Tại sao tải trước là thông số hoạt động của hệ thống buộc chặt
Lực kẹp của hệ thống buộc ray, thường được biểu thị bằng tải trọng chân trên mỗi kẹp, là lực thực sự giữ đường ray trong thước đo, chống lại sự biến dạng của đường ray và giữ cho hệ thống buộc chặt cứng. Nó được tạo ra bởi tải trước: lực căng được tạo ra trong bu lông, đinh vít hoặc chân kẹp khi nó được siết chặt. Mục tiêu thiết kế được đặt theo tiêu chuẩn hệ thống buộc chặt, ví dụ như các yêu cầu về tải trọng chân và độ cứng thẳng đứng của EN 13481-1 đối với các hệ thống trên tà vẹt bê tông và bản thân lực kẹp được đo trên giàn thử nghiệm. Trong quá trình vận hành, kỹ sư bảo trì không thể nhìn thấy tải trước một cách trực tiếp nên nó được quản lý thông qua việc kiểm tra mô-men xoắn, độ lệch hoặc khe hở được xác định bằng bản vẽ hệ thống. Do đó, hiểu cách tải trước được tạo ra, nơi nó bị mất và cách nó giảm dần theo thời gian là cơ sở của cả việc lắp đặt đúng và lập kế hoạch bảo trì chính xác.
Đường truyền và nơi tải trước bị mất
Tải trước di chuyển từ công cụ siết chặt đến đường ray thông qua một chuỗi các giao diện và mỗi giao diện tiêu thụ một phần lực đầu vào thông qua ma sát và biến dạng cục bộ. Bảng dưới đây tóm tắt các phạm vi tổn thất điển hình được báo cáo trong thực tế buộc chặt đối với hệ thống buộc chặt bằng bu lông đàn hồi; các giá trị là ước tính kỹ thuật từ thử nghiệm thành phần đường ray và phải được xác nhận đối với trạng thái bôi trơn và hệ thống cụ thể.
| Giao diện trong đường dẫn tải | Tổn thất tải trước điển hình | Ảnh hưởng chính |
|---|---|---|
| Gắn ren bu lông | 15-20 phần trăm | Hệ số ma sát ren, bôi trơn, lắp ren |
| Mặt đai ốc trên tấm áp lực hoặc vòng đệm | 10-15 phần trăm | Độ phẳng mặt, độ nhám bề mặt, diện tích tiếp xúc |
| Tấm áp lực để cắt tiếp điểm | 8-12 phần trăm | Hình học cung tròn, phân bố ứng suất tiếp xúc |
| Kẹp vào chân ray | Mất động 5-10 phần trăm | Bánh xe-rung ray, lịch sử tải trọng động |
Sau khi tổng hợp bốn giao diện, lực kẹp hiệu quả chạm tới đường ray thường bằng 50 đến 60 phần trăm giá trị ngụ ý bởi mô-men xoắn siết chặt danh nghĩa. Đây không phải là một khiếm khuyết; đó là hiệu suất chuyển đổi bình thường của mối nối ren và thông số kỹ thuật siết chặt đã tính đến điều đó. Điều quan trọng trong thực tế là tính nhất quán: cùng một mô-men xoắn phải tạo ra cùng một lực kẹp mọi lúc, điều này chỉ đúng nếu trạng thái ma sát được kiểm soát.
Mô-men xoắn, lực ma sát và lực kẹp
Mối quan hệ giữa mô men xoắn T, lực kẹp F và đường kính bước ren d là công thức cổ điển T=K x F xd, trong đó K là hệ số mô men xoắn bao gồm ma sát ren, ma sát bề mặt và hiệu ứng xoắn ren. K thường nằm trong khoảng từ 0,15 đến 0,25 tùy thuộc vào cách xử lý bề mặt và bôi trơn: ren thép khô sạch ở gần đầu phạm vi, ren được bôi trơn hoặc tráng kẽm-ở gần đáy. Hệ số không phải là hằng số; nó thay đổi khi mạ, bôi trơn, tái sử dụng bu lông và các điều kiện môi trường, đó là lý do tại sao ISO 16047 quy định một thử nghiệm tiêu chuẩn để đo mối quan hệ lực kẹp-mô-men xoắn của cụm dây buộc và lý do tại sao các khớp quan trọng được xác nhận trên giàn khoan trước khi thông số mô-men xoắn bị cố định. Phương pháp siết chặt cũng thiết lập độ phân tán: điều khiển mô-men xoắn giữ mô-men xoắn nhưng không giữ lực kẹp, với độ phân tán khoảng cộng hoặc trừ 25% trên tải trước thu được; việc thắt chặt có kiểm soát theo góc{10}}làm giảm độ phân tán xuống khoảng 15 phần trăm; năng suất{12}}độ siết có kiểm soát, được sử dụng trên các mối nối-toàn vẹn cao nhất, giữ tải trước ở mức phân tán khoảng 8 phần trăm. Đối với các dây buộc chặt của đường ray, điều khiển mô-men xoắn hoặc độ lệch là tiêu chuẩn vì nó nhanh và có thể kiểm chứng được bằng công cụ, đồng thời trạng thái ma sát được quản lý bằng cách chỉ định lớp phủ và bôi trơn của các bộ phận.
Kiểm soát ma sát ở mỗi giao diện
Bởi vì ma sát quyết định bao nhiêu mô-men xoắn trở thành lực kẹp nên các điều khiển thực tế được áp dụng tại các bề mặt tiếp xúc. Trên ren, chất bôi trơn hoặc lớp phủ xác định sẽ ổn định hệ số ma sát của ren, thường nằm trong khoảng 0,10 đến 0,15 đối với ren được phủ và bôi trơn, đồng thời ngăn ngừa hiện tượng lõm xuất hiện trên các ren mạ không được bôi trơn. Trên mặt đai ốc và phần tiếp xúc kẹp, độ phẳng và độ nhám được kiểm soát bằng gia công; độ lệch độ phẳng khoảng 0,05 mm trở xuống và diện tích chỗ ngồi từ 95 phần trăm trở lên sẽ tránh các điểm cao cục bộ tiêu thụ tải trước không đồng đều. Trên phần tiếp xúc kẹp-với-đường ray, hình dạng của chân kẹp và chân ray được cố định bằng bản vẽ hệ thống và bề mặt tiếp xúc mang tải trọng động, do đó sự mài mòn và vết xước ở đây xuất hiện đầu tiên trong quá trình sử dụng. Vòng đệm đàn hồi và vòng đệm lò xo hình nón được sử dụng khi khớp nối phải hấp thụ độ lún hoặc chuyển động nhiệt, vì chúng chuyển một phần độ võng đàn hồi thành tải trước được giữ lại thay vì mất đi. Nguyên tắc chung là mỗi giao diện được chỉ định, kiểm tra và kiểm soát chính xác giống như một đặc tính vật liệu, bởi vì độ phân tán của K chứ không phải giá trị danh nghĩa sẽ xác định xem lực kẹp được lắp đặt có đáp ứng tiêu chuẩn hay không.
Ứng suất phù hợp giữa các bu lông, kẹp và miếng đệm
Tải trước phải tương thích với cường độ của mọi thành phần trong đường dẫn tải. Bu lông và đinh vít được chọn theo loại đặc tính, thường là 8,8 hoặc 10,9 theo ISO 898-1 đối với bu lông rãnh, sao cho tải trước tương ứng với mô-men xoắn đã chỉ định luôn ở dưới ứng suất kiểm chứng với biên độ thiết kế; Thực tiễn thiết kế phổ biến là duy trì ứng suất làm việc ở mức 60 đến 70% năng suất đối với các mối nối tĩnh. Kẹp lò xo được làm từ thép lò xo cứng, ví dụ từ 60Si2MnA đến GB/T 1222, và ứng suất làm việc của chúng bị giới hạn bởi yêu cầu về độ mỏi chứ không phải bởi cường độ tĩnh, do đó ứng suất cho phép thường là 50 đến 60 phần trăm giới hạn đàn hồi và độ lệch của kẹp được đặt theo mục tiêu tải trọng chân. Các tấm đệm và các bộ phận cách điện là liên kết mềm trong chuỗi: ứng suất nén của chúng bị giới hạn bởi vật liệu đệm và diện tích của tấm đệm có kích thước sao cho tải trước cộng với tải trọng giao thông luôn ở dưới giới hạn ứng suất của đệm, nếu không thì đệm sẽ bị rão và tải trước sẽ bị mất. Nhiệm vụ thiết kế là điều chỉnh độ dốc độ cứng trong toàn bộ hệ thống, cứng hơn ở bu lông và kẹp, mềm hơn ở miếng đệm để tải trước được chia sẻ mà không làm quá tải bất kỳ bộ phận nào.
Sự khác biệt về tốc độ-nặng và tốc độ cao-
Các tuyến vận chuyển-nặng chỉ định tải trước ban đầu cao hơn các tuyến thông thường vì ba lý do. Tải trọng bánh xe cao hơn nên phần động của nhu cầu lực kẹp lớn hơn. Hệ số ma sát của các mặt phân cách có xu hướng tăng lên cùng với áp suất ở các mặt phân cách cao hơn, làm tăng tổn thất truyền tải, thường cao hơn từ 10 đến 15 điểm phần trăm so với trên đường truyền thông thường. Và độ rung mạnh hơn sẽ tăng tốc độ thư giãn, do đó, tải trước ban đầu phải bao gồm dự trữ thư giãn để giữ cho lực kẹp hiệu quả ở trên mức tối thiểu trong suốt thời gian sử dụng của hệ thống. Trên-đường tốc độ cao, logic tương tự chạy theo hướng ngược lại: lực dọc vừa phải nhưng hệ thống phải giữ hình dạng đường ray chính xác ở tốc độ, vì vậy ưu tiên là tính nhất quán về độ cứng và tải trước đồng đều từ clip này sang clip khác thay vì tải trước tối đa. Trong cả hai trường hợp, kết quả bảo trì là như nhau: đo lực kẹp hoặc mô-men xoắn trên cơ sở lấy mẫu, theo dõi xu hướng suy giảm và -siết lại trước khi tải trước hiệu dụng giảm xuống dưới mức tối thiểu mà tiêu chuẩn hệ thống yêu cầu.
Câu hỏi thường gặp
Câu 1: Tại sao chỉ khoảng một nửa mô-men xoắn trở thành lực kẹp?
Bởi vì mô-men xoắn tác dụng trước tiên vượt qua ma sát ren, sau đó là ma sát mặt đai ốc, sau đó là ma sát và biến dạng của các bề mặt kẹp. Những tổn thất này là sự kém hiệu quả chuyển đổi thông thường của mối nối, thường để lại 50 đến 60 phần trăm lực danh nghĩa là lực kẹp hiệu quả.
Câu 2: Hệ số mô men xoắn K có ý nghĩa gì?
K trong công thức T=K x F xd tập hợp tất cả các tác dụng ma sát của khớp. AK bằng 0,2 có nghĩa là 20 phần trăm mô-men xoắn bị tiêu hao bởi ma sát. K thấp hơn cho lực kẹp nhiều hơn cho cùng một mô-men xoắn và ít phân tán hơn.
Câu 3: Tại sao các giá trị mô-men xoắn giống nhau lại cho các lực kẹp khác nhau?
Bởi vì trạng thái ma sát thay đổi theo quá trình mạ, bôi trơn, tình trạng ren và tái sử dụng. Đây là lý do tại sao các thử nghiệm ISO 16047 tồn tại và tại sao các mối nối quan trọng được xác nhận trên giàn khoan trước khi giá trị mô-men xoắn được ghi vào thông số kỹ thuật lắp đặt.
Câu hỏi 4: Khi nào nên sử dụng lực siết có kiểm soát góc-?
Khi sự phân tán phải được giảm thiểu, chẳng hạn như trên các mối nối quan trọng{0}}an toàn nơi dải lực kẹp hẹp. Điều khiển góc loại bỏ ảnh hưởng của ma sát, nhưng nó đòi hỏi một mối nối đàn hồi trong đó mối quan hệ xoay-đến-tải trước ổn định.
Câu 5: Độ trượt của đệm ảnh hưởng đến tải trước như thế nào?
Khi miếng đệm được đặt cố định, điểm làm việc của kẹp sẽ di chuyển và tải trọng ở chân giảm xuống. Đây là cơ chế mất tải trước chủ yếu trên các hệ thống đệm mềm và lý do chính khiến quá trình siết lại-đầu tiên được lên kế hoạch vài tháng sau khi mở dây chuyền.
Câu hỏi 6: Tại sao các dây buộc vận chuyển-nặng cần tải trước ban đầu nhiều hơn?
Vì tổn thất giao diện cao hơn nên nhu cầu động lớn hơn và khả năng thư giãn do rung động-sẽ nhanh hơn. Tải trước ban đầu bổ sung là khoản dự trữ giúp giữ cho lực kẹp hiệu quả ở trên mức tối thiểu trong suốt thời gian sử dụng.