Особенности понятия надежность. Особенности эксплуатации ждп, страница 8

Величины напряжения – составляют 50 кгс на мм^2; растяжений – 20 кгс/мм^2

Дефект 11 на сегодняшний момент – самый распространенный (внутренняя  продольная трещина) возникает в зоне рабочего закрепления и развивается параллельно вдоль рельса. Чем больше осевые нагрузки, тем больше глубина зарождения этих трещин.

При осевой нагрузке 21,23,25 т – среднее значение глубины составляет 5,2;6,2; 7,5 мм.

Эта трещина развивается по длине рельса, постепенно расширяется, и выходит на боковую грань головки рельса.

После этого над трещиной возникает наплыв с образованием темного пятна на поверхности катания. В последствии, в зоне этого пятна происходит выкрашивание.

Длина трещины может достигать до 200 мм.  после выкрашивания образуется неровность на рабочей выкружке, что повышает вероятность накатывания гребня колеса на боковую грань головки рельса.

Скорость развития трещины составляет 0,3 – 0,7 мм на млн т брутто – 150 -300 млн.тонн брутто

Теория износа для определения общей картины пластического контактного деформирования и контактно-усталостного повреждения головки рельса.

Очагом развития внутренней продольной трещины является, как правило, неметаллические включения.

Над внутренней наклонно-продольной трещиной начинается выкрашивание металла, появляется ответвление в виде внутренней поперечной трещины, т.е. появляется 21 рисунок.

Согласно современной усталостной картине  износа: новые рельсы имеют некоторую шероховатость поверхности катания. В процессе эксплуатации выпуклые места колес и рельсов(микронеровности) взаимно внедряются или расплющиваются с распространение пластических деформаций сжатия на некоторую приповерхностную глубину головки рельса(происходит приработка). В результате многократного действия колес образуется наклеп в верхней части головки происходит, увеличение предела текучести металла в результате деформации. Увеличение происходит в следствии  вдавливания и тангенсального перемещения, из-за действия продольных касательных сил прения. Все это реализуется в процессе тяги и торможения, но наиболее массово это происходит при проскальзывании колес в кривых. Это процесс перестройки системы за счет изменения механических свойств материалов, за счет наклепа и микрогеометрических характеристик их поверхностей.

Если предел текучести рельсового металла больше величины контактных напряжений на 70%, то пластические деформации в зоне контакта не происходят, если это соотношение больше 70%, то происходят пластические деформации, однако под поверхностью контакта на некоторой глубине развиваются деформации пластического сдвига. Модель цикла нагружения и сдвиговой деформации микрообъема металла головки рельса в приповерхнострных слоях. По мере того как металл головки рельсов попадает в зону контакта, напряжения сдвига растут до некоторого значения К, затем меняется направление сдвига и упругий сдвиг происходит по линии вс. В точке с деформация сдвига равна 0 и при дальнейшем движении колеса происходит упругий сдвиг другого знака. По линии cd’. После того, как упругий сдвиг достик некой точки К – происходит пластический сдвиг, но в обратном направлении – по линии dd’ . когда колесо прокатывается и металл головки рельса оказывается вне пределов текучести, вне пределов контактной зоны, происходит падение поездных напряжений в металле и в результате происходит упругий сдвиг по линии de. После завершения всего цикла контактного нагружения головки рельса, металл под поверхностью катания получает необратимый сдвиг AE. В направлении качения, плоскости, параллельной поверхности катания О_о. накопление этих деформаций приводит к развитию продольных трещин.

Контактная усталость – локальный процесс, при котором изменяются микрообъемы  металла.

Одна из причин – наличие касательных контактных сил трения.

F=Pf.

При движении по кривой колес с жесткой насадкой, фиксированный приповерхностный слой металла головки рельса испытывает многократно повторяющиеся сжимающие (впереди контакта) и растягивающие (за контактом) напряжения. Первостепенная роль в зарождении и развитии принадлежит циклическим сдвиговым пластическим деформациям в зоне контакта и остаточным сдвиговым вдоль рельса, из-за накопления пластических деформаций сжатия в верхней части головки рельса.