Izbira specifikacije tirnice in ujemanje hitrosti/obremenitve tira
Kakšne so osnovne razlike v scenariju uporabe med nacionalnimi standardnimi tirnicami 50 kg/m in 60 kg/m?
Nacionalna standardna tirnica 50 kg/m se zaradi zmerne teže in enostavne namestitve uporablja predvsem v mestni lahki železnici, tramvajih in posebnih progah industrijskih parkov. Takšne proge imajo običajno hitrost vožnje manj kot ali enako 120 km/h in majhno osno obremenitev, z relativno blagimi zahtevami glede odpornosti proti obrabi in odpornosti proti udarcem. Tirnica z nosilnostjo 60 kg/m se pogosto uporablja v običajnih glavnih železnicah in progah za težki-tovorni promet. Njegova večja-velikost preseka in večja-nosilnost se lahko prilagodita hitrosti vožnje pod 200 km/h in večjim pritiskom osne obremenitve. Pri dejanski izbiri je za proge lahke železnice prednostna tirnica s 50 kg/m za nadzor stroškov gradnje, medtem ko je tirnica s 60 kg/m potrebna za glavne železnice za zagotovitev dolgoročnega-stabilnega delovanja, obeh pa ni mogoče poljubno zamenjati, sicer bo prizadeta varnost proge. Poleg tega se tirnica 50 kg/m pogosto uporablja z utorno strukturo tirnic za vgrajene tirnice, medtem ko je tirnica 60 kg/m večinoma navadna tirnica v obliki črke I-, primerna tako za tirne strukture z obtežbo kot brez obremenitve.
Katere so glavne razlike v materialnih zahtevah med tujimi standardnimi tirnicami in nacionalnimi standardnimi tirnicami?
Glavni material nacionalnih standardnih tirnic je U71Mn. Visoka vsebnost mangana mu daje odlično trdnost in odpornost proti obrabi ter izpolnjuje zahteve glede mehanske učinkovitosti domačih standardov, kot je GB/T2585. Tuje standardne tirnice, kot so evropski standard UIC 860V in izdelki ameriškega standarda AREMA, so večinoma izdelane iz materialov, kot sta R260 in razred 65, ki posvečajo več pozornosti nizko-temperaturni žilavosti in učinkovitosti varjenja. Nekateri tuji standardi zahtevajo, da energija udarca pri -20 stopinjah ni nižja od 40J, kar je več od zahtev nekaterih specifikacij nacionalnih standardov. Tirnice po nacionalnem standardu so bolj primerne za domače težke-vleke in razmere visoke-gostote prevoza, formula materiala pa se osredotoča na odpornost proti utrujenosti in odpornost proti obrabi; tuje standardne tirnice morajo izpolnjevati podnebne pogoje različnih držav, na primer tuje standardne tirnice v nordijskih regijah bodo okrepile nizko{18}}temperaturno odpornost proti krhkemu lomu. Kar zadeva kemično sestavo, imajo tuje standardne tirnice strožji nadzor nad vsebnostjo žvepla in fosforja, običajno manj kot ali enako 0,03 %, medtem ko nekatere navadne nacionalne standardne tirnice dovoljujejo manj kot ali enako 0,045 % za izboljšanje čistosti in stabilnosti materiala. Poleg tega imajo tuje standardne tirnice višje zahteve glede mehanskih lastnosti zvarjenih spojev, ki morajo prestati več krogov neporušnega testiranja, da se zagotovi kakovost spoja.
Zakaj so tirnice s 75 kg/m in več prednostne za težke-vlečne vrvi?
Tirnice s težo 75 kg/m in več imajo večji-vztrajnostni moment prečnega prereza, kar lahko učinkovito razprši pritisk osne obremenitve težkih-vlakov in zmanjša deformacije tirnic pri upogibanju in poškodbe zaradi utrujenosti. Osna obremenitev težkih-vlečnih prog običajno presega 25 t, pogosti prehodi vlakov pa bodo ustvarili ogromne dinamične udarne sile. Tirnica s težo 75 kg/m ima večjo debelino in širino, debelej-odporno plast, ki lahko podaljša življenjsko dobo in zmanjša pogostost vzdrževanja in zamenjave. V primerjavi s tirnico s 60 kg/m ima tirnica s 75 kg/m manjšo kontaktno obremenitev, kar lahko zmanjša obrabo koles-tirnice in se izogne izgubi geometrijskih dimenzij tirnice zaradi čezmerne obrabe tirnice. Takšne tirnice so večinoma izdelane iz visoko{14}}trdnih zlitin, izpostavljenih posebni toplotni obdelavi, z natezno trdnostjo večjo ali enako 980 MPa, veliko višjo od navadnih tirnic, in lahko prenesejo natezne in strižne napetosti, ki jih povzročajo velike obremenitve. Poleg tega ima tirnica s 75 kg/m večjo stabilnost, ki lahko bolje ohranja gladkost tira na dolgih klančinah in ukrivljenih odsekih, kar zagotavlja varno delovanje težkih-vlakov.
Kakšne so posebne zahteve glede geometrijske natančnosti za tirnice v tirih brez balasta?
Tiri brez balasta imajo izjemno visoke zahteve glede ravnosti z milimetrsko-toleranco napake, zato je nadzor gladkosti glave tirnice, odstopanja širine in ravnosti strožji. Odstopanje ravnosti delovnega roba glave tirnice mora biti manjše ali enako 0,1 mm na meter, kumulativno odstopanje po celotni dolžini pa mora biti manjše ali enako 3 mm, da se zagotovi enakomeren stik kolo-tirnice ter zmanjšajo vibracije in hrup. Dovoljeno odstopanje tirne širine je samo ±1 mm, kar je veliko manj kot ±2 mm tirnic z balastom, s čimer se izognete tveganju zanihanja vlaka ali iztirjenja zaradi prevelike širine. Natančnost varjenja tirnic brez balastov je višja, gladkost zvarjenih spojev pa je treba obdelati z brušenjem, pri čemer je neenakost zgornje in stranske površine manjša ali enaka 0,2 mm/m, da se prepreči udarec, ko vlaki prehajajo skozi spoje. Prav tako je treba strogo nadzorovati natančnost dolžine tirnic, s fiksnim-odstopanjem dolžine manj kot ali enako 5 mm, da bi se izognili koncentriranemu raztezanju in krčenju tira zaradi napak v dolžini. Poleg tega morajo tirnice brez balasta imeti boljšo odpornost proti deformacijam, koeficient linearne razteznosti pa mora biti stabilen, ko se temperatura spremeni, da se zmanjša relativni premik med tirnimi ploščami in tirnicami.
Kakšno je načelo ujemanja med trdoto tirnice in trdoto tekalne plasti kolesa?
Načelo ujemanja med trdoto tirnice in trdoto tekalne plasti kolesa mora slediti načelu "nekoliko višje in združljive". Običajno je trdota tirnice 10-20HB višja od trdote tekalne plasti kolesa, kar lahko zagotovi odpornost tirnice proti obrabi brez pretirane obrabe kolesa. Če je trdota tirnice nižja od trdote kolesa, bo to povzročilo prekomerno obrabo tirnice in povečalo stroške zamenjave; če je trdota previsoka, bo pospešila obrabo tekalne plasti koles, povzročila poligonizacijo koles in vplivala na stabilnost vožnje. Standardi ujemanja se razlikujejo za različne linije. Trdota tirnic-železniških prog za visoke hitrosti je običajno nadzorovana pri 280-320HB, trdota tekalne plasti koles pa je 260-290HB, kar se prilagaja zahtevam glede nizke obrabe pri delovanju pri visokih-hitrostih; trdoto tirnic težkih-vlečnih prog je treba povečati na 340-380HB, trdota tekalne plasti kolesa pa je 320-350HB, da se upre obrabi pod vplivom velike obremenitve. Ujemanje je treba preveriti z analizo mehanike kontakta kolo-tirnica, da se zagotovi, da je koeficient trenja med obema stabilen med 0,3 in 0,4, s čimer se izognemo vibracijam z zdrsom. Poleg tega je pomembna enakomernost trdote tirnic in koles, odstopanje trdote pa mora biti manjše ali enako 15HB, da se prepreči koncentrirana obraba, ki jo povzročajo lokalne trde točke.