Diseño de optimización de la tensión de la placa de rodamiento de vías y tecnología de adaptación de rodamientos de carga dinámica-para líneas de carga-pesada
¿Cuáles son las características de tensión y las formas de falla de las placas de presión de las orugas en líneas de transporte pesado-?
Las características de tensión de las placas de presión de las orugas en líneas de transporte pesado-se manifiestan principalmente como cargas laterales alternas de alta-frecuencia, concentración de tensiones locales y superposición dinámica de impactos. Cuando pasa el tren, la vibración lateral del riel se transmite a la placa de presión, formando una carga alterna con una frecuencia de 10-50 Hz, que probablemente cause daños por fatiga a la placa de presión. Las partes de concentración de tensión de la placa de presión se encuentran principalmente en las partes dobladas y alrededor de los orificios de los pernos, con un factor de concentración de tensión de más de 2,8, mucho más alto que el nivel de tensión del cuerpo de la placa de presión, que es el área principal donde se inician las grietas. La superposición de impacto dinámico es una característica típica de las líneas de transporte-pesadas. Cuando pasa un tren con una carga por eje de 30t o más, generará una carga de impacto instantánea sobre la placa de presión, con un valor máximo de más de 3 veces la carga estática, agravando la deformación plástica de la placa de presión. Las formas de falla de las placas de presión de las vías en líneas de transporte pesado incluyen principalmente tres tipos: fractura por fatiga en las piezas dobladas, deformación por desgaste alrededor de los orificios de los pernos y deformación plástica general de la placa de presión. La fractura por fatiga ocurre principalmente entre 1 y 2 años después de que la placa de presión se pone en servicio, con grietas que se extienden desde las partes dobladas hasta el cuerpo; la deformación por desgaste alrededor de los orificios de los pernos es causada por el deslizamiento relativo entre la placa de presión y los pernos, y cuando la cantidad de desgaste excede los 2 mm, el efecto de sujeción se reducirá; La deformación plástica general se manifiesta como la separación de la superficie de presión de la placa de presión del lado del riel, lo que no puede limitar el desplazamiento lateral del riel y amenaza directamente la seguridad de la conducción.
¿Cuál es el esquema de diseño central para la optimización de la tensión de la estructura de la placa de presión de la vía?
El esquema de diseño principal para la optimización de la tensión de la estructura de la placa de presión de la vía es el diseño de dispersión de tensión, la adaptación de la sección transversal-variable y la ampliación del área de contacto. El diseño de dispersión de tensión cambia el ángulo de flexión-rectal de la placa de presión a una transición de arco de R15-R20mm, lo que reduce el factor de concentración de tensión en la parte doblada de 2,8 a menos de 1,3 y elimina la fuente de concentración de tensión. La coincidencia de sección transversal-variable ajusta el espesor-de la sección transversal de acuerdo con la distribución de tensión de la placa de presión. En áreas de concentración de tensiones, como piezas dobladas y alrededor de orificios para pernos, el espesor de la sección transversal-se incrementa de 12 mm a 18 mm para mejorar la capacidad de carga-; en áreas rectas de baja-tensión, el espesor-de la sección transversal se reduce de 12 mm a 8 mm para lograr un diseño liviano y al mismo tiempo garantizar una distribución uniforme de la tensión. El diseño de área de contacto creciente cambia el modo de contacto entre la placa de presión y el riel de contacto lineal a contacto superficial. La superficie de presión de la placa de presión adopta un diseño de arco, con un grado de ajuste mayor o igual al 90% con el lado del riel, reduciendo la tensión de contacto y evitando el desgaste local. Además, optimice la disposición de los orificios para los pernos de la placa de presión, cambie los pernos de una-fila por una disposición simétrica de dos-filas, ajuste el espaciado de los pernos de 150 mm a 200 mm, de modo que la carga se distribuya uniformemente en los dos pernos, reduciendo la carga de tensión de un solo perno. Una vez completada la optimización estructural, se requiere un análisis de simulación de elementos finitos para verificar, simulando la carga de impacto de trenes de transporte pesado para garantizar que el valor de tensión de cada parte de la placa de presión sea inferior al límite de fatiga del material.
¿Cuáles son las medidas para mejorar el rendimiento de los materiales para las placas de presión en líneas de transporte pesado-?
Las medidas de mejora del rendimiento del material para placas de presión en líneas de transporte pesado-se centran en tres aspectos: material de matriz de alta-resistencia, tratamiento de refuerzo de superficie y modificación anti-fatiga. El material de la matriz adopta acero Q460 de alta-resistencia y baja-aleación en lugar del acero Q235 tradicional. El límite elástico del acero Q460 es mayor o igual a 460 MPa, y la resistencia a la tracción es mayor o igual a 550 MPa, que es más del doble que el del acero Q235, con una excelente resistencia a la deformación plástica. El tratamiento de fortalecimiento de la superficie adopta un proceso compuesto de enfriamiento con láser + granallado. Las piezas clave, como las piezas dobladas y alrededor de los orificios de los pernos de la placa de presión, se someten a enfriamiento por láser, con una profundidad de enfriamiento controlada a 1,5-2 mm, y la dureza de la superficie puede alcanzar HRC50-55, lo que mejora la resistencia al desgaste de la superficie y la resistencia a la fatiga; después del templado, se realiza granallado para formar una capa de tensión de compresión residual con un espesor de 0,2-0,3 mm en la superficie, con un valor de tensión de compresión residual de hasta -300MPa, compensando el efecto de la tensión de tracción alterna y retrasando el inicio de grietas por fatiga. La modificación antifatiga se logra mediante un tratamiento térmico de enfriamiento y revenido, adoptando un proceso de enfriamiento + revenido a alta temperatura, con una temperatura de enfriamiento de 880-900 grados y una temperatura de revenido de 600-620 grados, de modo que el material obtiene una estructura de sorbita templada con una tenacidad al impacto mayor o igual a 50J (-20 grados), mejorando en gran medida la resistencia al impacto dinámico del material. Para placas de presión en líneas de transporte pesado en ambientes corrosivos, se rocía un recubrimiento de fluorocarbono con un espesor de 30-40 μm sobre la superficie, que tiene una excelente resistencia a la intemperie y a la corrosión, y el grado de adhesión del recubrimiento es mayor o igual a 1, lo que garantiza que no se desprenda durante el servicio a largo plazo.
¿Cuáles son los puntos clave del diseño colaborativo de adaptación entre placas de presión, rieles y pernos de vía?
El diseño colaborativo de adaptación entre placas de presión, rieles y pernos de vía debe lograr tres objetivos: coordinación de tensiones, coincidencia de tamaños y compatibilidad con la corrosión. En términos de coordinación de tensiones, la rigidez de la placa de presión debe coincidir con la rigidez del riel. La rigidez de la placa de presión para líneas de transporte pesado-se controla a 120-150 kN/mm para garantizar que la placa de presión y el riel se deformen sincrónicamente bajo la carga de impacto del tren, evitando la concentración de tensiones causada por diferencias de rigidez. En términos de coincidencia de tamaño, el arco de la superficie de presión de la placa de presión debe ser consistente con el arco del lado del riel. El arco de la placa de presión adaptado a los rieles estándar nacionales es R130 mm, y el arco de los rieles estándar extranjeros debe ajustarse de acuerdo con los estándares correspondientes; El diámetro del orificio del perno de la placa de presión debe formar un ajuste de transición con el diámetro del perno, con un espacio de ajuste controlado de 0,05 a 0,1 mm para evitar fallas en la transmisión de carga causadas por espacios excesivos. En términos de compatibilidad con la corrosión, los revestimientos superficiales de la placa de presión, el riel y el perno deben adoptar materiales con el mismo potencial, como el revestimiento Dacromet, para evitar la corrosión electroquímica causada por diferencias de potencial; Se coloca una junta aislante con un espesor de 2 mm en la superficie de contacto entre la placa de presión y el riel, que no solo puede amortiguar la vibración, sino también prevenir la corrosión causada por el contacto directo entre los dos metales. El diseño de adaptación colaborativa también debe considerar el proceso de instalación. El par de instalación de la placa de presión debe coincidir con el grado de par del perno. El par de instalación de la placa de presión para líneas de transporte pesado se controla a 800-900 N·m para garantizar que la fuerza de presión de la placa de presión sobre el riel se mantenga estable en 25-30 kN, logrando una restricción confiable.
¿Cuáles son los indicadores de prueba de rendimiento y los estándares de aceptación para placas de presión en líneas de transporte pesado-?
Los indicadores de prueba de rendimiento de placas de presión en líneas-de transporte pesado incluyen tres categorías: indicadores de rendimiento mecánico, indicadores de rendimiento de fatiga e indicadores de adaptación de la instalación. Los indicadores de rendimiento mecánico prueban el límite elástico, la resistencia a la tracción y la tenacidad al impacto del material. El límite elástico de las placas de presión de acero Q460 es mayor o igual a 460 MPa, resistencia a la tracción mayor o igual a 550 MPa y - tenacidad al impacto de 20 grados mayor o igual a 50 J; La dureza de la superficie se prueba utilizando un probador de dureza Rockwell, y la dureza de las piezas templadas es mayor o igual a HRC50. Los indicadores de desempeño a la fatiga se prueban a través de un banco de pruebas de fatiga, aplicando una carga alterna con una frecuencia de 30 Hz y una amplitud de carga de 20-30kN. La placa de presión debe pasar 2 millones de ciclos de carga sin grietas y la vida útil a la fatiga es más del doble que la de las placas de presión tradicionales. Los indicadores de adaptación de la instalación prueban la precisión dimensional y el ajuste de la instalación de la placa de presión. La desviación del espesor de la placa de presión es menor o igual a ±0,5 mm, la desviación del ancho es menor o igual a ±1 mm; el grado de ajuste con el riel mayor o igual al 90% y la desviación vertical de la placa de presión después de la instalación menor o igual a 1 grado; la desviación de grado de posición del orificio del perno es menor o igual a ±0,5 mm para garantizar una instalación precisa del perno. El estándar de aceptación es que todos los indicadores de prueba cumplan con los estándares y que la tasa de calificación del mismo lote de placas de presión sea mayor o igual al 99%; las placas de presión instaladas deben someterse a pruebas de carga en el sitio, y cuando pasan trenes de transporte pesados, la tensión máxima de la placa de presión es menor o igual a la tensión permitida del material; la tasa de daño anual durante el servicio Inferior o igual al 0,5%, cumpliendo con los requisitos de operación a largo plazo de las líneas de transporte pesado. Las placas de presión no calificadas deben desecharse por completo y está estrictamente prohibido ingresar al sitio de construcción.