Zasnova razpršitve napetosti vpenjalne plošče in tehnologija prilagajanja obremenitve z več-linijami
Kateri so glavni vzroki koncentracije napetosti na tlačni plošči tira in njihove nevarnosti za tirnice?
Glavni vzroki koncentracije napetosti na tlačni plošči tira vključujejo tri kategorije: konstrukcijske napake, odstopanja vgradnje in neenakomerna porazdelitev obremenitve. Strukturne napake se kažejo kot ostri vogali in pravokotni-prehodi tlačne plošče, s faktorjem koncentracije napetosti do 3,0 ali več, kar močno presega dovoljeno vrednost 1,5. Odstopanja pri namestitvi, kot sta naklon tlačne plošče in prilegajoča reža s tirnico, večja ali enaka 2 mm, bodo povzročila koncentracijo obremenitve na robu tlačne plošče, lokalna napetost pa bo presegla mejo tečenja materiala. Neenakomerna porazdelitev obremenitve se pojavlja predvsem pri težkih-vlekah in krivuljah. Superpozicija bočne sile vlaka in navpične sile poveča sestavljeno napetost na tlačno ploščo za več kot 2-krat. Nevarnost za tirnice je lokalno zmečkanje, ki se kaže kot vdolbine in plastična deformacija na dnu tirnice, z globino 1-2 mm, ki vpliva na prileganje med tirnico in osnovno ploščo, nato pa povzroči povečano tresenje tirnice. Dolgotrajna koncentracija napetosti bo povzročila tudi utrujenostni zlom tlačne plošče. Zlomljeni delci tlačne plošče bodo opraskali kolesno dvojico in v hujših primerih povzročili nesreče zaradi iztirjenja vlaka. Zato je zasnova disperzije napetosti glavna tehnična zahteva tlačne plošče.
Kakšna je konstrukcijska shema za razpršitev napetosti tlačnih plošč v-železniških progah za visoke hitrosti?
Tlačne plošče v-železniških progah za visoke hitrosti sprejmejo strukturno zasnovo razpršitve mrežnih napetosti + prehod v zaobljenem delu. Površina tlačne plošče, ki je v stiku s tirnico, je opremljena z mrežastimi -izboklinami z višino 2 mm in razmikom 10 mm, ki lahko razpršijo koncentrirane obremenitve na več kontaktnih točk in zmanjšajo faktor koncentracije napetosti pod 1,2. Vsi robovi in ostri vogali tlačne plošče imajo zaobljeni prehod R8mm za odpravo virov koncentracije napetosti, enakomerno prenašanje napetosti znotraj tlačne plošče in zmanjšanje največje vrednosti napetosti za 40 %. Tlačna plošča ima deljeno zasnovo, razdeljeno na glavno tlačno ploščo in pomožno tlačno ploščo. Glavna tlačna plošča nosi navpične obremenitve, pomožna tlačna plošča pa bočne obremenitve, s čimer se uresniči usmerjena obremenitev in se izogne superpoziciji kompozitnih napetosti. Tlačna plošča je izdelana iz nizko-legiranega jekla Q355B, ki je -luščeno, da na površini tvori preostalo tlačno napetost, izravna del delovne natezne napetosti in izboljša odpornost proti utrujenosti tlačne plošče. Po konstrukcijskem načrtovanju je treba preveriti s simulacijo končnih elementov, da se simulira stanje obremenitve pri hitrosti 350 km/h, pri čemer se zagotovi, da je napetost vsakega dela tlačne plošče znotraj dovoljenega območja in da je območje nihanja napetosti manjše od ali enako ±10%.
Kakšni so ukrepi za krepitev gradienta materiala za razpršitev napetosti tlačnih plošč v cevovodih za težke{0}}vleke?
Tlačne plošče v cevovodih za težke-vleke imajo gradientno ojačano zasnovo materiala iz nizko-matrike ogljikovega jekla + visoko{3}}trdotno-plast, odporno na obrabo. Matrica je narejena iz nizko-ogljičnega jekla Q235, da se zagotovi žilavost in odpornost proti udarcem tlačne plošče, s čimer se prepreči krhek zlom, ki ga povzroči močan-udarec. Plast{10}}odporna proti obrabi uporablja tehnologijo varjenja s plazemskim razprševanjem za brizganje zlitine na osnovi železa-na kontaktno površino med tlačno ploščo in tirnico, z debelino varilne plasti pršenja 3 mm in trdoto HRC60 ali več, odpornost proti obrabi pa je 5-krat večja kot pri običajnih tlačnih ploščah. Gradientno ojačana prehodna plast je izdelana iz zlitine na osnovi niklja z debelino 1 mm, ki ustvarja metalurško vez med matriko in obrabno-odporno plastjo, s trdnostjo lepljenja večjo ali enako 40 MPa, kar preprečuje, da bi obrabno-odporna plast odpadla. Brez{22}}deli tlačne plošče so obdelani z vročim-cinkanjem za zaščito pred-korozijo, z debelino prevleke, ki je večja od ali enaka 80 μm, kar je primerno za prašno in vlažno okolje težkih-vlečnih linij in podaljšuje proti-korozijsko življenjsko dobo tlačne plošče. Gradientno utrjena tlačna plošča ima površinsko izgubo zaradi obrabe manj kot ali enako 0,5 mm/leto pri visokofrekvenčnem valjanju 10.000{33}}tonskih vlakov za težke vleke, enakomerno razpršitev napetosti, brez očitne koncentracije napetosti in življenjsko dobo, podaljšano na več kot 15 let.
Kakšna je ključna vloga natančnega vgradnega pozicioniranja tlačnih plošč pri disperziji napetosti?
Bistvo natančne namestitvene postavitve tlačnih plošč je zagotoviti popolno prileganje in brez vrzeli med tlačno ploščo in tirnico. Pred namestitvijo se za umerjanje položaja tlačne plošče uporabi laserski lokator, pri čemer je odstopanje položaja manjše ali enako ±1 mm. Prekomerno odstopanje bo zmanjšalo kontaktno površino med tlačno ploščo in tirnico za več kot 30%, kar povzroči koncentracijo napetosti. Med namestitvijo se za določitev ravnosti in navpičnosti tlačne plošče uporabljajo posebna pozicionirna sredstva z vodoravnim odklonom, manjšim ali enakim 0,5 stopinje, in navpičnim odklonom, manjšim ali enakim 0,5 stopinje, kar zagotavlja enakomerno obremenitev tlačne plošče in preprečuje lokalno preobremenitev. Pritrdilni vijaki tlačne plošče uporabljajo simetričen in postopen-po-postopek zategovanja. Najprej privijte diagonalne vijake na 50 % projektiranega navora, nato privijte preostale vijake na končni navor 800 N·m, tako da tlačna plošča enakomerno stisne tirnico in odpravi prilegajočo režo. Po namestitvi se za zaznavanje prilegajoče reže med tlačno ploščo in tirnico uporabi merilno tipalo. Dele z režo, večjo ali enako 0,5 mm, je treba ponovno nastaviti, da zagotovite, da je polna kontaktna površina večja ali enaka 95 %. Natančno nameščena tlačna plošča ima enakomerno porazdelitev napetosti, vrh lokalne napetosti pa je zmanjšan za več kot 50 %, s čimer se učinkovito izognemo poškodbam dna tirnice zaradi zmečkanja in izboljšamo stabilnost strukture tira.
Kakšne so preskusne metode in standardi za izboljšanje optimizacije za porazdelitev napetosti na tlačni plošči?
Preizkušanje porazdelitve napetosti tlačne plošče tirnice sprejme metodo merilnika napetosti upora. Merilniki napetosti so prilepljeni na dele koncentracije napetosti (robovi, ostri vogali) tlačne plošče, podatki o napetosti pod pogoji obremenitve pa se zbirajo z dinamičnim merilnikom napetosti za risanje karte oblaka napetosti. Med preskušanjem je treba simulirati pogoje obremenitve različnih prog: železniške proge za visoke-hitrosti simulirajo visoko{3}}frekvenčne vibracije pri 350 km/h, proge za težki-vleko simulirajo navpične obremenitve 100kN, proge za lahke-obremenitve pa simulirajo navpične obremenitve 50kN, da pridobijo podatke o porazdelitvi napetosti v polnih delovnih pogojih. Standardi za izboljšanje optimizacije so: največja napetost tlačne plošče manjša ali enaka 80 % dopustne napetosti materiala, faktor koncentracije napetosti manjši ali enak 1,5 in razlika napetosti vsakega dela manjša ali enaka 20 MPa. Če rezultati preskusa presegajo standarde, je potrebna optimizacija s treh vidikov: konstrukcijske zasnove, izbire materiala in postopka namestitve, kot je povečanje polmera zaokrožitve, odebelitev obrabno{14}}odporne plasti in izboljšanje natančnosti namestitve. Optimizirano tlačno ploščo je treba znova testirati glede napetosti, dokler ne doseže standarda, s čimer se zagotovi, da zmogljivost razpršitve napetosti tlačne plošče ustreza zahtevam glede obremenitve linije, in se zagotovi usklajeno delovanje tirnice in tlačne plošče.