Zasnova profila glave tirnice in ujemanje stika-kolesa s tirnico za standardne tirnice GB/T in EN
Kakšna je razlika v kontaktni napetosti kolesa-tirnice med naklonom glave tirnice 1:20 pri tirnicah GB in naklonom 1:40 zunanjih standardnih tirnic?
Naklon glave tirnice 1:20 pri tirnicah GB ima bolj notranjo kontaktno točko, s 15 % manjšo kontaktno površino kolo-tirnice in višjim faktorjem koncentracije napetosti, kar ima za posledico kontaktno napetost 1200-1500 MPa. Naklon zunanjih standardnih tirnic v razmerju 1:40 premakne kontaktno točko na sredino glave tirnice, kar poveča kontaktno površino za 20 % in zmanjša napetost na 900-1100 MPa. Ko hitrost vlaka preseže 250 km/h, lahko naklon 1:40 zmanjša kontaktno napetost za več kot 20 %, kar učinkovito zmanjša lomljenje glave tirnice. Naklon 1:20 ima boljšo odpornost proti obrabi za proge z navadno hitrostjo, z enakomernejšo obrabo glave tirnice pri dolgotrajni uporabi. Zato je treba oba naklona izbrati glede na stopnjo hitrosti proge.
Zakaj imajo-proge za visoke hitrosti raje profil glave tirnice 1:40 zunanjih standardnih tirnic kot profil GB?
Proge za-visoke hitrosti imajo visoko frekvenco stika-tirnic. Profil 1:40 lahko enakomerneje porazdeli kontaktne točke koles-tirnic, s čimer se izogne lokalni koncentraciji napetosti. Profil 1:20 GB zlahka povzroči premik kontaktne točke pri visokih hitrostih, kar povzroči prekomerno obrabo na eni strani glave tirnice in povzroči "neenakomerno obrabo". Profil 1:40 ima večji polmer loka glave tirnice, ki lahko ublaži udarce-hitrostnega kolesa-tirnice in zmanjša hrup koles-tirnice za 3-5dB. Hkrati se ta profil bolje ujema z-kolesi za visoke hitrosti, s čimer podaljša življenjsko dobo para koles-tirnic za več kot 30 %, kar je osnovna izbira za proge za visoke hitrosti.
Kako bo odstopanje profila glave tirnice, ki presega 0,5 mm, vplivalo na življenjsko dobo tirnice?
Odstopanje profila glave tirnice za 0,5 mm spremeni kontaktni položaj kolesa-tirnice, kar povzroči neenakomerno porazdelitev napetosti na glavi tirnice. Odklonjena stran glave tirnice se bo prekomerno obrabila, s 25-odstotnim povečanjem stopnje obrabe, mikro-razpoke pa se zlahka oblikujejo. Dolgotrajno-odklon bo povzročil bolezni, kot je "zrušitev glave tirnice" ali "razpok", kar bo zmanjšalo življenjsko dobo tirnice za več kot 40 %. Poleg tega bo odstopanje profila spremenilo stransko kolesno-silo tirnice, kar bo povečalo nihanje širine in povečalo stroške vzdrževanja proge. Zato je treba toleranco profila strogo nadzorovati, ko tirnica zapusti tovarno, odstopanje pa je treba nadzorovati v območju ±0,2 mm.
Kako z brušenjem profila obnoviti ujemanje koles{0}}tirnic z zunanjimi standardnimi tirnicami?
Ko ima zunanja standardna tirnica odstopanje profila po servisiranju, jo lahko brusite s posebnim strojem za brušenje profilov. Med mletjem je treba kot merilo uporabiti naklon glave tirnice 1:40, plast odstopanja pa je treba postopoma odstraniti, pri čemer je treba količino mletja nadzorovati na 0,3–0,5 mm. Po brušenju je treba zaznati dolžino kontaktnega loka, da zagotovimo skladnost s standardnim profilom. Talna tirnica lahko obnovi več kot 80 % začetne zmogljivosti, kontaktna napetost pa se zmanjša za 15 %. Za tirnice z odstopanjem, ki presega 1 mm, brušenje ni priporočljivo, z neposredno zamenjavo pa se lahko izognete kasnejšim varnostnim nevarnostim.
Kakšen je mehanizem vpliva različnih zasnov naklona glave tirnice na življenjsko dobo glave tirnice ob utrujenosti?
Faktor koncentracije napetosti pri naklonu glave tirnice 1:20 je 1,8, pri naklonu 1:40 pa 1,5. Nižji ko je faktor koncentracije napetosti, daljša je življenjska doba utrujenosti. Profil 1:40 ima bolj gladek ločni prehod glave tirnice z enakomernejšo porazdelitvijo napetosti, kar lahko zmanjša verjetnost nastanka utrujenostnih razpok za 40 %. Pri visokih hitrostih bo glava tirnice profila 1:20 hitro povzročila mikro-razpoke zaradi koncentracije napetosti, stopnja rasti razpok pa je dvakrat večja kot pri profilu 1:40. Frekvenca obremenitve navadnih{17}}hitrostnih prog je nizka, zato lahko življenjska doba profila 1:20 izpolni zahteve glede uporabe. Vendar pa morajo-proge za visoke hitrosti sprejeti profil 1:40, da zagotovijo dolgoročno-stabilno delovanje železnice.