Bố trí lỗ bu lông của tấm chắn và phương pháp giảm bớt sự tập trung ứng suất tại các mối nối đường ray
Tại sao nồng độ ứng suất tại mối nối ray sẽ tăng lên khi khoảng cách lỗ bu lông của tấm cá vượt quá 150mm?
Khoảng cách lỗ bu-lông quá lớn của tấm cá sẽ dẫn đến độ bám dính kém giữa ray và tấm cá ở mối nối và sự truyền ứng suất không liên tục. Dưới tác động của tải trọng tàu, ứng suất sẽ tập trung lên khu vực đường ray không có lỗ bu lông đỡ, tạo thành vùng ứng suất-cao. Biên độ ứng suất của khu vực này có thể đạt tới 2,5 lần so với phần giữa của ray và rất dễ tạo ra các vết nứt nhỏ. Dưới tác dụng của tải trọng xen kẽ dài hạn, các vết nứt vi mô-sẽ lan truyền nhanh chóng, dẫn đến nứt vỡ và gãy ở mối nối ray. Ngoài ra, khoảng cách lỗ quá lớn sẽ gây ra ứng suất không đồng đều trên bu lông và một số bu lông sẽ chịu lực cắt quá mức, làm tăng tốc độ nới lỏng bu lông và làm trầm trọng thêm sự tập trung ứng suất.
Tại sao các tấm cá nối đường ray GB áp dụng cách sắp xếp 4 lỗ, trong khi các tấm cá nối đường ray tiêu chuẩn bên ngoài chủ yếu áp dụng cách sắp xếp 6 lỗ?
Mức tải của các mối nối ray GB thấp và việc bố trí 4{5} lỗ có thể đáp ứng nhu cầu truyền ứng suất, đồng thời giảm chi phí xử lý và trọng lượng. 4 lỗ bu lông được phân bổ đều, có thể phân tán ứng suất khớp một cách hiệu quả và kiểm soát biên độ ứng suất trong phạm vi 60% cường độ năng suất của đường ray. Đường ray tiêu chuẩn bên ngoài chủ yếu được sử dụng cho đường-tốc độ cao hoặc đường vận chuyển hạng nặng với mức tải trọng cao, do đó cần bố trí 6 lỗ để tăng số lượng bu lông và cải thiện độ bền của mối nối. 6 lỗ bu lông có thể phân tán đường truyền ứng suất thành 5 phần, giảm 30% biên độ ứng suất và tăng diện tích tiếp xúc giữa bu lông và tấm cá, giảm ứng suất cắt bu lông. Do đó, sự khác biệt về số lượng lỗ là chìa khóa để thích ứng với các mức tải đường dây khác nhau.
Tại sao việc bố trí các lỗ bu lông ở mép tấm cá sẽ làm tăng nguy cơ gãy tấm cá?
Việc bố trí các lỗ bu lông ở mép tấm cá sẽ làm giảm tiết diện chịu lực hiệu dụng của tấm cá và tạo thành điểm tập trung ứng suất. Dưới tác dụng của tải trọng đoàn tàu, ứng suất tại lỗ bu lông mép sẽ được truyền tới mép của tấm cá dẫn đến sự tập trung ứng suất ở vùng mép. Biên độ ứng suất của khu vực này có thể đạt gấp 2 lần so với khu vực trung tâm và rất dễ hình thành các vết nứt mỏi. Ngoài ra, độ chính xác lắp đặt của các lỗ bu lông ở cạnh cao và độ lệch vị trí của lỗ sẽ gây ra ứng suất bù cho bu lông, làm tăng thêm sự tập trung ứng suất. Dưới tác dụng của tải trọng xen kẽ dài hạn, các vết nứt sẽ lan truyền nhanh chóng, dẫn đến gãy tấm cá và ảnh hưởng đến độ bền tổng thể của mối nối.
Làm thế nào để giảm bớt sự tập trung ứng suất tại mối nối ray thông qua việc vát cạnh và đánh bóng lỗ bu lông?
Vát cạnh của lỗ bu lông tấm cá, với bán kính vát được khuyến nghị là 3-5mm, có thể loại bỏ cấu trúc góc nhọn ở mép lỗ và phân tán sự tập trung ứng suất. Đồng thời, đánh bóng thành trong của lỗ bu lông để giảm độ nhám bề mặt và hệ số tập trung ứng suất. Sau khi vát cạnh và đánh bóng, biên độ ứng suất tại lỗ bu lông có thể giảm 25%-30% và xác suất tạo ra vết nứt vi mô giảm đi đáng kể. Ngoài ra, lỗ bu lông được đánh bóng có thể làm giảm hư hỏng do ma sát giữa ren và bu lông, kéo dài tuổi thọ của bu lông. Phương pháp này vận hành đơn giản và chi phí thấp, phù hợp cho việc quảng bá và ứng dụng tại chỗ.
Sự tập trung ứng suất tại mối nối ray sẽ có tác động như thế nào đến tuổi thọ sử dụng của tấm lót dưới- ray?
Sự tập trung ứng suất tại mối nối ray sẽ dẫn đến độ lún không đồng đều của ray tại mối nối và ứng suất cục bộ quá mức trên -tấm đệm dưới ray. Dưới áp lực cao, tốc độ cài đặt nén của miếng đệm sẽ tăng tốc và tuổi thọ sử dụng được rút ngắn 30%-40%. Đồng thời, sự tập trung ứng suất sẽ làm giảm độ êm của đường ray tại mối nối, tải trọng tác động do tàu tạo ra khi đi qua sẽ làm trầm trọng thêm tình trạng mài mòn và lão hóa của tấm đệm. Ngoài ra, sự dao động ứng suất tại mối nối sẽ được truyền đến tà vẹt, gây ra ứng suất không đồng đều trên tà vẹt, làm tăng tốc độ hư hỏng tà vẹt và ảnh hưởng gián tiếp đến chu kỳ làm việc của tấm đệm gầm. Do đó, việc giảm bớt sự tập trung ứng suất tại mối nối có thể kéo dài tuổi thọ của tấm đệm dưới ray một cách hiệu quả.