pritrditve.
V: Ali trdota sponke vpliva na nogo tirnice?A: Posredno. Konica sponke pritiska na nogo tirnice in s pravilno geometrijo je stopnja obrabe na nogi tirnice v mejah vzdrževanja; pri neporavnani geometriji lahko trša sponka zabode nogo tirnice.
V: Katero vzmetno jeklo je najboljše za hladno podnebje?O: Razredi zlitin, kot je 38Si7, ali stopnje ogljika z dodatkom mangana ali vanadija, ohranjajo duktilnost do približno -30 stopinj do -40 stopinj in so odporne na krhek zlom ob udarcu.
V: Kako se v proizvodnji preverja trdota sponke?O: S testiranjem trdote po Rockwellu na končnem posnetku, z območjem sprejemljivosti običajno 44–48 HRC, zabeleženim v potrdilu o materialu za vsako serijo.