Độ cứng của thanh ray là độ cứng theo phương thẳng đứng của các kẹp, miếng đệm và vai - buộc chặt hoàn chỉnh tác động cùng nhau - và nó là thông số điều chỉnh chính cho độ rung của đường ray, phân bổ tải trọng và tương tác với đường ray-của bánh xe. Việc chọn sai loại độ cứng sẽ tạo ra đường ray quá cứng, truyền rung động tần số cao-vào kết cấu bên dưới hoặc đường ray quá mềm, có độ lệch đường ray quá mức và tuổi thọ dây buộc ngắn hơn. Ba lớp được sử dụng trong thực tế thiết kế hiện nay được tóm tắt dưới đây.
| Loại đường | Phạm vi độ cứng kẹp điển hình | Mục tiêu thiết kế |
|---|---|---|
| Đường tốc độ-thông thường | 20-30 kN/mm | Nền kinh tế có sự kiềm chế thích hợp |
| Đường-tốc độ cao | 30-40 kN/mm | Tải trước cao với độ cứng động thấp |
| Đường vận chuyển-nặng nề | 50-60 kN/mm | Khả năng kiềm chế cao dưới trục nặng |
Đường-tốc độ cao: W-Loại clip ở tốc độ 30-40 kN/mm
Đường đua tốc độ cao cần có kẹp cung cấp đủ lực kẹp trong khi vẫn giữ độ cứng động đủ thấp để giảm độ rung. Các biện pháp kiểm soát thiết kế là:
Hình học mặt cắt ngang: đường kính của cung giữa là thông số độ cứng chính. Là một mối quan hệ thiết kế mang tính biểu thị, việc tăng đường kính này thêm 1 mm sẽ làm tăng độ cứng của kẹp khoảng 10 kN/mm, do đó cung phải được định cỡ bằng tính toán để đạt được độ cứng mục tiêu.
Chiều cao tự do so với chiều cao làm việc: sự khác biệt được kiểm soát ở mức 8-10 mm nên kẹp cung cấp tải trước ổn định ở vị trí làm việc.
Kiểm soát ứng suất: phân tích phần tử hữu hạn được sử dụng để duy trì ứng suất tối đa trong khoảng 70% cường độ chảy của vật liệu, ngăn ngừa hiện tượng đứt gãy do mỏi do rung động tần số cao.
Xác minh: thử nghiệm độ mỏi của băng ghế trong 10 triệu chu kỳ tải với mức giảm độ cứng không quá 5%, là tiêu chí chấp nhận cho dịch vụ-tốc độ cao.
Đường vận chuyển hạng nặng-: 50-60 kN/mm với vật liệu chắc chắn hơn
Dây buộc -có tải trọng nặng phải chịu được tải trọng theo phương thẳng đứng và phương ngang cao hơn trong khi vẫn giữ cho thanh ray được cố định chắc chắn. Độ cứng được nâng lên thông qua bốn biện pháp:
Chất liệu: thép lò xo 60Si2MnA, có độ bền kéo ít nhất 1860 MPa và cường độ chảy ít nhất 1660 MPa, cung cấp giới hạn đàn hồi theo yêu cầu thiết kế.
Đường kính dây: tăng dây kẹp từ 14 mm thông thường lên 16 mm sẽ tăng diện tích tiết diện lên hơn 30% và độ cứng khoảng 40%.
Hình học: kéo dài cánh tay đỡ cuối khoảng 15% giúp cải thiện khả năng chống biến dạng và giảm ứng suất tại điểm cố định.
Xử lý nhiệt: làm nguội sau đó ủ ở nhiệt độ trung bình-để tạo ra độ cứng HRC 45-50 và tăng giới hạn đàn hồi của vật liệu.
Miếng đệm-chống mài mòn ở phần tiếp xúc kẹp-với{2}}đường ray giúp tránh mất độ cứng do mài mòn và kéo dài tuổi thọ của kẹp trên đường ray chịu tải nặng.
Đường tốc độ-thông thường: Sơ đồ kinh tế 20-30 kN/mm
Đối với-đường tốc độ thông thường, mục tiêu thiết kế là chi phí tối thiểu với hiệu suất phù hợp. Đòn bẩy chi phí chính xác là đơn giản hóa thiết kế và quy trình sản xuất chứ không phải thay thế nguyên liệu. Thông lệ tiêu chuẩn giữ cho các loại thép lò xo như 60Si2Mn hoặc 55Si2Mn - kẹp làm bằng thép kết cấu cacbon thấp-sẽ được đặt cố định ở độ võng làm việc - và tối ưu hóa chi phí bằng cách:
Đơn giản hóa cấu trúc: thay thế quá trình chuyển đổi hồ quang phức tạp bằng cánh tay đỡ tuyến tính giúp giảm chi phí khuôn và khó khăn trong sản xuất.
Kiểm soát lượng dư gia công: giảm lượng dư từ 2 mm xuống 1 mm giúp cắt giảm lãng phí vật liệu.
Dập hàng loạt: dập thay vì rèn giúp tăng hiệu quả sản xuất lên hơn 50% và giảm chi phí đơn vị khoảng 20% đối với hình học tiêu chuẩn.
Kích thước được tiêu chuẩn hóa: kích thước lắp đặt thống nhất trên các mẫu kẹp giúp cải thiện khả năng thay thế lẫn nhau và giảm chi phí mua sắm và bảo trì.
Phương pháp kiểm tra độ cứng
Phương pháp tiêu chuẩn là thử nghiệm nén tĩnh trên máy thử nghiệm đa năng:
Tải kẹp từng bước, ghi lại tải trọng ở mỗi giá trị nén và tính độ cứng bằng tải trọng chia cho biến dạng.
Tốc độ tải được kiểm soát ở mức 1 mm/phút; tốc độ nhanh hơn sẽ phóng đại giá trị độ cứng.
Lấy mẫu: 10 clip được chọn ngẫu nhiên từ mỗi đợt.
Môi trường: thử nghiệm ở nhiệt độ 20 cộng/trừ 2 độ C, vì nhiệt độ làm thay đổi mô đun đàn hồi.
Độ chính xác của thiết bị: cảm biến lực trong khoảng cộng/trừ 0,5%, cảm biến dịch chuyển trong khoảng cộng/trừ 0,01 mm.
Xử lý dữ liệu: loại bỏ các giá trị bất thường, tính trung bình các kết quả và giữ độ lệch lô trong khoảng cộng/trừ 3 kN/mm so với mục tiêu.
Kết hợp độ cứng của kẹp với độ cứng của tấm lót đường ray
Kẹp và đệm hoạt động như một hệ thống lò xo nên độ cứng của chúng phải phù hợp. Các kẹp có độ cứng-cao được ghép nối với các miếng đệm có độ đàn hồi-cao (ví dụ như polyurethane) để kẹp giữ thanh ray và miếng đệm hấp thụ rung động tần số-cao; sự kết hợp có thể nâng cao tỷ lệ suy giảm rung động trên 60%. Các kẹp có độ cứng-thấp được ghép nối với các miếng cao su có độ đàn hồi-trung bình trên các đường tốc độ-thông thường, trong đó bản thân kẹp góp phần tạo ra độ lệch đàn hồi. Hai quy tắc thực tế: miếng đệm không được mềm đến mức bị kẹp cứng làm lệch, đồng thời thời gian sử dụng của kẹp và miếng đệm phải được đồng bộ hóa để một thành phần không bị hỏng trước thành phần kia quá lâu.
Câu hỏi thường gặp
Chính xác thì độ cứng của đường ray là gì?
Đó là tỷ số giữa lực thẳng đứng và độ võng thẳng đứng của bộ phận buộc chặt được đo tại bệ ray. Nó kết hợp độ cứng của kẹp, độ cứng của đệm và độ cứng của vai và miếng đệm, đồng thời xác định mức tải trọng của bánh xe do các ghế ray lân cận chịu.
Tại sao những chiếc kẹp kéo tải nặng lại sử dụng dây dày hơn?
Độ cứng tăng theo lũy thừa 4 của đường kính dây khi uốn, do đó mức tăng khiêm tốn từ 14 mm đến 16 mm sẽ tạo ra mức tăng lớn về độ cứng và khả năng chịu tải. Dây dày hơn cũng tạo ra mức độ mài mòn cao hơn, điều này quan trọng trên đường chạy có độ mài mòn cao-.
Sản xuất tem có tốt như rèn kẹp không?
Đối với các hình dạng tiêu chuẩn, đơn giản với khả năng xử lý nhiệt chính xác, việc dập khuôn mang lại các đặc tính dịch vụ tương tự với chi phí thấp hơn. Việc rèn vẫn giữ được lợi thế cho các hình dạng phức tạp và các phần rất nặng. Tiêu chí chấp nhận là kết quả thử nghiệm cơ học chứ không phải lộ trình sản xuất nên chất lượng dập phải được chứng minh bằng các thử nghiệm độ mỏi và độ cứng tương tự.
Độ cứng của kẹp được đo khi giao hàng như thế nào?
Bằng thử nghiệm nén tĩnh được mô tả ở trên: 10 mẫu mỗi lô, tốc độ và nhiệt độ tải được kiểm soát, với giá trị trung bình và độ lệch của lô được báo cáo so với giá trị mục tiêu. Các hợp đồng lớn hơn cũng chạy các mẫu mỏi để xác minh độ ổn định độ cứng trong chu kỳ dịch vụ.
Nên chọn độ cứng nào cho dự án cải tạo đường ray?
Hãy ghép loại độ cứng với tốc độ đường và tải trọng trục: 20-30 kN/mm đối với tốc độ-thông thường, 30-40 kN/mm đối với tốc độ cao, 50-60 kN/mm đối với vận chuyển tải nặng. Sau đó, xác minh lựa chọn bằng phân tích phần tử hữu hạn của cấu trúc đường ray và thử nghiệm trên băng ghế của bộ phận buộc chặt hoàn chỉnh, bao gồm cả tấm đệm, trước khi đặt hàng số lượng đầy đủ.