Μετατόπιση ουδέτερου άξονα τμήματος σιδηροτροχιάς και βελτιστοποίηση κατανομής τάσεων κάτω από δυναμικό φορτίο τροχού-Σιδηροδρόμων
Γιατί ο ουδέτερος άξονας της διατομής-της σιδηροτροχιάς είναι σχεδιασμένος να μετατοπίζεται προς την κεφαλή της σιδηροτροχιάς αντί να βρίσκεται στο γεωμετρικό κέντρο;
Κατά τη λειτουργία της αμαξοστοιχίας, η δύναμη επαφής της σιδηροτροχιάς-προκαλεί παραμόρφωση κάμψης προς τα κάτω της σιδηροτροχιάς: η κεφαλή της σιδηροτροχιάς υπόκειται σε θλιπτική τάση και η βάση της σιδηροτροχιάς σε τάση εφελκυσμού. Το όριο καταπόνησης εφελκυσμού του χάλυβα είναι πολύ χαμηλότερο από το όριο θλιπτικής κόπωσης. Εάν ο ουδέτερος άξονας βρίσκεται στο γεωμετρικό κέντρο, η μέγιστη εφελκυστική τάση στη βάση της σιδηροτροχιάς θα υπερβεί κατά πολύ τη θλιπτική τάση στην κεφαλή της ράγας, προκαλώντας ρωγμές κόπωσης να ξεκινήσουν πρώτα στη βάση της σιδηροτροχιάς. Η μετατόπιση προς την κεφαλή σιδηροτροχιάς (κατά 5%-10% του ύψους της σιδηροτροχιάς) αυξάνει το συντελεστή κάμψης του τμήματος της βάσης σιδηροτροχιάς, μειώνει τη μέγιστη τάση εφελκυσμού και διατηρεί τη συμπιεστική τάση της κεφαλής σιδηροτροχιάς σε λογικό εύρος, επιτυγχάνοντας "αντίσταση{7}}συμπιεστικής εξισορρόπησης κόπωσης"{8}αρχή της εγκάρσιας σχεδίασης της ράγας.
Ποιες είναι οι διαφοροποιημένες απαιτήσεις μετατόπισης για τον ουδέτερο άξονα σιδηροτροχιάς σε γραμμές με διαφορετικά φορτία άξονα;
Για συμβατικές γραμμές (φορτίο άξονα μικρότερο από ή ίσο με 23 t) με μικρά φορτία, μια μετατόπιση 5%-7% του ύψους της σιδηροτροχιάς πληροί τις απαιτήσεις ισορροπίας τάσης. Για γραμμές βαρέων-μεταφοράς (φορτίο άξονα μεγαλύτερο από ή ίσο με 30 τόνους) με εξαιρετικά υψηλή τάση εφελκυσμού βάσης σιδηροτροχιών, η μετατόπιση αυξάνεται στο 8%-10% για περαιτέρω ενίσχυση του συντελεστή του τμήματος βάσης σιδηροτροχιάς και καταστολή της αύξησης της τάσης εφελκυσμού. Για γραμμές υψηλής{14}}ταχύτητας (ταχύτητα μεγαλύτερη ή ίση με 350 km/h), παρά τα μικρά φορτία αξόνων, η υψηλή δυναμική συχνότητα φορτίου απαιτεί μετατόπιση 6%-8% εξισορροπητική τάση ενώ παράλληλα διασφαλίζει τη συνολική ακαμψία της σιδηροτροχιάς, αποφεύγοντας την ανεπαρκή ακαμψία της κεφαλής της σιδηροτροχιάς και την παραβίαση της ακαμψίας της ράγας.
Ποιες τυπικές ασθένειες κόπωσης σιδηροδρομικών γραμμών προκαλούνται από τον παράλογο σχεδιασμό μετατόπισης ουδέτερου άξονα;
Η ανεπαρκής μετατόπιση οδηγεί σε υπερβολική τάση εφελκυσμού της βάσης σιδηροτροχιάς, εκκίνησηρωγμές βάσης σιδηροτροχιώνπου ξεκινούν από το άκρο της βάσης της σιδηροτροχιάς και διαδίδονται προς τον ιστό της σιδηροτροχιάς, προκαλώντας τελικά κάταγμα της σιδηροτροχιάς. Η υπερβολική μετατόπιση συγκεντρώνει υπερβολική συμπιεστική τάση στην κεφαλή της ράγας, που οδηγεί σεπλαστική ροήστην επιφάνεια κύλισης (σχηματισμός διογκώσεων και αυλάκωσης) και συγκέντρωση τάσης εφελκυσμού στον άνω ιστό σιδηροτροχιάς, που προκαλείοριζόντιες ρωγμές ιστού σιδηροτροχιών. Και τα δύο σενάρια σπάζουν την ισορροπία κόπωσης της σιδηροτροχιάς, μειώνοντας δραστικά τη διάρκεια ζωής και αυξάνοντας το κόστος συντήρησης.
Πώς διαφέρουν τα σχέδια μετατόπισης ουδέτερου άξονα των σιδηροτροχιών διεθνών προτύπων (π.χ. UIC 60, AREMA 136RE) από τις κινεζικές τυποποιημένες ράγες;
Η ράγα UIC 60 έχει μετατόπιση ουδέτερου άξονα 42% του ύψους της σιδηροτροχιάς, ελαφρώς χαμηλότερη από την κινεζική τυπική σιδηροτροχιά 60kg/m (45%), καθώς προσαρμόζεται σε ευρωπαϊκά τρένα με χαμηλό φορτίο άξονα και μεγάλες διαμέτρους τροχών, απαιτώντας χαμηλότερη τάση εφελκυσμού της βάσης της σιδηροτροχιάς. Η σιδηροτροχιά AREMA 136RE, σχεδιασμένη για μεγάλες αποστάσεις, έχει μετατόπιση 48% του ύψους της σιδηροτροχιάς-που υπερβαίνει κατά πολύ την κινεζική τυπική σιδηροδρομική γραμμή 75 kg/m-προσαρμόζεται σε βαριά{10}αμερικάνικα τρένα με εξαιρετικά{{11}μεγάλα φορτία αξόνων (Μεγαλύτερη ή ίση με την επίδοση της ράγας σε δέκα επίπεδα). Αυτές οι διαφορές προέρχονται από παραμέτρους αμαξοστοιχίας και συνθήκες γραμμής σε διαφορετικές περιοχές, που απαιτούν αυστηρή αντιστοίχιση με τα πρότυπα φορτίου της αγοράς-στόχου κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού.
Πώς να εξασφαλίσετε την ακρίβεια της μετατόπισης του ουδέτερου άξονα κατά την παραγωγή έλασης σιδηροτροχιών;
Ο πυρήνας βρίσκεται μέσασχεδίαση περασμάτων και έλεγχος κενού κυλίνδρων. Ένα αποκλειστικό σύστημα διέλευσης σιδηροτροχιάς έχει σχεδιαστεί για να ελέγχει με ακρίβεια τις διαστάσεις κάθε τμήματος διατομής-προσαρμόζοντας την αναλογία διαμόρφωσης κύλισης της κεφαλής της ράγας, του ιστού και της βάσης. Στο στάδιο της τελικής έλασης, χρησιμοποιείται μια συσκευή ρύθμισης διακένου κυλίνδρου CNC για την παρακολούθηση-διαστάσεων διατομής σιδηροτροχιών σε πραγματικό χρόνο-. εάν η απόκλιση του πάχους της βάσης σιδηροτροχιάς υπερβαίνει τα ±0,3 mm, το διάκενο κυλίνδρων ρυθμίζεται αμέσως για να διασφαλιστεί ότι η μετατόπιση του ουδέτερου άξονα είναι εντός ±1% της τιμής σχεδιασμού. Μετά την παραγωγή, κάθε παρτίδα σιδηροτροχιών υποβάλλεται σε διατομή-σάρωση για να γραφεί η καμπύλη θέσης ουδέτερου άξονα-τα μη συμμορφούμενα προϊόντα απαγορεύεται αυστηρά να βγουν από το εργοστάσιο.