Odmik nevtralne osi tirnega odseka in optimizacija porazdelitve napetosti pod dinamično obremenitvijo kolesa-tirnice
Zakaj je nevtralna os prečnega-prereza tirnice zasnovana tako, da je zamaknjena proti glavi tirnice, namesto da bi bila v geometrijskem središču?
Med vožnjo vlaka kontaktna sila koles-tirnice povzroči upogibno deformacijo tirnice: glava tirnice je izpostavljena tlačni obremenitvi, osnova tirnice pa natezni obremenitvi. Meja natezne utrujenosti jekla je veliko nižja od meje tlačne utrujenosti. Če je nevtralna os v geometrijskem središču, bo najvišja natezna napetost na dnu tirnice daleč presegla tlačno napetost na glavi tirnice, kar povzroči, da se razpoke zaradi utrujenosti najprej začnejo na dnu tirnice. Zamik proti glavi tirnice (za 5 %-10 % višine tirnice) poveča modul upogibnega odseka osnove tirnice, zmanjša največjo natezno napetost in ohranja tlačno napetost glave tirnice v razumnem območju, s čimer se doseže "natezno-ravnovesje utrujenosti pri tlačnem tlaku"-, ki je temeljno načelo načrtovanja prečnega prereza tirnice.
Kakšne so zahteve glede diferenciranega odmika za nevtralno os tirnice na progah z različnimi osnimi obremenitvami?
Za običajne proge (osna obremenitev manjša ali enaka 23t) z majhnimi obremenitvami odmik 5%-7% višine tirnice izpolnjuje zahteve za uravnoteženje napetosti. Za težke-tegovalne proge (osna obremenitev večja ali enaka 30 t) z izjemno visoko natezno napetostjo na dnu tirnice se odmik poveča na 8 %-10 %, da se dodatno izboljša modul osnovnega odseka tirnice in zavira rast natezne napetosti. Pri -hitrostnih progah (hitrost večja ali enaka 350 km/h) visoka frekvenca dinamične obremenitve kljub majhnim osnim obremenitvam zahteva odmik 6-8 % izravnalne napetosti, hkrati pa zagotavlja splošno togost tirnice, izogibanje nezadostni togosti glave tirnice in ogroženo stabilnost stika med kolesom in tirnico, ki jo povzroči prevelik odmik.
Katere tipične bolezni utrujenosti tirnic povzroča nerazumna zasnova odmika nevtralne osi?
Nezadosten odmik vodi do prekomerne natezne napetosti na dnu tirnice, ki se začnerazpoke na podlagi tirniceki se začnejo na spodnjem robu tirnice in se širijo proti tračnici, kar na koncu povzroči zlom tirnice. Prekomerni odmik koncentrira čezmerno tlačno napetost na glavi tirnice, kar vodi doplastični tokna vozni površini (tvorjenje izboklin in valov) in koncentracija natezne napetosti na zgornjem traku, ki sprožirazpoke vodoravne tirnice. Oba scenarija porušita ravnovesje utrujenosti tirnice, drastično skrajšata življenjsko dobo in povečata stroške vzdrževanja.
Kako se zasnove zamika nevtralne osi mednarodnih standardnih tirnic (npr. UIC 60, AREMA 136RE) razlikujejo od kitajskih standardnih tirnic?
Tirnica UIC 60 ima nevtralni odmik osi 42 % višine tirnice, kar je nekoliko nižje od kitajske standardne tirnice 60 kg/m (45 %), saj se prilagaja evropskim vlakom z nizkimi osnimi obremenitvami in velikimi premeri koles, ki zahtevajo nižjo natezno napetost na dnu tirnice. Tirnica AREMA 136RE, zasnovana za težke vleke, ima zamik 48 % višine tirnice-ki daleč presega kitajsko standardno tirnico 75kg/m-prilagaja se severnoameriškim težkim-vlakom z izjemno-velikimi osnimi obremenitvami (večjimi ali enakimi 35t) in se osredotoča na izboljšanje natezne zmogljivosti tirnice. Te razlike izvirajo iz parametrov vlaka in pogojev na progi v različnih regijah, kar zahteva strogo ujemanje s standardi obremenitve ciljnega trga med načrtovanjem.
Kako zagotoviti točnost odmika nevtralne osi med proizvodnjo tirnega valja?
Jedro leži vprestati načrtovanje in nadzor vrzeli. Namenski sistem prehoda tirnice je zasnovan za natančen nadzor dimenzij vsakega prečnega-dela preseka s prilagajanjem razmerja oblikovanja valjanja glave tirnice, stojine in podlage. V fazi končnega valjanja se CNC-naprava za prilagajanje razmika valjev uporablja za-spremljanje prečnih-dimenzij tirnic v realnem času; če odstopanje debeline osnovne tirnice preseže ±0,3 mm, se valjčna vrzel takoj prilagodi, da se zagotovi odmik nevtralne osi znotraj ±1 % projektirane vrednosti. Po proizvodnji je vsaka serija tirnic podvr-skeniranju presekov, da se izriše krivulja položaja nevtralne osi-neskladnim-izdelkom je strogo prepovedano zapustiti tovarno.