Rigiditatea de fixare a șinei este rigiditatea verticală a tuturor clemelor de fixare -, plăcuțelor și umerilor care acționează împreună - și este principalul parametru de reglare pentru vibrația șinei, distribuția sarcinii și interacțiunea roții-șinelor. Selectarea unei clase greșite de rigiditate produce fie o cale prea rigidă, care transferă vibrații de înaltă-frecvență în substructură, fie o cale prea moale, cu deformare excesivă a șinei și durată de viață mai scurtă a elementelor de fixare. Cele trei clase utilizate în practica curentă de proiectare sunt rezumate mai jos.
| Tip de linie | Interval tipic de rigiditate a clipsului | Obiectiv de proiectare |
|---|---|---|
| Liniile cu viteză obișnuită- | 20-30 kN/mm | Economie cu reținere adecvată |
| Linii-de mare viteză | 30-40 kN/mm | Preîncărcare mare cu rigiditate dinamică scăzută |
| Linii grele-de transport | 50-60 kN/mm | Reținere ridicată sub osii grele |
Linii de-viteză mare: agrafe de tip W- la 30-40 kN/mm
Piesa de-viteză mare are nevoie de o clemă care oferă suficientă forță de strângere, menținând în același timp rigiditatea dinamică suficient de scăzută pentru a reduce vibrațiile. Controalele de proiectare sunt:
Geometria-secțiunii transversale: diametrul arcului din mijloc este parametrul cheie de rigiditate. Ca o relație de proiectare orientativă, creșterea acestui diametru cu 1 mm crește rigiditatea clipului cu aproximativ 10 kN/mm, astfel încât arcul trebuie dimensionat prin calcul pentru a atinge rigiditatea țintă.
Înălțime liberă versus înălțime de lucru: diferența este controlată la 8-10 mm, astfel încât clema asigură o preîncărcare stabilă în poziția sa de lucru.
Controlul tensiunii: analiza cu elemente finite este utilizată pentru a menține tensiunea maximă în aproximativ 70% din limita de curgere a materialului, prevenind fractura prin oboseală din cauza vibrațiilor de-înaltă frecvență.
Verificare: testarea la oboseală pe banc sub 10 milioane de cicluri de sarcină, cu o scădere a rigidității care nu depășește 5%, este criteriul de acceptare pentru serviciul de-înaltă viteză.
Linii grele-de transport: 50-60 kN/mm cu material mai puternic
Elementele de prindere grele-trebuie să reziste la sarcini verticale și laterale mai mari, menținând șina bine așezată. Rigiditatea este crescută prin patru măsuri:
Material: oțel pentru arc 60Si2MnA, cu rezistență la tracțiune de cel puțin 1860 MPa și limită de curgere de cel puțin 1660 MPa, asigură limita elastică de care are nevoie proiectarea.
Diametrul firului: creșterea firului de clemă de la 14 mm convențional la 16 mm crește suprafața secțiunii cu mai mult de 30% și rigiditatea cu aproximativ 40%.
Geometrie: prelungirea brațului de susținere la capăt cu aproximativ 15% îmbunătățește rezistența la deformare și reduce solicitarea la punctul de fixare.
Tratament termic: călirea urmată de revenire la temperatură medie{0}conferă o duritate de HRC 45-50 și crește limita elastică a materialului.
O garnitură rezistentă la uzură-la contactul clemei-la-șină evită pierderea de rigiditate din cauza abraziunii și prelungește durata de viață a clemei pe șenile cu încărcare puternică.
Linii de viteză obișnuite-: schema economică 20-30 kN/mm
Pentru liniile cu viteză obișnuită-ținta de proiectare este costul minim la performanță adecvată. Pârghiile corecte ale costurilor sunt simplificarea proiectării și procesul de producție, nu înlocuirea materialelor. Practica standard menține clase de oțel pentru arc, cum ar fi 60Si2Mn sau 55Si2Mn - o clemă din oțel structural cu conținut scăzut de-carbon ar fi fixată permanent la deformarea de lucru - și optimizează costurile prin:
Simplificarea structurii: înlocuirea tranziției arcului complex cu un braț de sprijin liniar reduce costul matriței și dificultatea de producție.
Controlul alocației de prelucrare: reducerea toleranței de la 2 mm la 1 mm reduce risipa de material.
Ștanțare în loturi: ștanțarea în loc de forjare crește eficiența producției cu peste 50% și scade costul unitar cu aproximativ 20% pentru geometriile standard.
Dimensiuni standardizate: unificarea dimensiunilor de instalare între modelele de cleme îmbunătățește interschimbabilitatea și reduce costurile de achiziție și întreținere.
Metoda de testare a rigidității
Metoda standard este testul de compresie statică pe o mașină de testare universală:
Încărcați clema pas cu pas, înregistrați sarcina la fiecare valoare de compresie și calculați rigiditatea ca sarcină împărțită la deformare.
Viteza de încărcare este controlată la 1 mm/min; o viteză mai mare exagerează valoarea rigidității.
Eșantionare: 10 clipuri selectate aleatoriu din fiecare lot.
Mediu: testare la 20 plus/minus 2 grade C, deoarece temperatura modifica modulul elastic.
Precizia instrumentului: senzor de forță în plus/minus 0,5%, senzor de deplasare în plus/minus 0,01 mm.
Tratarea datelor: eliminați valorile anormale, faceți o medie a rezultatelor și mențineți abaterea lotului în plus/minus 3 kN/mm față de țintă.
Potrivirea rigidității clipului cu rigiditatea plăcuței șinei
Clipul și plăcuța funcționează ca un sistem de arc, astfel încât rigiditățile lor trebuie să fie potrivite. Clemele de-rigiditate ridicată sunt asociate cu plăcuțe cu-elasticitate ridicată (de exemplu, poliuretan), astfel încât clema să țină șina și placa să absoarbă vibrațiile de-înaltă frecvență; combinația poate crește rata de atenuare a vibrațiilor peste 60%. Clemele de-rigiditate scăzută sunt asociate cu plăcuțe de cauciuc cu-elasticitate medie pe liniile cu viteză-obișnuită, unde clema în sine contribuie la deformarea elastică. Două reguli practice: pad-ul nu trebuie să fie atât de moale încât clema rigidă peste{10}}să o devieze, iar durata de viață a clemei și a pad-ului trebuie sincronizată, astfel încât o componentă să nu se defecteze cu mult înaintea celeilalte.
Întrebări frecvente
Ce este mai exact rigiditatea de fixare a șinei?
Este raportul dintre forța verticală și deformarea verticală a ansamblului de fixare măsurat la scaunul șinei. Combină rigiditatea clemei, rigiditatea plăcuței și rigiditatea umărului și a inserției și determină cât de mult din sarcina roților este transportată de scaunele șinei vecine.
De ce clemele grele-de tracțiune folosesc sârmă mai groasă?
Rigiditatea crește cu a patra putere a diametrului sârmei la îndoire, astfel încât o creștere modestă de la 14 mm la 16 mm produce un câștig mare în rigiditate și capacitate de încărcare. Sârma mai groasă oferă, de asemenea, mai mult volum de uzură, ceea ce contează pe șenile de transport greu-abrazive.
Producția ștanțată este la fel de bună ca și forjarea agrafelor?
Pentru geometrii standard simple, cu tratament termic corect, ștanțarea oferă aceleași proprietăți de serviciu la costuri mai mici. Forjarea păstrează un avantaj pentru forme complexe și secțiuni foarte grele. Criteriul de acceptare este rezultatul testului mecanic, nu traseul de producție, deci calitatea ștanțarii trebuie dovedită prin aceleași teste de oboseală și rigiditate.
Cum se măsoară rigiditatea clipului la livrare?
Prin testul de compresie statică descris mai sus: 10 probe per lot, viteza de încărcare și temperatură controlate, cu media și abaterea lotului raportate față de valoarea țintă. Contractele mai mari rulează, de asemenea, probe de oboseală pentru a verifica stabilitatea rigidității pe parcursul ciclului de service.
Ce rigiditate ar trebui aleasă pentru un proiect de reînnoire a căii?
Potriviți clasa de rigiditate cu viteza liniei și sarcina pe osie: 20-30 kN/mm pentru viteză obișnuită-, 30-40 kN/mm pentru viteză mare, 50-60 kN/mm pentru transport greu. Apoi verificați alegerea cu analiză cu elemente finite a structurii căii și teste pe bancul de fixare complet, inclusiv plăcuța, înainte de a comanda întreaga cantitate.