Thiết kế đồng nhất độ cứng của khớp cá

Tại sao vấn đề đồng nhất hóa độ cứng

Mối nối tấm cá luôn mềm hơn thân ray: hai tấm cá uốn cong dưới tải trọng của bánh xe, mối nối lắng xuống nhiều hơn một chút so với ray liền kề và việc chuyển trở lại độ cứng hoàn toàn của đường ray tạo ra tác động ở mỗi đoạn đi qua. Trên các tuyến đường-tốc độ cao và vận chuyển tải trọng-nặng nề, những tác động này gây ra hiện tượng va đập-đầu ray, bu lông tấm chắn cửa bị lỏng, hư hỏng tà vẹt và tiếng ồn. Mục tiêu thiết kế cốt lõi của việc thống nhất độ cứng là giữ độ cứng dọc và ngang của mối nối trong khoảng ±10% độ cứng của thân đường ray, loại bỏ hiện tượng rung lắc. Sau đây là hai mục tiêu dẫn xuất: độ lệch độ lún của mối nối phải nằm trong khoảng 0,1 mm so với độ lún của đường ray khi có đoàn tàu đi qua và độ cứng ngang phải đáp ứng nhu cầu dịch chuyển ngược-ngang-của đường, ít nhất là 80 kN/mm trên đường{11}}tốc độ cao. Thiết kế được xác minh bằng mô phỏng động lực{13}}của bánh xe trên phạm vi tốc độ vận hành trước khi mối nối được phê duyệt.

Các biện pháp thiết kế cho tấm chắn cá-tốc độ cao

Các tấm chắn-tốc độ cao sử dụng thiết kế có độ bền- bằng nhau, trong đó mặt cắt ngang tấm chắn-thay đổi dọc theo chiều dài của nó để tuân theo hành vi uốn cong của đường ray. Độ dày của phần chịu ứng suất được tăng lên khoảng 22 mm, phù hợp với độ dày đầu ray, để tăng độ cứng uốn của mối nối. Kiểu bu lông đối xứng, với tám bu lông phân bổ đều ở hai bên của mối nối, do đó lực siết trước{6}}được trải đều và hệ số tập trung ứng suất vẫn ở mức thấp. Bề mặt trên và dưới của tấm cá được mài đến độ nhám Ra 1.6 hoặc cao hơn, giữ khoảng cách vừa khít với ray ở mức 0,05 mm hoặc nhỏ hơn và cải thiện khả năng truyền tải. Một lớp đệm đàn hồi 3 mm được đặt tại mối nối, với mô đun đàn hồi phù hợp với mô đun nền đường ray, để bù lại chênh lệch nhỏ về độ cứng. Cuối cùng, các đầu của tấm cá được làm thon dần trên chiều dài chuyển tiếp ít nhất là 100 mm để độ cứng thay đổi dần dần thay vì theo từng bước.

Vật liệu chống va đập khi di chuyển-nặng

U75V được chọn vì độ bền kéo tối thiểu 980 MPa của nó giúp mối nối có khả năng hấp thụ tác động của đoàn tàu 10.000-tấn mà không bị biến dạng vĩnh viễn. Quá trình xử lý nhiệt trong quá trình sản xuất tấm cá phải được kiểm soát chặt chẽ để tránh làm vật liệu quá nóng và mỗi lô sản xuất đều được kiểm tra mẫu về tính chất cơ học trước khi gửi đi.

Quy trình trang bị thêm liền mạch cho các khớp thông thường

Việc chuyển đổi mối nối tấm cá thông thường thành mối nối hàn liền mạch sau năm bước. Đầu tiên, tháo các tấm chắn và bu lông ban đầu, đồng thời làm sạch rỉ sét và dầu bám trên các mặt cuối của đường ray để bề mặt không còn tạp chất. Thứ hai, làm nóng trước mối nối để hàn ở nhiệt độ 200 đến 300 độ trên vùng 100 mm ở cả hai bên, ngăn ngừa các vết nứt nguội. Thứ ba, hàn mối nối bằng quy trình nhiệt nhôm sử dụng cấp thông lượng phù hợp, kiểm soát cốt thép hàn từ 0 đến 2 mm để cường độ mối hàn phù hợp với thân ray. Thứ tư, mài phẳng mối hàn với bề mặt đường ray đến độ nhám Ra 3,2 trở lên, loại bỏ tác động{10}}của đường ray bánh xe. Thứ năm, lắp một tấm cá đàn hồi mới làm cốt thép phụ trợ để nâng cao khả năng chống mỏi của khớp được trang bị thêm. Sau khi chuyển đổi, mối hàn được kiểm tra siêu âm để xác nhận rằng nó không có khuyết tật trước khi dây chuyền trở lại hoạt động.

Kiểm tra và xử lý lỗi

Trong quá trình sử dụng, các mối nối tấm cá được kiểm tra theo một chu trình cố định. Kiểm tra siêu âm được thực hiện hàng tháng để phát hiện các vết nứt trong mối hàn hoặc xung quanh lỗ bu lông, và bất kỳ vết nứt nào từ 3 mm trở lên đều được xử lý ngay lập tức. Kiểm tra bằng mắt sẽ kiểm tra sự biến dạng và ăn mòn của tấm cá: tấm cá bị biến dạng từ 2 mm trở lên hoặc bị rỉ sét bao phủ 20% diện tích trở lên thì phải được thay thế. Mô-men xoắn của bu lông được kiểm tra lại hàng quý và nếu mô-men xoắn giảm từ 10% trở lên thì các bu lông sẽ được siết chặt lại; những bu lông không giữ được tiêu chuẩn sau khi siết chặt lại sẽ được thay thế. Độ mòn bề mặt đường ray tại mối nối được đo thường xuyên; mòn sâu hơn 1 mm được sửa chữa bằng cách mài và các đường ray bị mòn nặng được thay thế. Đối với các mối nối liền mạch được trang bị thêm, thử nghiệm kim loại được thực hiện hàng năm để quan sát sự thay đổi cấu trúc mối hàn và ngăn ngừa sự suy giảm độ bền do lão hóa mối hàn. Việc xử lý lỗi luôn tuân theo nguyên tắc bảo vệ lưu lượng trước và sửa chữa sau, để một lỗi nhỏ không bao giờ phát triển thành lỗi đường truyền đang chạy.

Câu hỏi thường gặp

Câu hỏi 1: Độ lệch độ cứng của khớp được đo như thế nào?

Độ cứng dọc và ngang của mối nối được đo bằng các thử nghiệm tải trên tấm đường ray và kết quả được so sánh với độ cứng của thân đường ray. Độ lệch trong phạm vi ±10% đáp ứng mục tiêu thống nhất.

Câu hỏi 2: Tại sao tám bu lông được sử dụng trên tấm chắn cá-tốc độ cao?

Tám bu lông trải đều lực-siết trước dọc theo mối nối, giảm sự tập trung ứng suất tại mỗi lỗ và giữ cho tấm cá ép chặt vào ray khi chịu tải-tần số cao.

Câu hỏi 3: Khi nào việc trang bị thêm liền mạch tốt hơn việc thay thế khớp?

Việc trang bị thêm được chọn khi bản thân đường ray ổn định và vấn đề là sự gián đoạn của mối nối. Nếu miếng đệm cuối đường ray-đã giảm tiết diện thì các đầu đường ray phải được cắt bớt hoặc thay thế đường ray trước khi hàn.

Q4: Lớp đệm đàn hồi ở khớp có tác dụng gì?

Đệm 3 mm bù đắp sự chênh lệch độ cứng nhỏ còn lại giữa mối nối và thân ray, làm dịu quá trình chuyển tiếp và bảo vệ mối hàn khỏi mỏi do uốn cong.

Câu hỏi 5: Tại sao việc kiểm tra kim loại được thực hiện hàng năm đối với các mối hàn được trang bị thêm?

Các mối hàn đã cũ trong quá trình sử dụng: cấu trúc mối hàn có thể bị thô hoặc phát triển các khuyết tật vi mô. Lấy mẫu kim loại hàng năm sẽ phát hiện sớm những thay đổi này để có thể sửa chữa hoặc thay thế mối nối trước khi cường độ giảm xuống dưới yêu cầu của đường dây.