Tecnología de adaptación de la rigidez de los rieles elásticos y esquemas de adaptación de fijación para diferentes tipos de rieles
¿Cuáles son los dos principales mecanismos de influencia de la rigidez de la tira elástica sobre el efecto de sujeción del riel?
El primer mecanismo de influencia de la rigidez de la tira elástica sobre el efecto de sujeción del riel es el mecanismo de retención de precarga. La rigidez de la tira elástica determina la tasa de atenuación de la precarga. Bajo la acción de la carga de vibración del tren, la tasa de atenuación de la precarga de la tira elástica con rigidez moderada es menor o igual al 5%/año, lo que puede mantener una compresión estable en el riel durante mucho tiempo; la tasa de atenuación de precarga de la tira elástica con rigidez insuficiente puede alcanzar más del 15%/año y el aflojamiento del riel se producirá en poco tiempo. El segundo mecanismo de influencia es el mecanismo de absorción de energía por vibración. Como elemento elástico, la tira elástica necesita absorber parte de la energía de vibración de la rueda-carril. La tira elástica con rigidez excesiva tiene poca capacidad de deformación elástica y no puede absorber eficazmente la energía de vibración, lo que resulta en una transmisión directa de la carga de vibración a la traviesa y un daño acelerado a la traviesa; la tira elástica con rigidez insuficiente tiene una deformación excesiva, que es propensa a la deformación plástica y la pérdida de la función de sujeción. Estos dos mecanismos están interrelacionados. La retención de la precarga es la base y la absorción de la energía de las vibraciones es la garantía. Sólo la tira elástica cuya rigidez coincide con la del carril puede realizar estas dos funciones al mismo tiempo. Por ejemplo, la tira elástica Tipo III adaptada al riel estándar nacional de 60 kg/m tiene una rigidez controlada a 60 kN/mm, que no solo puede mantener una precarga estable, sino que también absorbe eficazmente la energía de vibración, con el mejor efecto de sujeción.
¿Cuáles son el método de cálculo y los parámetros clave de influencia de la rigidez de la tira elástica?
El cálculo de la rigidez de la tira elástica adopta la teoría de flexión de vigas de la mecánica de materiales. La fórmula de cálculo central es k=L33EI, donde k es la rigidez de la tira elástica, E es el módulo elástico del material, I es el momento de inercia de la sección de la tira elástica y L es la longitud efectiva del voladizo de la tira elástica. Los parámetros de influencia clave incluyen tres aspectos: primero, el módulo elástico del material. El módulo elástico del acero para resortes 60Si2CrVA comúnmente utilizado para tiras elásticas es 206GPa. Reemplazarlo con otros materiales cambiará directamente el valor de rigidez; segundo, el momento de inercia de la sección, que está estrechamente relacionado con el ancho y el espesor de la sección de la tira elástica. Por cada aumento de 1 mm en el espesor de la sección, el momento de inercia de la sección aumenta aproximadamente un 20% y la rigidez aumenta significativamente; tercero, longitud efectiva del voladizo. Por cada reducción de 5 mm en la longitud del voladizo, la rigidez aumenta aproximadamente un 15%. Ajustar la longitud del voladizo es una forma conveniente de cambiar la rigidez de la tira elástica. Durante el cálculo, se debe considerar el estado de tensión real de la tira elástica y el valor de cálculo teórico se corrige mediante un software de simulación de elementos finitos. La desviación entre el valor de rigidez corregido y el valor medido debe ser menor o igual al 3%. Además, el proceso de tratamiento térmico de la tira elástica también afectará a la rigidez. El módulo elástico de la tira elástica con un enfriamiento insuficiente es bajo y la rigidez será aproximadamente un 10% menor que el valor de diseño.
¿Cuáles son los parámetros de diseño de rigidez y puntos de optimización de la tira elástica adaptada al carril estándar nacional de 60 kg/m?
La tira elástica Tipo Ⅲ se selecciona para el carril estándar nacional de 60 kg/m. Los parámetros de diseño de rigidez del núcleo son un valor de rigidez de 60 ± 5 kN/mm y una precarga de 12-15 kN. Estos parámetros pueden equilibrar los dos requisitos de retención de precarga y absorción de energía de vibración. El primer punto de optimización es la optimización del tamaño de la sección. El espesor de la sección de trabajo de la tira elástica está diseñado para ser de 10 mm y el ancho de 25 mm. La estabilidad de la rigidez se mejora aumentando el momento de inercia de la sección, evitando la rápida disminución de la rigidez con el aumento de la deformación. El segundo es la optimización del rendimiento del material.. 60Se adopta acero para resortes Si2CrVA, que se trata mediante "templado + revenido a temperatura media", con una resistencia límite elástica mayor o igual a 1600 MPa, lo que garantiza que la tira elástica funcione dentro del rango de deformación elástica sin deformación plástica. El último es la optimización de la forma estructural. El radio de transición del arco de la tira elástica aumenta de R3 mm a R5 mm para reducir el factor de concentración de tensión y mejorar la resistencia a la fatiga de la tira elástica. La tira elástica optimizada debe verificarse mediante pruebas en banco. Bajo la condición de sujeción simulada de un riel de 60 kg/m, después de 1 millón de ciclos de vibración, la tasa de atenuación de precarga es menor o igual al 3% y la tasa de cambio de rigidez es menor o igual al 2%, cumpliendo con los requisitos de uso.
¿Cuáles son los puntos de diseño de rigidez diferenciados de la tira elástica adaptada al carril estándar extranjero UIC60?
Los puntos de diseño de rigidez diferenciados de la tira elástica adaptada al riel estándar extranjero UIC60 se reflejan en tres aspectos: ajuste del valor de rigidez, adaptación de la forma estructural y coincidencia de la interfaz de instalación. El ajuste del valor de rigidez es el núcleo. El ancho de la cabeza del riel y el tamaño de la sección del riel UIC60 son diferentes de los del riel estándar nacional de 60 kg/m, y la precarga requerida para la fijación es mayor. Por lo tanto, es necesario aumentar la rigidez de la tira elástica a 70 ± 5 kN/mm y controlar la precarga a 15 - 18 kN para garantizar una restricción efectiva del desplazamiento del riel. En términos de adaptación de la forma estructural, el tamaño de la ranura de instalación del sujetador del riel UIC60 es diferente al del riel estándar nacional. La longitud del voladizo de la tira elástica debe acortarse en 3 mm y, al mismo tiempo, debe aumentarse el ángulo de flexión del extremo de la tira elástica, de modo que el punto de presión de la tira elástica encaje con precisión con la posición del hombro del riel UIC60. En términos de coincidencia de la interfaz de instalación, es necesario agregar una protuberancia de posicionamiento en la parte inferior de la tira elástica para cooperar con la ranura de posicionamiento del sujetador UIC60 para evitar el desplazamiento lateral de la tira elástica durante la vibración. Además, los rieles UIC60 se utilizan principalmente en líneas ferroviarias europeas de alta velocidad, que tienen requisitos más altos en cuanto al rendimiento de fatiga de las tiras elásticas. Por lo tanto, el material de la tira elástica debe utilizar acero 60Si2CrVA de mayor pureza, con contenidos de azufre y fósforo controlados por debajo del 0,008% para mejorar la resistencia a la fatiga.
¿Cuáles son los métodos de verificación y los estándares de evaluación para la adaptabilidad entre la rigidez de la tira elástica y el tipo de riel?
Los métodos de verificación para la adaptabilidad entre la rigidez de la tira elástica y el tipo de riel se dividen en dos categorías: verificación en banco de laboratorio y verificación en línea de campo. La verificación en banco de laboratorio construye una plataforma de prueba de sujeción que simula el tipo de riel, instala la tira elástica en el sujetador del tipo de riel correspondiente, aplica una carga de vibración de la operación del tren con una frecuencia de 50 Hz y una amplitud de 1 mm, y continúa la vibración durante 1 millón de veces. Durante la prueba, se monitorean en tiempo real la tasa de atenuación de la precarga, la tasa de cambio de rigidez y el daño por fatiga de la tira elástica. La verificación de líneas de campo selecciona secciones de línea típicas, coloca rieles y tiras elásticas de los tipos de rieles correspondientes, vías y monitores durante 6 meses, y registra el desplazamiento lateral de los rieles y el daño de las tiras elásticas. Los estándares de evaluación incluyen tres indicadores básicos: primero, tasa de atenuación de precarga menor o igual al 5%/1 millón de vibraciones; segundo, tasa de cambio de rigidez inferior o igual al 3%; tercero, desplazamiento lateral del riel menor o igual a 0,5 mm. Si los tres indicadores cumplen los estándares, se considera que la tira elástica está adaptada al tipo de carril; Si algún indicador no cumple con los estándares, los parámetros de diseño de rigidez de la tira elástica deben ajustarse y verificarse nuevamente. Por ejemplo, la tira elástica adaptada al riel de transporte pesado de 75 kg/m tiene una tasa de atenuación de precarga del 3%, una tasa de cambio de rigidez del 2% y un desplazamiento lateral del riel de 0,3 mm después de la verificación, lo que cumple con el estándar de juicio de adaptabilidad.