Szyny stalowe podtrzymują lokomotywę i wyznaczają jej kierunek, a szyna mocowana jest do podkładu podtorza za pomocą łączników elastycznych. Części mocujące łącznika elastycznego to głównie zaciski elastyczne, które wywierają naprężenie i siłę na tor poprzez odkształcenie zginające i skręcające. Zapewniają niezawodne połączenie szyny z podkładem, zapobiegają pionowym i poziomym ruchom szyny względem podkładu oraz utrzymują właściwą skrajnię zapewniającą bezpieczną jazdę pociągu. W artykule skupiono się na elastycznych zaciskach szynowych wytwarzanych ze stali sprężynowej 55Si2Mn i 38Si7 o twardości od 44 do 48 HRC.
Dlaczego stal sprężynowa jest używana do zacisków szynowych
Ponieważ kontakt koła szynowego z szyną jest sztywny, podczas przejazdu pociągu nie da się uniknąć wibracji. Specjalna elastyczna struktura klipsów pochłania część energii uderzenia i zapewnia tłumienie. Zaciski elastyczne pracują pod zmiennymi, powtarzającymi się naprężeniami i są poddawane zginaniu, skręcaniu, zmęczeniu i korozji, a także bardzo dużym chwilowym obciążeniom udarowym podczas przejazdu pociągów. Wymagania eksploatacyjne dotyczące zacisków elastycznych są zatem bardzo rygorystyczne i wymagana jest stal sprężynowa o wysokiej granicy sprężystości, wysokiej granicy plastyczności i doskonałej odporności zmęczeniowej.
Skład chemiczny 55Si2Mn i 38Si7
| Element | 55Si2Mn | 38Si7 |
|---|---|---|
| Węgiel | 0.52-0.60% | 0.35-0.42% |
| Krzem | 1.50-2.00% | 1.50-1.80% |
| Mangan | 0.60-0.90% | 0.50-0.80% |
| Chrom | Mniejsze lub równe 0,35% | nie określono |
| Fosfor | Mniejsze lub równe 0,03% | Mniejsze lub równe 0,03% |
| Siarka | Mniejsze lub równe 0,03% | Mniejsze lub równe 0,03% |
Wysoka zawartość krzemu w obu gatunkach podnosi granicę sprężystości i poprawia odporność zmęczeniową stali sprężynowej, natomiast zawartość węgla reguluje hartowność i wytrzymałość po obróbce cieplnej. Inne gatunki stosowane na elastyczne zaciski szynowe obejmują 60Si2MnA i 60Si2CrA o podobnych zakresach składu, a normy referencyjne obejmują DIN 17221, BS 970 i GB/T 1222.
Twardość i wydajność zmęczeniowa
Zaciski elastyczne są utwardzane i odpuszczane do twardości od 44 do 48 HRC dla zacisków typu E- i od 42 do 47 HRC dla zacisków typu napinanego. Przy tej twardości zaciski zapewniają wymaganą siłę zacisku, zachowując jednocześnie wystarczającą wytrzymałość, aby uniknąć kruchego pękania. W testach zmęczeniowych zaciski o średnicy drutu 18 mm wytrzymują 3 miliony cykli bez pękania, a zaciski o średnicy 20 mm wytrzymują 5 milionów cykli bez pękania. Aby osiągnąć takie wyniki zmęczeniowe, niezbędne jest połączenie prawidłowej twardości i jakości powierzchni.
Typowe modele klipsów i wymiary
Elastyczne zaciski szynowe są dostarczane w szerokiej gamie modeli o średnicach drutu od 13 mm do 20 mm. Lekkie klipsy o średnicy 13 mm ważą od około 0,25 do 0,53 kg sztuka, średnie klipsy o średnicy 18 mm ważą od około 0,58 do 0,62 kg, a ciężkie klipsy o średnicy 20 mm ważą od około 0,80 do 1,03 kg. Typowe przykłady obejmują E1809 o średnicy 20 mm, E1813 o średnicy 18 mm, E2001, E2039 i E2055 o średnicy 20 mm oraz ciężkie klipsy o średnicy 20 mm i wadze około 0,85 do 1,03 kg. Klipsy mogą być również produkowane dokładnie według rysunków i wymagań klienta.
Obróbka powierzchniowa
Obróbka powierzchni obejmuje gładkie olejowanie, oksydowanie na czarno, malowanie w kolorze, cynkowanie ogniowe i cynkowanie. Zwykłe wykończenia olejowane i oksydowane są ekonomiczne w suchym klimacie, natomiast cynkowanie ogniowe jest zalecane w środowiskach wilgotnych, przybrzeżnych i przemysłowych. Obróbka powierzchniowa nie może wpływać na właściwości zmęczeniowe stali sprężynowej; dlatego też procesy, które mogą powodować kruchość wodorową, są dokładnie kontrolowane.
Scenariusze zastosowań
Elastyczne uchwyty szynowe stosowane są w systemach przytwierdzeń kolejowych na liniach głównych, drugorzędnych, kolejach górniczych, torach dźwigowych i systemach transportu miejskiego na całym świecie. Współpracują z płytami podstawowymi, podkładkami szynowymi, izolatorami i kolcami śrubowymi, tworząc kompletny system mocowania na podkładach drewnianych lub betonowych. Prawidłową kombinację modelu zacisku, przekroju szyny i typu podkładu należy zweryfikować na podstawie projektu systemu, ponieważ siła docisku i obciążenie zbieżności muszą odpowiadać warunkom eksploatacji.
Kontrola i konserwacja
Regularnie sprawdzaj zaciski pod kątem pęknięć, korozji, utraty siły zaciskania i przemieszczenia. Użyj odpowiedniego narzędzia montażowego i unikaj obciążeń udarowych, które mogą spowodować mikropęknięcia stali sprężynowej. Niezwłocznie wymień uszkodzone zaciski i sprawdź moment obrotowy odpowiednich śrub. W środowiskach korozyjnych należy zwiększyć ochronę powierzchni i częściej sprawdzać zaciski.
Często zadawane pytania
P: Jaka jest różnica między 55Si2Mn a 38Si7?
A:55Si2Mn ma wyższy poziom węgla o 0,52–0,60%, podczas gdy 38Si7 ma niższy poziom węgla o 0,35–0,42%; obie są krzemowymi stalami sprężynowymi o wysokiej granicy sprężystości.
P: Jaką twardość mają elastyczne zaciski szynowe?
A:Zaciski typu E-poddaje się obróbce cieplnej do 44–48 HRC, a zaciski typu napinanego do 42–47 HRC.
P: Jaka jest trwałość zmęczeniowa klipsów?
A:Zaciski o średnicy 18 mm wytrzymują 3 miliony cykli, a zaciski o średnicy 20 mm wytrzymują 5 milionów cykli bez pękania.
P: Do jakich norm odnoszą się materiały klipsowe?
A:DIN 17221, BS 970 i GB/T 1222 dla materiału i jakości stali sprężynowej.
P: Dlaczego wysoka zawartość krzemu jest ważna?
A:Krzem podnosi granicę sprężystości i poprawia odporność na zmęczenie, które są niezbędne w przypadku klipsów pracujących pod powtarzającym się naprężeniem zginającym.
P: Czy klipy można wykonać według rysunków klienta?
A:Tak, elastyczne zaciski szynowe mogą być produkowane dokładnie według rysunków i wymagań klienta.
