Предаване на предварително натоварване в системи за закрепване на релси

Защо предварителното натоварване е работният параметър на система за закрепване

Силата на затягане на система за закрепване на релса, обикновено изразена като натоварване на пръстите на скоба, е това, което всъщност държи релсата в габарит, устоява на пълзенето на релсата и поддържа системата за закрепване твърда. Произвежда се чрез предварително натоварване: напрежението, създадено в болта, винтовия шип или крака на скобата, когато е затегнат. Проектната цел е зададена от стандарта за система за закрепване, например изискванията за натоварване на краката и вертикална коравина на EN 13481-1 за системи върху бетонни траверси, а самата сила на затягане се измерва на стенд за изпитване. По време на обслужване инженерът по поддръжката не може да види директно предварителното натоварване, така че то се управлява чрез проверки на въртящ момент, деформация или междини, определени от чертежа на системата. Следователно разбирането как се генерира предварително натоварване, къде се губи и как се отпуска с течение на времето е в основата както на правилната инсталация, така и на правилното планиране на поддръжката.

Пътят на предаване и къде се губи предварителното натоварване

Предварителното натоварване се движи от инструмента за затягане към релсата през верига от интерфейси и всеки интерфейс консумира част от входната сила чрез триене и локална деформация. Таблицата по-долу обобщава типичните диапазони на загубите, докладвани в практиката на закрепване за еластична система за закрепване с болтове; стойностите са инженерни оценки от тестване на компоненти на коловоза и трябва да бъдат потвърдени за конкретната система и състояние на смазване.

След като се сумират четирите интерфейса, ефективната сила на затягане, достигаща релсата, обикновено е 50 до 60 процента от стойността, подразбираща се от номиналния момент на затягане. Това не е дефект; това е нормалната ефективност на преобразуване на резбова връзка и спецификацията за затягане вече го отчита. Това, което има значение на практика, е последователността: един и същ въртящ момент трябва да произвежда една и съща сила на затягане всеки път, което е вярно само ако състоянието на триене се контролира.

Въртящ момент, триене и сила на затягане

Връзката между въртящия момент на затягане T, силата на затягане F и диаметъра на стъпката на резбата d е класическата формула T=K x F xd, където K е коефициентът на въртящ момент, който обединява триенето на резбата, челното триене и ефектите на спиралата на резбата. K обикновено е между 0,15 и 0,25 в зависимост от обработката на повърхността и смазването: чистата суха стоманена резба е близо до горната част на обхвата, смазана или покрита с цинк-люспи резба е близо до дъното. Коефициентът не е константа; той се променя с покритие, смазване, повторна употреба на болта и условията на околната среда, поради което ISO 16047 предписва стандартен тест за измерване на съотношението на въртящия момент-силата на затягане на крепежния елемент и защо критичните съединения се валидират на платформа, преди спецификацията на въртящия момент да бъде замразена. Методът на затягане също определя разсейването: контролът на въртящия момент поддържа въртящия момент, но не и силата на затягане, с разсейване от около плюс или минус 25 процента върху полученото предварително натоварване; ъгъл-контролираното затягане намалява разсейването до около 15 процента; контролирано-затягане на провлачването, използвано върху ставите с най-висока{13}}интегритет, поддържа предварително натоварване до около 8 процента разсейване. За закрепванията на вериги контролът на въртящия момент или отклонението е стандартен, защото е бърз и -проверяем с инструмент, а състоянието на триене се управлява чрез определяне на покритието и смазването на компонентите.

Контролиране на триенето на всеки интерфейс

Тъй като триенето определя колко въртящ момент се превръща в сила на затягане, практическите контроли се прилагат на интерфейсите. Върху резбата определен лубрикант или покритие стабилизира коефициента на триене на резбата, обикновено в диапазона от 0,10 до 0,15 за резба с покритие и смазка, и предотвратява натъртването, което се появява върху резбите с пластини без смазка. На лицевата страна на гайката и контакта на скобата, плоскостта и грапавостта се контролират чрез машинна обработка; отклонение от плоскостта от около 0,05 mm или по-малко и площ за сядане от 95 процента или повече избягвайте локални високи точки, които консумират неравномерно предварително натоварване. При контакта на щипката-към-релсата, геометрията на пръста на щипката и стъпалото на релсата е фиксирана от чертежа на системата, а интерфейсът носи динамично натоварване, така че износването и нарязването тук се появяват първо при експлоатация. Еластични шайби и конусовидни пружинни шайби се използват, когато съединението трябва да поеме слягане или термично движение, тъй като те превръщат част от еластичната деформация в задържано предварително натоварване, вместо да го загубят. Общото правило е, че всеки интерфейс се определя, тества и контролира точно като свойство на материала, тъй като разсейването на K, а не номиналната стойност, определя дали инсталираната сила на затягане отговаря на стандарта.

Съпоставяне на напрежението между болтове, скоби и подложки

Предварителното натоварване трябва да е съвместимо със силата на всеки компонент в пътя на натоварване. Болтовете и винтовите шипове се избират според класа на свойства, обикновено 8,8 или 10,9 по ISO 898-1 за болтове за вериги, така че предварителното натоварване, съответстващо на определения въртящ момент, да остане под напрежението на изпробване с проектна граница; общата проектна практика е да се поддържа работното напрежение от 60 до 70 процента от добива на статични съединения. Пружинните скоби са направени от закалена пружинна стомана, например 60Si2MnA до GB/T 1222, и тяхното работно напрежение е ограничено от изискването за умора, а не от статична якост, така че допустимото напрежение обикновено е 50 до 60 процента от границата на еластичност и деформацията на скобата се задава от целта за натоварване на пръстите. Подложките и изолационните компоненти са меката връзка във веригата: тяхното напрежение на натиск е ограничено от материала на подложката, а площта на подложката е оразмерена така, че предварителното натоварване плюс натоварването от трафика остава под границата на напрежението на подложката, в противен случай подложката пълзи и предварителното натоварване се губи. Задачата на дизайна е да съответства на градиента на твърдост през системата, по-твърд при болта и скобата, по-мек при подложката, така че предварителното натоварване да се споделя, без да се претоварва нито един компонент.

Разлики в-тежка-скорост и висока-скорост

Тежките{0}}въжета определят по-високо първоначално предварително натоварване в сравнение с конвенционалните линии поради три причини. Натоварванията на колелата са по-високи, така че динамичният дял на изискваната сила на затягане е по-голям. Коефициентите на триене на интерфейсите са склонни да нарастват с по-високите налягания на интерфейса, което увеличава загубата при предаване, обикновено с 10 до 15 процентни пункта повече, отколкото при конвенционална линия. И по-силната вибрация ускорява релаксацията, така че първоначалното предварително натоварване трябва да включва резерв за релаксация, който поддържа ефективната сила на затягане над минималната за живота на системата. При високо-скоростни линии същата логика върви в обратна посока: вертикалните сили са умерени, но системата трябва да поддържа прецизна геометрия на коловоза при скорост, така че приоритетът е постоянната твърдост и равномерното предварително натоварване от скоба до скоба, а не максималното предварително натоварване. И в двата случая последствията от поддръжката са едни и същи: измерете силата на затягане или въртящия момент на базата на извадка, наблюдавайте тенденцията на затихване и затегнете отново, преди ефективното предварително натоварване да падне под минимума, изискван от системния стандарт.

Често задавани въпроси

В1: Защо само около половината от въртящия момент се превръща в сила на затягане?

Тъй като приложеният въртящ момент първо преодолява триенето на резбата, след това триенето на гайката, след това триенето и деформацията на интерфейсите на скобата. Тези загуби са нормалната неефективност на преобразуване на съединението, като обикновено остават 50 до 60 процента от номиналната сила като ефективна сила на затягане.

Q2: Какво означава коефициентът на въртящ момент K?

K във формулата T=K x F xd обединява всички ефекти на триене на ставата. AK от 0,2 означава, че 20 процента от въртящия момент се консумира от триене. По-ниското K дава повече сила на затягане за същия въртящ момент и по-малко разсейване.

Q3: Защо еднаквите стойности на въртящия момент дават различни сили на затягане?

Тъй като състоянието на триене варира в зависимост от покритието, смазването, състоянието на резбата и повторната употреба. Ето защо съществуват тестове по ISO 16047 и защо критичните съединения се валидират на платформа, преди стойността на въртящия момент да бъде записана в спецификацията за монтаж.

Q4: Кога трябва да се използва-контролирано затягане?

Когато разсейването трябва да бъде сведено до минимум, например при критични за безопасност-фуги, където лентата на силата на затягане е тясна. Контролът на ъгъла премахва влиянието на триенето, но изисква еластична връзка, където връзката между завъртане-към-предварително натоварване е стабилна.

Q5: Как пълзенето на подложката влияе на предварителното натоварване?

Когато подложката се фиксира постоянно, работната точка на щипката се премества и натоварването на пръстите на крака пада. Това е доминиращият механизъм за загуба на предварително натоварване при системите с меки подложки и основната причина първото повторно-затягане да се планира няколко месеца след отварянето на линията.

В6: Защо закопчалките за-тежки превози се нуждаят от повече първоначално предварително натоварване?

Тъй като загубите на интерфейса са по-големи, динамичното търсене е по-голямо и релаксацията,-задвижвана от вибрации, е по-бърза. Допълнителното първоначално предварително натоварване е резерв, който поддържа ефективната сила на затягане над минимума през целия експлоатационен живот.