Thiết kế kết cấu ren có độ bền-cao và chống-nới lỏng/chống{2}}trượt của bu lông ray
Ưu điểm cốt lõi của việc tạo ren của bu lông rãnh bằng quy trình cán nguội và cán ren là gì?
So với quy trình tiện truyền thống, việc tạo ren của bu lông ray bằng quy trình cán nguội và cán ren có những ưu điểm cốt lõi vềcải thiện tính chất cơ học của ren, đảm bảo độ chính xác về kích thước, tăng hiệu quả sản xuất và giảm thất thoát vật liệu, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về độ bền cao và độ đồng nhất cao của bu lông trong kỹ thuật đường ray. Quá trình cán ren và tiêu đề nguội là một phương pháp xử lý không{1}}cắt. Ren được hình thành bằng cách đùn thân bu lông bằng khuôn. Các sợi kim loại của thép không bị cắt ra trong quá trình gia công mà thay vào đó được phân bổ liên tục dọc theo biên dạng ren, làm cho độ bền kéo và cường độ chảy của phần ren cao hơn 20%-30% so với ren quay và khả năng chống mỏi cao hơn 40%. Nó có thể chịu được lực siết trước{16}}lớn và tải trọng rung lặp đi lặp lại khi buộc chặt đường ray, tránh đứt ren. Về độ chính xác về kích thước, quá trình cán ren và đầu nguội được điều khiển bằng khuôn CNC, với độ lệch bước ren Nhỏ hơn hoặc bằng ± 0,03mm và độ lệch góc biên dạng răng Nhỏ hơn hoặc bằng ± 0,5 độ, cao hơn nhiều so với độ chính xác của ren quay, đảm bảo chia lưới chính xác giữa bu lông và đai ốc, tránh tập trung ứng suất gây ra bởi các khoảng trống chia lưới và cải thiện độ ổn định khi buộc chặt. Về hiệu quả sản xuất, quy trình cán nguội và cán ren thực hiện xử lý liên tục tự động. Một thiết bị duy nhất có thể xử lý 800-1000 bu lông mỗi giờ, gấp 5-6 lần so với quy trình tiện, đáp ứng nhu cầu cung cấp cho việc xây dựng đường sắt quy mô lớn. Về mặt hao hụt vật liệu, quá trình tiện tạo thành ren bằng cách cắt thân với tỷ lệ hao hụt vật liệu là 15% -20%, trong khi quy trình cán nguội và cán ren là tạo hình nhựa với tỷ lệ hao hụt vật liệu nhỏ hơn hoặc bằng 3%, giúp giảm đáng kể chi phí nguyên liệu thô. Ngoài ra, độ nhám bề mặt của ren sau khi cán nguội và cán ren là Ra Nhỏ hơn hoặc bằng 1,6μm, bề mặt nhẵn, có thể làm giảm lực cản ma sát trong quá trình chia lưới ren, tạo điều kiện thuận lợi cho việc kiểm soát lực siết trước trong quá trình thi công và giảm xác suất ăn mòn ren.
Cần tuân thủ tiêu chí cốt lõi nào khi lựa chọn vật liệu nền có độ bền cao-cho bu lông ray?
Việc lựa chọn vật liệu nền có độ bền-cao cho bu lông ray tuân theo bốn tiêu chí cốt lõi:thích ứng hiệu suất cơ học, khả năng xử lý tốt, khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và chi phí có thể kiểm soát được. Cần phải lựa chọn chính xác vật liệu theo điều kiện làm việc trên dây chuyền (tốc độ-nặng/tốc độ{2}}cao/tốc độ bình thường-) và môi trường phục vụ (ven biển/nội địa/núi cao) để tránh việc lựa chọn quá-hoặc lựa chọn vật liệu không đủ. Thích ứng hiệu suất cơ học là tiêu chí chính. Vật liệu thép có cấp độ bền tương ứng phải được lựa chọn tùy theo vị trí sử dụng và yêu cầu về lực siết trước-của bu lông. Cần có thép kết cấu hợp kim cường độ cao{9}} cấp 8,8 và 10,9 cho bu lông cố định đường ray lõi (bu lông tấm cá, bu lông dải đàn hồi). Bu lông loại 10.9 có độ bền kéo Lớn hơn hoặc bằng 1000MPa và cường độ chảy Lớn hơn hoặc bằng 900MPa, thích ứng với các yêu cầu về lực-siết trước lớn của đường vận chuyển tải nặng-và{18}}tốc độ cao; thép kết cấu carbon loại 4,8 và 6,8 có thể dùng làm bu lông phụ của trạm và đường nhánh để giảm chi phí. Khả năng xử lý tốt là tiêu chí cơ bản. Vật liệu cơ bản được chọn phải có tiêu đề nguội, hiệu suất quá trình cán ren và xử lý nhiệt tốt, không dễ bị nứt trong quá trình xử lý nhiệt, tạo ren đầy đủ trong quá trình cán ren và độ cứng tốt trong quá trình xử lý nhiệt, đảm bảo hiệu suất tổng thể đồng đều của bu lông. Ví dụ, thép 42CrMo thường được sử dụng cho bu lông cấp 10.9 có độ cứng tuyệt vời, độ bền lõi và bề mặt ổn định sau khi xử lý nhiệt mà không bị sai lệch hiệu suất. Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời là tiêu chí thích ứng với môi trường. Nên chọn thép kết cấu hợp kim-chống ăn mòn cho môi trường phun muối-cao ven biển hoặc nên bổ sung thêm biện pháp xử lý ăn mòn-cao cấp-trên cơ sở thép cường độ{{32}cao thông thường; nên chọn thép có độ bền nhiệt độ-thấp tốt như thép 35CrMnSi cho vùng núi cao để tránh gãy giòn bu lông ở nhiệt độ thấp; có thể chọn thép cường độ cao{35}}thông thường cho môi trường khô ráo trong đất liền để đơn giản hóa quy trình chống{36}}ăn mòn. Chi phí có thể kiểm soát được là tiêu chí kinh tế. Trên cơ sở đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất cơ học và môi trường, cần ưu tiên lựa chọn vật liệu cơ bản có hiệu suất chi phí cao. Đối với cùng một loại cường độ, cần ưu tiên lựa chọn nguyên liệu thép trong nước đã trưởng thành để giảm chi phí nhập khẩu, đồng thời tránh lựa chọn nguyên liệu thép vượt{40}}đặc điểm kỹ thuật để có hiệu suất cao, dẫn đến lãng phí chi phí.
Các phương pháp cốt lõi của việc sửa đổi ren để chống-nới lỏng và chống-trượt bu lông rãnh là gì?
Các phương pháp cốt lõi của sửa đổi ren để chống-nới lỏng và chống-trượt bu lông rãnh bao gồmdán ren, cacbon hóa ren, tạo rãnh ren và chia lưới chèn nylon. Tất cả đều làm tăng ma sát giữa các ren bằng cách thay đổi đặc điểm bề mặt hoặc cấu trúc chia lưới của ren, bù lại mô-men xoắn nới lỏng do rung động gây ra và thích ứng với các yêu cầu chống nới lỏng của các dòng khác nhau. Dán ren là phương pháp sửa đổi được sử dụng rộng rãi nhất. Một chất kết dính chống nới lỏng kỵ khí đặc biệt-được phủ lên bề mặt của ren bu lông với độ dày lớp phủ là 5-10μm. Sau khi siết chặt, chất kết dính chống nới lỏng-sẽ xử lý trong khe hở chia lưới ren để tạo thành lớp kết dính có độ bền-cao, biến việc chia lưới cơ học của các sợi thành "chia lưới cơ học + dán" và lực ma sát được tăng lên nhiều lần. Ngay cả trong điều kiện rung động mạnh, bu-lông sẽ không lỏng ra, thích ứng với các đường cốt lõi chẳng hạn như đường{12}}tốc độ cao và đường{16}}nặng. Quá trình dán đơn giản và có thể được xử lý theo lô. Chế hòa khí bằng ren là một phương pháp sửa đổi nâng cao. Các nguyên tử carbon được xâm nhập vào bề mặt ren thông qua quá trình cacbon hóa ở nhiệt độ-cao để tạo thành lớp cacbon hóa có độ cứng-cao với độ dày 0,1-0,2mm và độ cứng bề mặt đạt hơn HV800, điều này không chỉ cải thiện khả năng chống mài mòn và chống mỏi của ren mà còn tăng hệ số ma sát trong quá trình chia lưới ren để đạt được khả năng chống{27}}năng và chống{32}}trượt, thích ứng với các tuyến đường sắt đô thị với độ rung thường xuyên và dễ mòn ren. Khâu ren là một phương pháp sửa đổi vật lý. Các mẫu kim cương nhỏ có độ sâu 0,05-0,1mm được lăn trên bề mặt răng của ren bu lông. Sau khi siết chặt, các mẫu sẽ khóa vào nhau với mặt răng của ren đai ốc để tạo thành tắc cơ học, tăng lực cản ma sát. Đồng thời, các hoa văn có thể phá vỡ màng dầu giữa các sợi để tránh trượt do nhiễm dầu, thích ứng với các trạm và đường nhánh có lực siết trước thấp. Chia lưới chèn nylon là một phương pháp sửa đổi cấu trúc. Một vòng nylon được dát vào lỗ ren của đai ốc và đường kính trong của vòng nylon nhỏ hơn một chút so với đường kính chính của ren bu lông. Khi siết chặt, ren bu lông đùn ra vòng nylon tạo thành biến dạng đàn hồi, vòng nylon được gắn chặt vào ren để tạo ra lực giữ đàn hồi liên tục để bù lại mômen nới lỏng. Ngoài ra, vòng nylon còn có tác dụng giảm chấn, có thể giảm tác động của rung lên sợi, thích ứng với các đường dây tốc độ cao, yêu cầu cao về độ chính xác chống nới lỏng.
Nguyên tắc chống nới lỏng và các yêu cầu về khả năng thích ứng của vòng đệm chống nới lỏng khi siết bu lông rãnh là gì?
Nguyên tắc-chống nới lỏng cốt lõi của vòng đệm chống{1}}nới lỏng khi siết chặt bu-lông rãnh làbù biến dạng đàn hồi + khóa ma sát ngược. Thông qua đặc điểm cấu trúc của vòng đệm, khi bu-lông có xu hướng nới lỏng nhẹ do rung động, lực-siết trước sẽ được bù kịp thời và tạo ra ma sát ngược để ngăn bu-lông tiếp tục nới lỏng. Đây là cấu trúc phụ trợ quan trọng để chống-năng lỏng bu-lông. Hầu hết-vòng đệm chống nới lỏng đều có cấu trúc tự khóa-hình đĩa hoặc-ngăn xếp đôi{7}}. Vòng đệm chống nới lỏng hình đĩa-được nén lại để tạo ra biến dạng đàn hồi khi bu-lông được siết chặt, tích trữ thế năng đàn hồi. Khi bu-lông lỏng ra do rung và lực{12}}siết trước giảm xuống, thế năng đàn hồi của vòng đệm được giải phóng để tạo ra lực ép ngược nhằm bù đắp cho sự mất đi{13}}lực siết trước. Đồng thời, bề mặt ma sát giữa vòng đệm và đầu bu lông và bề mặt bộ phận được kết nối sẽ tạo ra ma sát ngược để bù lại mômen nới lỏng; vòng đệm kép-tự khóa{16}}bao gồm hai vòng đệm có răng xoắn ốc. Khi siết chặt, các răng xoắn của hai vòng đệm sẽ ăn khớp với nhau. Khi rung, cấu trúc-tự khóa của các răng xoắn ốc sẽ ngăn cản chuyển động quay tương đối của vòng đệm, từ đó khóa bu-lông và hiệu quả-chống nới lỏng tốt hơn so với vòng đệm{21}}hình đĩa. Việc điều chỉnh vòng đệm chống nới lỏng phải tuân theo ba yêu cầu:phù hợp với cường độ bu lông, phù hợp với điều kiện làm việc và phù hợp với bề mặt lắp đặt. Về mặt phù hợp độ bền, nên chọn vòng đệm chống nới lỏng-cường độ cao có cấp độ tương ứng cho bu lông cường độ-cao cấp 8.8 và 10.9. Độ bền kéo và giới hạn đàn hồi của vòng đệm phải phù hợp với bu lông để tránh biến dạng, hỏng hóc của vòng đệm trước bu lông; về mặt phù hợp với điều kiện làm việc, nên chọn vòng đệm kép-tự khóa-có độ bền cao-chống{10}}nới lỏng cho các tuyến đường sắt-nặng và{12}}tốc độ cao, có thể chọn vòng đệm giảm chấn hình đĩa-chống nới lỏng-cho các tuyến đường sắt đô thị và có thể chọn vòng đệm chống nới lỏng-lò xo thông thường cho tốc độ{16}}thông thường và đường nhánh; về mặt phù hợp với bề mặt lắp đặt, nên chọn vòng đệm chống nới lỏng phẳng khi bề mặt của bộ phận được kết nối là một mặt phẳng nhẵn và nên chọn vòng đệm chống nới lỏng có răng chống trượt khi bề mặt là bề mặt gồ ghề hoặc cong để tăng ma sát với bề mặt lắp đặt và tránh trượt vòng đệm. Ngoài ra, đường kính bên trong và bên ngoài của vòng đệm chống nới lỏng phải khớp chính xác với thông số kỹ thuật của bu lông, với khe hở Nhỏ hơn hoặc bằng ±0,1mm, để đảm bảo việc định tâm và định vị trong quá trình lắp đặt và tránh lỗi chống nới lỏng do tải lệch tâm gây ra.
Thiết kế răng-chống trượt của đầu bu lông rãnh cải thiện độ ổn định khi siết chặt như thế nào?
Thiết kế răng-chống trượt của đầu bu lông rãnh giúp cải thiện độ ổn định khi siết chặt tổng thể từ nguồn cố định bu lông thông qua ba khía cạnh:tăng hệ số ma sát với bề mặt lắp đặt, ngăn chặn sự xoay tương đối của đầu bu lông và phân tán lực-siết trước, bù đắp một cách hiệu quả nguy cơ lỏng lẻo do rung lắc của tàu gây ra và là cấu trúc chống trượt cơ bản của bu lông đường ray. Răng chống trượt được thiết kế ở mặt dưới của đầu bu lông (mặt tiếp xúc với bề mặt lắp đặt), chủ yếu là răng hình tam giác hoặc dạng dải phân bố thành vòng, có chiều cao răng 0,2-0,5 mm và bước răng 1{10}}2 mm. Khi bu lông được siết chặt, các răng chống trượt sẽ bám vào bề mặt của bộ phận được kết nối (chẳng hạn như tấm ép, tấm cá) để tạo thành tắc cơ học, biến tiếp xúc bề mặt đơn giản giữa đầu bu lông và bộ phận được kết nối thành "tiếp xúc bề mặt + tắc răng", hệ số ma sát tăng lên 2{12}}3 lần, giúp giảm đáng kể chuyển động quay tương đối của đầu bu lông do rung động và ngăn bu lông bị lỏng ra khỏi nguồn. Đồng thời, các răng chống trượt được phân bố đều trong một vòng, có thể làm cho áp suất của đầu bu lông truyền đều đến bề mặt của bộ phận được kết nối, phân tán lực siết trước, tránh biến dạng bề mặt lắp đặt do tập trung ứng suất cục bộ và đảm bảo truyền lực -siết trước ổn định. Nếu không có răng chống trượt trên đầu bu lông thì đầu bu lông dễ trượt theo bề mặt lắp đặt khi rung, dẫn đến lực siết trước bị suy giảm nhanh chóng và hệ thống buộc chặt bị hỏng. Ngoài ra, kích thước của răng chống trượt được thiết kế chính xác theo thông số kỹ thuật bu lông và vị trí sử dụng. Răng chống trượt của bu lông có thông số kỹ thuật lớn{24}}lớn (M24 trở lên) cao hơn và đặc hơn, thích ứng với nhu cầu về lực-siết trước lớn; răng chống trượt của bu lông thông số kỹ thuật nhỏ{29}}nhỏ (M16 trở xuống) nông hơn và thưa hơn, tránh hư hỏng quá mức trên bề mặt của bộ phận được kết nối do răng quá cao; răng chống trượt của bu lông tấm cá là răng dải, thích ứng với bề mặt lắp đặt phẳng của tấm cá và răng chống trượt của bu lông dải đàn hồi là răng hình tam giác, thích ứng với bề mặt lắp đặt cong của dải đàn hồi. Kích thước và thiết kế hình dạng chính xác sẽ phát huy tối đa tác dụng của các răng chống{33}}trượt. Răng chống trượt phối hợp với vòng đệm chống nới lỏng và chống nới lỏng ren để tạo thành hệ thống chống nới lỏng ba- gồm "chống trượt đầu + chống nới lỏng chỉ + bù vòng đệm", sao cho các bu lông rãnh luôn được giữ chặt trong điều kiện rung lâu dài.