Cómo la carga del eje impulsa la fatiga
Cada paso del eje dobla el clip elástico una vez. El clip está diseñado para permanecer elástico, pero cada ciclo de flexión crea una tensión alterna dentro del acero y el daño por fatiga se acumula con el número de ciclos. La amplitud de esa tensión alterna está directamente relacionada con la carga del eje: la presión de contacto rueda-carril crece con la carga del eje, el riel se desvía más, el clip se desvía más y la amplitud de la tensión dentro del clip aumenta. Por cada aumento de 1 tonelada en la carga por eje, la carga alterna en el clip aumenta aproximadamente un 8-10 por ciento. La importancia de esto es que la vida a fatiga no cae linealmente con la tensión: un pequeño aumento en la amplitud de la tensión provoca una caída exponencial en el número de ciclos hasta la falla. Es por eso que las líneas de transporte pesado no utilizan simplemente el mismo clip que las líneas de pasajeros con reemplazo más frecuente; Utilizan un diseño de clip más fuerte.
Selección de materiales por clase de carga por eje
| clase de línea | Carga por eje | Material | Resistencia a la tracción |
|---|---|---|---|
| Línea principal de velocidad-ordinaria | 21 t | Acero para muelles 60Si2Mn | Al menos 1275 MPa |
| Línea de transporte-pesada | 30 t | Acero para muelles 55SiCr | Alrededor de 1570 MPa |
60Si2Mn ofrece buena tenacidad y es adecuado para la tensión alterna moderada de líneas ordinarias.. 55El SiCr tiene un límite elástico más alto y una mayor resistencia a la deformación plástica, que es lo que mantiene el clip elástico bajo las deflexiones más grandes de un eje de 30-toneladas. El tratamiento térmico debe controlarse para no adquirir una mayor resistencia a costa de la fragilidad, y los clips de transporte pesado también aumentan el tamaño de la sección, lo que junto con la mejora del material eleva el límite de fatiga. La referencia relevante para los grados de acero para resortes es GB/T 1222.
Dónde comienzan las grietas por fatiga y cómo prevenirlas
La transición de arco del clip es la zona más propensa-a la fatiga. Es el punto donde se concentra la deformación por flexión, por lo que la tensión interna alterna en su valor más alto con cada paso del eje, y se forman micro-fisuras después de suficientes ciclos. La optimización estructural ataca la concentración de tensión directamente: aumente el radio del arco de 3 mm a 5 mm para distribuir la tensión en un área más grande, achaflane la transición para eliminar la esquina afilada y diseñe el gradiente de la sección transversal-de modo que la tensión fluya suavemente desde el arco hacia ambos extremos. Estas medidas pueden aumentar la vida útil del clip en más de un 30 por ciento en las pruebas de fatiga.
Inspección visual para detectar daños tempranos por fatiga
Grietas: las grietas finas transversales en la parte del arco o en los extremos del clip son un signo temprano típico; crecen con el tráfico continuo y deben ser tratados como un disparador de reemplazo.
Deformación: si el clip ya no mantiene su forma de flexión diseñada y muestra un fraguado plástico permanente, el rendimiento elástico ya ha disminuido y la fuerza de pandeo no se puede mantener.
Descantillado de la superficie: la descamación local de la piel de óxido con un color gris oscuro debajo indica daño por fatiga superficial, porque la fatiga fragiliza la capa superficial y hace que se separe junto con el óxido.
Cualquier clip que muestre estos signos debe reemplazarse inmediatamente para evitar fracturas en servicio, y las fijaciones circundantes deben inspeccionarse para detectar la misma condición.
Método de verificación de campo
La vida a fatiga se cuenta en ciclos de carga, por lo que la verdadera pregunta es cuántos ciclos equivalentes acumula el clip por año, lo cual está determinado por el tonelaje total de paso anual, no solo por la carga por eje. Cuanto mayor es el tonelaje anual, más pasos de eje y más rápido se acumulan los daños. Como regla general, una línea que transporta 50 millones de toneladas al año daña los clips unas 2,5 veces más rápido que una línea que transporta 20 millones de toneladas. Por lo tanto, el procedimiento de verificación es: fijar la vida de fatiga de diseño en ciclos, convertir el tráfico real en ciclos equivalentes por año utilizando la carga por eje y el tonelaje anual, aplicar un factor de reducción para el tonelaje anual y luego programar intervalos de inspección y reemplazo. Un recorte igualado únicamente por la carga por eje y al mismo tiempo ignorando el tonelaje anual subestimará la tasa de consumo real.
Preguntas frecuentes
¿Por qué un eje de 1 tonelada aumenta tanto la vida útil del clip de corte?
Debido a que la amplitud de la tensión alterna aumenta entre un 8 y un 10 por ciento y la curva de fatiga es exponencial: pequeños aumentos de tensión producen grandes reducciones en los ciclos hasta la falla.
¿Se puede utilizar un clip de transporte pesado-en una línea normal?
Sí, es más fuerte de lo necesario, pero la sección más alta y el costo del material se desperdician a menos que se espere mejorar la línea. Especifique el clip para la clase de servicio real.
¿Con qué frecuencia se deben inspeccionar los clips en una línea de 30 toneladas?
Más a menudo que en líneas ordinarias; el intervalo se establece mediante el cálculo de fatiga y normalmente es de meses en lugar de años, con comprobaciones visuales concentradas en el arco y los extremos.
¿Cuál es la verificación de campo más rápida de un clip sospechoso?
Busque grietas transversales y desconchados-de color gris oscuro en el arco y mida la pérdida por deflexión. La inspección con partículas magnéticas confirma grietas ocultas cuando se retira el clip.
¿La pérdida de precarga causa daño por fatiga?
La pérdida de precarga aumenta el rango de deflexión del clip y aumenta la amplitud de la tensión, acelerando la fatiga. Debe corregirse al mismo tiempo que se reemplaza el clip.