Auswahl der Schienenspezifikation und Anpassung von Gleisgeschwindigkeit und -last
Was sind die wichtigsten Unterschiede in den Anwendungsszenarien zwischen nationalen Standardschienen mit 50 kg/m und 60 kg/m?
Die nationale Standardschiene mit 50 kg/m wird aufgrund ihres moderaten Gewichts und der einfachen Installation hauptsächlich in städtischen Stadtbahnen, Straßenbahnen und Sonderstrecken in Industrieparks eingesetzt. Solche Strecken haben normalerweise eine Fahrgeschwindigkeit von weniger als oder gleich 120 km/h und eine geringe Achslast mit relativ geringen Anforderungen an die Verschleißfestigkeit und Schlagfestigkeit der Schienen. Die 60-kg/m-Schiene wird häufig auf konventionellen Fernbahnen und Schwerlastgüterstrecken eingesetzt. Sein größerer Querschnitt und seine höhere Tragfähigkeit ermöglichen eine Anpassung an Fahrgeschwindigkeiten unter 200 km/h und einen höheren Achslastdruck. In der tatsächlichen Auswahl wird für Stadtbahnstrecken eine 50-kg/m-Schiene bevorzugt, um die Baukosten zu kontrollieren, während für Hauptbahnstrecken eine 60-kg/m-Schiene erforderlich ist, um einen langfristig stabilen Betrieb zu gewährleisten, und die beiden können nicht willkürlich ersetzt werden, da sonst die Streckensicherheit beeinträchtigt wird. Darüber hinaus werden 50-kg/m-Schienen oft mit Rillenschienenstruktur für eingebettete Gleise verwendet, während 60-kg/m-Schienen meist gewöhnliche I-förmige Schienen sind, die sowohl für Schotter- als auch für Schottergleiskonstruktionen geeignet sind.
Was sind die Hauptunterschiede in den Materialanforderungen zwischen ausländischen Standardschienen und nationalen Standardschienen?
Das gängige Material nationaler Standardschienen ist U71Mn. Sein hoher Mangangehalt verleiht ihm eine hervorragende Festigkeit und Verschleißfestigkeit und erfüllt die mechanischen Leistungsanforderungen nationaler Standards wie GB/T2585. Ausländische Standardschienen wie der europäische Standard UIC 860V und amerikanische Standardprodukte von AREMA werden hauptsächlich aus Materialien wie R260 und Grade 65 hergestellt, bei denen mehr Wert auf die Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen und die Schweißleistung gelegt wird. Einige ausländische Normen verlangen, dass die Aufprallenergie bei -20 Grad nicht weniger als 40 J beträgt, was höher ist als die Anforderungen einiger nationaler Normspezifikationen. Nationale Standardschienen eignen sich besser für inländische Schwerlasttransporte und Transportbedingungen mit hoher Dichte, und die Materialformel konzentriert sich auf Ermüdungsfestigkeit und Verschleißfestigkeit. Ausländische Standardschienen müssen den klimatischen Bedingungen verschiedener Länder gerecht werden. Beispielsweise erhöhen ausländische Standardschienen in nordischen Regionen die Sprödbruchbeständigkeit bei niedrigen Temperaturen. In Bezug auf die chemische Zusammensetzung haben ausländische Standardschienen eine strengere Kontrolle über den Schwefel- und Phosphorgehalt, normalerweise weniger als oder gleich 0,03 %, während einige normale nationale Standardschienen weniger als oder gleich 0,045 % zulassen, um die Reinheit und Stabilität des Materials zu verbessern. Darüber hinaus stellen ausländische Standardschienen höhere Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften von Schweißverbindungen, die mehrere Runden zerstörungsfreier Tests bestehen müssen, um die Verbindungsqualität sicherzustellen.
Warum werden Schienen mit einem Gewicht von 75 kg/m und mehr für Schwerlaststrecken bevorzugt?
Schienen mit einem Gewicht von 75 kg/m und mehr haben ein größeres Querschnittsträgheitsmoment, wodurch der Achslastdruck von Schwerlastzügen effektiv verteilt und Biegeverformungen und Ermüdungsschäden an den Schienen reduziert werden können. Die Achslast von Schwerlaststrecken übersteigt in der Regel 25 t, und die häufige Durchfahrt von Zügen erzeugt enorme dynamische Aufprallkräfte. Die 75-kg/m-Schiene hat eine größere Dicke und Breite sowie eine dickere verschleißfeste Schicht, was die Lebensdauer verlängern und die Häufigkeit von Wartung und Austausch verringern kann. Im Vergleich zur 60-kg/m-Schiene weist die 75-kg/m-Schiene eine geringere Kontaktspannung auf, wodurch der Rad-{12}Schienenverschleiß reduziert und der Verlust der geometrischen Abmessungen der Schiene durch übermäßigen Schienenverschleiß vermieden werden kann. Solche Schienen bestehen meist aus hochfesten Legierungen, werden einer speziellen Wärmebehandlung unterzogen und weisen eine Zugfestigkeit von mindestens 980 MPa auf, viel höher als gewöhnliche Schienen, und können den durch schwere Lasten verursachten Zug- und Scherspannungen standhalten. Darüber hinaus verfügt die 75-kg/m-Schiene über eine höhere Stabilität, wodurch die Gleisglätte auf langen Rampen und Kurvenabschnitten besser aufrechterhalten werden kann und so der sichere Betrieb von Schwerlastzügen gewährleistet wird.
Welche besonderen Anforderungen an die geometrische Genauigkeit gelten für Schienen in Festen Gleisen?
Feste Gleise stellen extrem hohe Anforderungen an die Ebenheit mit einer Fehlertoleranz im Millimeterbereich, weshalb die Kontrolle der Glätte des Schienenkopfes, der Spurweitenabweichung und der Geradheit strenger ist. Die Geradheitsabweichung der Arbeitskante des Schienenkopfes sollte weniger als oder gleich 0,1 mm pro Meter betragen, und die kumulative Abweichung über die gesamte Länge sollte weniger als oder gleich 3 mm betragen, um einen gleichmäßigen Rad-{4}}Schienenkontakt zu gewährleisten und Vibrationen und Geräusche zu reduzieren. Die zulässige Spurweitenabweichung beträgt nur ±1 mm, viel weniger als ±2 mm bei Schottergleisen, wodurch das Risiko von Zugschwankungen oder Entgleisungen aufgrund einer zu großen Spurweite vermieden wird. Die Genauigkeit der Schweißverbindungen von Schotterschienen ist höher und die Glätte der Schweißverbindungen muss durch Schleifen behandelt werden, wobei die Unebenheiten der Ober- und Seitenflächen höchstens 0,2 mm/m betragen müssen, um sicherzustellen, dass es beim Durchfahren der Verbindungen durch Züge zu keinen Stößen kommt. Auch die Längengenauigkeit der Schienen muss streng kontrolliert werden, wobei die feste-Längenabweichung kleiner oder gleich 5 mm sein muss, um konzentrierte Gleisausdehnungs- und -kontraktionsbelastungen aufgrund von Längenfehlern zu vermeiden. Darüber hinaus müssen schotterlose Gleisschienen eine bessere Verformungsbeständigkeit aufweisen und der lineare Ausdehnungskoeffizient sollte bei Temperaturänderungen stabil sein, um die relative Verschiebung zwischen Gleisplatten und Schienen zu verringern.
Was ist das Übereinstimmungsprinzip zwischen Schienenhärte und Radlaufflächenhärte?
Das Matching-Prinzip zwischen Schienenhärte und Radlaufflächenhärte sollte dem Prinzip „etwas höher und kompatibel“ folgen. Normalerweise ist die Schienenhärte 10-20HB höher als die Radlaufflächenhärte, wodurch eine Schienenverschleißfestigkeit ohne übermäßigen Radverschleiß gewährleistet werden kann. Wenn die Schienenhärte geringer ist als die des Rades, führt dies zu übermäßigem Schienenverschleiß und erhöhten Austauschkosten; Wenn die Härte zu hoch ist, beschleunigt sich der Verschleiß des Radprofils, es kommt zu einer Radpolygonisierung und die Fahrstabilität wird beeinträchtigt. Die Übereinstimmungsstandards variieren je nach Linie. Die Schienenhärte von Hochgeschwindigkeitsbahnstrecken wird normalerweise auf 280-320HB und die Radlaufflächenhärte auf 260-290HB eingestellt, um den geringen Verschleißanforderungen bei Hochgeschwindigkeitsbetrieb gerecht zu werden. Die Schienenhärte von Schwerlaststrecken muss auf 340–380 HB erhöht werden, und die Radlaufflächenhärte beträgt 320–350 HB, um dem Verschleiß bei starken Belastungen standzuhalten. Die Übereinstimmung muss durch eine Analyse der Rad-Schiene-Kontaktmechanik überprüft werden, um sicherzustellen, dass der Reibungskoeffizient zwischen den beiden stabil zwischen 0,3 und 0,4 liegt und Stick-Slip-Vibrationen vermieden werden. Darüber hinaus ist auch die Härtegleichmäßigkeit von Schienen und Rädern wichtig, und die Härteabweichung sollte kleiner oder gleich 15HB sein, um konzentrierten Verschleiß durch lokale harte Stellen zu verhindern.