Por que as placas de pressão fraturam nos furos dos parafusos
Placas de pressão - também chamadas de placas de fixação ou placas de base do trilho - são os componentes que pressionam o pé do trilho contra o dormente em sistemas de fixação elástica. Quando um trem passa, os furos dos parafusos carregam forças de tração, enquanto a superfície de trabalho que entra em contato com a base do trilho carrega forças de reação. Onde esses dois campos de tensão se cruzam, desenvolvem-se tensões extremas de cisalhamento e flexão. As vibrações do trem sobrepõem tensões alternadas de alta-frequência nesta zona, e é por isso que as bordas dos-buracos dos parafusos são o local dominante-de iniciação de trincas em serviço. Uma vez iniciada uma trinca, ela se propaga rapidamente, a menos que a concentração de tensão seja determinada. Falhas por fadiga deste tipo são responsáveis por uma grande parte da substituição prematura de componentes de fixação em linhas com tráfego intenso.
Como as ranhuras de alívio de estresse redistribuem o estresse
Uma ranhura de alívio de tensão remove o material no ponto de concentração e modifica deliberadamente a seção-de suporte-de carga. Em vez de um pico agudo na borda do furo, a ranhura espalha a tensão por uma região mais ampla e suaviza as linhas de fluxo de tensão. A ranhura atua como uma zona tampão: durante o carregamento sofre pequena deformação elástica e absorve energia de deformação, adiando a nucleação da trinca. A análise de elementos finitos de placas ranhuradas normalmente mostra que a tensão máxima ao redor do furo do parafuso cai mais de 30% em comparação com uma placa idêntica sem ranhuras, o que se traduz em uma vida útil de fadiga substancialmente mais longa sob o mesmo espectro de carga-de eixo.
Princípios de projeto para tamanho e posição da ranhura
Posicione na linha de pico-de tensão.A ranhura deve estar localizada na linha que conecta o centro do furo-do parafuso à superfície de trabalho. Uma ranhura colocada fora desta linha pouco faz para reduzir o pico crítico e pode até criar um novo ponto de concentração em outro lugar.
Profundidade de 1/3 a 1/2 espessura da placa.A profundidade é a principal variável de ajuste. Sulcos mais profundos do que metade da espessura da placa enfraquecem a secção e correm o risco de colapso do ligamento remanescente; ranhuras mais rasas que um{1}}terço não conseguem dispersar o campo de tensão de forma eficaz.
Largura dimensionada para o tamanho da placa.A largura é definida proporcionalmente às dimensões da placa e à distância da borda do furo, e normalmente é verificada juntamente com a profundidade pela FEA.
Raio de raiz suave.A raiz da ranhura deve ter um raio generoso, nunca um canto agudo; uma raiz afiada simplesmente move a concentração de tensão para a parte inferior da ranhura.
Por que as placas de comutação precisam de canais mais agressivos
As placas de comutação (aparência) suportam um histórico de carga muito mais complexo do que as placas de linha simples. Eles combinam pressão vertical das rodas, grande impulso lateral nas zonas de entrada e saída do interruptor e forças longitudinais de tração e frenagem. A atuação da-máquina do interruptor adiciona cargas de impacto dinâmicas nos acessórios-da ponta. O resultado é um estado de tensão alternada multi-axial nos furos dos parafusos que uma única ranhura convencional não consegue suportar. As placas de comutação são, portanto, projetadas com ranhuras duplas ou ranhuras de alívio perfiladas, e a geometria é validada pela FEA em relação aos casos de carga específicos do desvio antes da prototipagem.
Como diagnosticar uma placa fraturada
Se uma placa falhar e a trinca começar na raiz da ranhura enquanto a superfície da fratura mostra estrias de fadiga distintas, o desenho da ranhura é a causa provável - normalmente um raio de raiz acentuado, profundidade incorreta ou posição errada. Se a falha começar fora da ranhura e a própria ranhura estiver intacta, a causa mais provável são defeitos de material,-aperto excessivo dos parafusos ou erros de instalação, como uma placa de base desalinhada. Para falhas de lote rastreadas no projeto, a resposta correta é interromper a entrega,-executar novamente o FEA com o espectro de carga real e re-qualificar a placa revisada; para falhas isoladas, revise primeiro o torque de instalação e a condição da superfície do dormente.
Perguntas frequentes
As ranhuras de alívio de tensão enfraquecem a placa de pressão?
Qualquer ranhura remove material, mas uma ranhura de tamanho correto remove a tensão, não a força. Como a profundidade é limitada a aproximadamente metade da espessura da placa e a posição segue a linha de-tensão de pico, a seção de suporte-da carga permanece adequada enquanto a vida à fadiga aumenta.
Podem ser adicionadas ranhuras a um projeto de placa existente?
A modernização de uma ranhura em uma placa já em serviço requer nova-verificação pela FEA e testes de fadiga. Simplesmente usinar uma ranhura em uma placa não projetada para isso pode reduzir a rigidez e alterar a força de fixação, portanto, recomenda-se uma alteração formal no projeto.
Qual material é comumente usado para placas de pressão?
As placas de pressão são geralmente produzidas em aço para molas ou aço estrutural temperado e revenido. O grau e a dureza exatos são selecionados para que a placa possa ser desviada elasticamente durante a instalação do clipe sem fixação permanente.
Como as dimensões das ranhuras são verificadas na produção?
A inspeção dimensional da profundidade da ranhura, largura e raio da raiz é realizada com medidores calibrados ou medição óptica, e uma amostra de cada lote de produção é testada-para fadiga sob o espectro de carga do projeto.
Quais padrões se aplicam aos componentes do sistema de fixação, como placas de pressão?
Os requisitos de desempenho para sistemas de fixação de trilhos e seus componentes são definidos na série EN 13481, e o fornecimento chinês é comumente verificado em relação aos padrões de componentes de fixação TB/T para sistemas de fixação elástica. As classes de aço para clipes e placas de trilhos seguem os padrões relevantes de aço para molas e aço estrutural GB/T.