Elastische Technologie zur Anpassung der Schienensteifigkeit und Befestigungsanpassungsschemata für verschiedene Schienentypen
Was sind die beiden Haupteinflussmechanismen der elastischen Streifensteifigkeit auf die Schienenbefestigungswirkung?
Der erste Einflussmechanismus der Steifigkeit des elastischen Streifens auf die Schienenbefestigungswirkung ist der Mechanismus zur Beibehaltung der Vorspannung. Die Steifigkeit des elastischen Streifens bestimmt die Dämpfungsrate der Vorspannung. Unter der Einwirkung der Zugschwingungslast beträgt die Vorspannungsdämpfungsrate des elastischen Streifens mit mäßiger Steifigkeit weniger als oder gleich 5 %/Jahr, wodurch eine stabile Kompression auf der Schiene über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden kann; Die Vorspannungsdämpfungsrate des elastischen Streifens bei unzureichender Steifigkeit kann mehr als 15 %/Jahr erreichen, und es kommt in kurzer Zeit zu einer Lockerung der Schiene. Der zweite Einflussmechanismus ist der Schwingungsenergieabsorptionsmechanismus. Als elastisches Element muss das elastische Band einen Teil der Rad-{6}}Schiene-Schwingungsenergie absorbieren. Der elastische Streifen mit übermäßiger Steifigkeit weist eine schlechte elastische Verformungsfähigkeit auf und kann Vibrationsenergie nicht effektiv absorbieren, was zu einer direkten Übertragung der Vibrationslast auf die Schwelle und einer beschleunigten Beschädigung der Schwelle führt. Der elastische Streifen mit unzureichender Steifigkeit weist eine übermäßige Verformung auf, die zu plastischer Verformung und zum Verlust der Befestigungsfunktion neigt. Diese beiden Mechanismen hängen miteinander zusammen. Die Aufrechterhaltung der Vorspannung ist die Grundlage und die Absorption der Vibrationsenergie die Garantie. Nur der elastische Streifen, dessen Steifigkeit der Schiene entspricht, kann diese beiden Funktionen gleichzeitig erfüllen. Beispielsweise verfügt der elastische Streifen vom Typ Ⅲ, der an die nationale Standardschiene mit 60 kg/m angepasst ist, über eine auf 60 kN/mm kontrollierte Steifigkeit, die nicht nur eine stabile Vorspannung aufrechterhalten, sondern auch Vibrationsenergie effektiv absorbieren kann, mit der besten Befestigungswirkung.
Was sind die Berechnungsmethode und die wichtigsten Einflussparameter der elastischen Streifensteifigkeit?
Die Berechnung der Steifigkeit des elastischen Bandes basiert auf der Balkenbiegetheorie der Materialmechanik. Die Kernberechnungsformel lautet k=L33EI, wobei k die Steifigkeit des elastischen Streifens, E der Elastizitätsmodul des Materials, I das Trägheitsmoment des elastischen Streifenabschnitts und L die effektive Auslegerlänge des elastischen Streifens ist. Zu den wichtigsten Einflussparametern gehören drei Aspekte: Erstens der Elastizitätsmodul des Materials. Der Elastizitätsmodul von 60Si2CrVA-Federstahl, der üblicherweise für elastische Streifen verwendet wird, beträgt 206 GPa. Das Ersetzen durch andere Materialien führt zu einer direkten Änderung des Steifigkeitswerts. Zweitens das Abschnittsträgheitsmoment, das eng mit der Abschnittsbreite und -dicke des elastischen Streifens zusammenhängt. Mit jeder Zunahme der Querschnittsdicke um 1 mm erhöht sich das Trägheitsmoment des Querschnitts um etwa 20 % und die Steifigkeit nimmt deutlich zu; Drittens, effektive Auslegerlänge. Mit jeder Verringerung der Auslegerlänge um 5 mm erhöht sich die Steifigkeit um etwa 15 %. Die Anpassung der Auslegerlänge ist eine bequeme Möglichkeit, die Steifigkeit des elastischen Streifens zu ändern. Bei der Berechnung muss der tatsächliche Spannungszustand des elastischen Streifens berücksichtigt werden und der theoretische Berechnungswert wird durch eine Finite-Elemente-Simulationssoftware korrigiert. Die Abweichung zwischen dem korrigierten Steifigkeitswert und dem gemessenen Wert muss kleiner oder gleich 3 % sein. Darüber hinaus beeinflusst der Wärmebehandlungsprozess des elastischen Streifens auch die Steifigkeit. Der Elastizitätsmodul des elastischen Streifens ist bei unzureichender Abschreckung niedrig und die Steifigkeit liegt etwa 10 % unter dem Auslegungswert.
Was sind die Steifigkeitsdesignparameter und Optimierungspunkte des elastischen Streifens, der an die nationale Standardschiene von 60 kg/m angepasst ist?
Der elastische Streifen vom Typ Ⅲ wird für die nationale Standardschiene mit 60 kg/m ausgewählt. Die Kernsteifigkeitsdesignparameter sind ein Steifigkeitswert von 60 ± 5 kN/mm und eine Vorspannung von 12 - 15 kN. Diese Parameter können die beiden Anforderungen der Aufrechterhaltung der Vorspannung und der Absorption von Vibrationsenergie ausgleichen. Der erste Optimierungspunkt ist die Optimierung der Abschnittsgröße. Die Abschnittsdicke des Arbeitsabschnitts des elastischen Streifens ist auf 10 mm und die Breite auf 25 mm ausgelegt. Die Steifigkeitsstabilität wird durch die Erhöhung des Querschnittsträgheitsmoments verbessert, wodurch ein schneller Abfall der Steifigkeit mit zunehmender Verformung vermieden wird. Die zweite ist die Optimierung der Materialleistung. . 60Es wird Si2CrVA-Federstahl verwendet, der durch „Abschrecken + Anlassen bei mittlerer Temperatur“ mit einer elastischen Grenzfestigkeit größer oder gleich 1600 MPa behandelt wird, wodurch sichergestellt wird, dass der elastische Streifen innerhalb des elastischen Verformungsbereichs ohne plastische Verformung arbeitet. Das letzte ist die Optimierung der Strukturform. Der Bogenübergangsradius des elastischen Streifens wird von R3 mm auf R5 mm erhöht, um den Spannungskonzentrationsfaktor zu verringern und die Ermüdungsbeständigkeit des elastischen Streifens zu verbessern. Der optimierte elastische Streifen muss durch Prüfstandstests verifiziert werden. Unter der simulierten Befestigungsbedingung einer Schiene mit 60 kg/m beträgt nach 1 Million Vibrationszyklen die Vorspannungsdämpfungsrate weniger als oder gleich 3 % und die Steifigkeitsänderungsrate weniger als oder gleich 2 %, was den Nutzungsanforderungen entspricht.
Was sind die differenzierten Steifigkeitsbemessungspunkte des an die ausländische Normschiene UIC60 angepassten elastischen Streifens?
Die differenzierten Steifigkeitsdesignpunkte des an die ausländische Normschiene UIC60 angepassten elastischen Streifens spiegeln sich in drei Aspekten wider: Anpassung des Steifigkeitswerts, Anpassung der Strukturform und Anpassung der Installationsschnittstelle. Die Anpassung des Steifigkeitswertes ist der Kern. Die Schienenkopfbreite und die Abschnittsgröße der UIC60-Schiene unterscheiden sich von denen der nationalen Standardschiene mit 60 kg/m, und die für die Befestigung erforderliche Vorspannung ist höher. Daher muss die Steifigkeit des elastischen Streifens auf 70 ± 5 kN/mm erhöht und die Vorspannung auf 15 - 18 kN kontrolliert werden, um eine wirksame Begrenzung der Schienenverschiebung sicherzustellen. Im Hinblick auf die strukturelle Formanpassung unterscheidet sich die Größe der Befestigungsnuten der UIC60-Schiene von der der nationalen Standardschienen. Die Auslegerlänge des elastischen Streifens muss um 3 mm verkürzt werden und gleichzeitig wird der Endbiegewinkel des elastischen Streifens vergrößert, damit der Druckpunkt des elastischen Streifens genau zur Schienenschulterposition der UIC60-Schiene passt. Im Hinblick auf die Anpassung der Installationsschnittstelle muss an der Unterseite des elastischen Streifens ein Positionierungsvorsprung hinzugefügt werden, der mit der Positionierungsnut des UIC60-Befestigungselements zusammenwirkt und eine seitliche Verschiebung des elastischen Streifens während der Vibration verhindert. Darüber hinaus werden UIC60-Schienen hauptsächlich auf europäischen Hochgeschwindigkeitsstrecken eingesetzt, die höhere Anforderungen an die Ermüdungsfestigkeit der elastischen Streifen stellen. Daher muss für das elastische Bandmaterial höherreiner 60Si2CrVA-Stahl verwendet werden, dessen Schwefel- und Phosphorgehalt unter 0,008 % liegt, um die Ermüdungsbeständigkeit zu verbessern.
Welche Überprüfungsmethoden und Beurteilungsstandards gibt es für die Anpassungsfähigkeit zwischen der Steifigkeit des elastischen Streifens und dem Schienentyp?
Die Verifizierungsmethoden für die Anpassungsfähigkeit zwischen der Steifigkeit des elastischen Streifens und dem Schienentyp sind in zwei Kategorien unterteilt: Laborverifizierung und Feldlinienverifizierung. Bei der Überprüfung auf dem Labortisch wird eine Befestigungstestplattform gebaut, die den Schienentyp simuliert, der elastische Streifen auf dem Befestigungselement des entsprechenden Schienentyps installiert, eine Vibrationslast des Zugbetriebs mit einer Frequenz von 50 Hz und einer Amplitude von 1 mm angelegt und die Vibration 1 Million Mal fortgesetzt. Während des Tests werden die Vorlastdämpfungsrate, die Steifigkeitsänderungsrate und die Ermüdungsschädigung des elastischen Streifens in Echtzeit überwacht. Die Feldlinienprüfung wählt typische Streckenabschnitte aus, verlegt Schienen und elastische Bänder entsprechender Schienentypen, führt Gleise und überwacht 6 Monate lang und erfasst die seitliche Verschiebung von Schienen und die Beschädigung von elastischen Bändern. Die Beurteilungsstandards umfassen drei Kernindikatoren: erstens die Vorspannungsdämpfungsrate kleiner oder gleich 5 %/1 Million Vibrationen; Zweitens beträgt die Steifigkeitsänderungsrate weniger als oder gleich 3 %. Drittens beträgt die seitliche Verschiebung der Schiene weniger als oder gleich 0,5 mm. Wenn alle drei Indikatoren den Standards entsprechen, wird davon ausgegangen, dass der elastische Streifen an den Schienentyp angepasst ist; Wenn ein Indikator die Standards nicht erfüllt, müssen die Steifigkeitsdesignparameter des elastischen Streifens erneut angepasst und überprüft werden. Beispielsweise weist der elastische Streifen, der an die 75 kg/m schwere Zugschiene angepasst ist, nach der Überprüfung eine Vorspannungsdämpfungsrate von 3 %, eine Steifigkeitsänderungsrate von 2 % und eine seitliche Schienenverschiebung von 0,3 mm auf, was dem Anpassungsfähigkeitsbeurteilungsstandard entspricht.