Определение срока службы элементов стрелочной гарнитуры, страница 2

Из графиков видно, что средняя глубина коррозии d=1 мм образуется за первые восемь лет. В таблице 1 выполнен расчет эволюции основных параметров фундаментного угольника за сорок лет службы в составе стрелочной гарнитуры согласно данным рис. 2.

Таблица 1

Т, лет	d, мм	F, см2	Ix, см4	Wx, см3	mпм, кг	g % износ	К	s, МПа
0	8,0	11,5	59,8	11,18	9,02	0	-	50,0
8	7,0	10,15	53,34	9,89	7,96	11,75	0,0156	56,6
24	6,0	8,78	46,57	8,57	6,89	23,60	0,0079	71,0
40	5,0	7,39	39,53	7,21	5,80	35,70	0,008	87,1

Экспериментально установлено, что в наиболее загруженной части фундаментного угольника, расположенной под подошвой рельса, динамические напряжения достигают 50,0 МПа, при допускаемых [s] = 125,0 МПа.

Таким образом, рассматриваемая часть фундаментного угольника является механизмом первого типа, так как в ней обеспечен как минимум двукратный запас прочности.

Определяющим параметром срока службы фундаментного угольника от влияния коррозии является d – толщина фундаментного угольника, мм. В процессе коррозии она уменьшается. Обозначим массу части фундаментного угольника, взаимодействующую через прокладку с подошвой рамного рельса, через m₀.

Пусть в момент t ее масса стала m, в момент времени t+Dt – масса m-Dm. За время Dt коррозионный износ составил Dm. Отношение Dm/Dt есть средняя скорость коррозии фундаментного угольника. Предел этого отношения при Dt®0

есть скорость коррозии части фундаментного угольника за время t. Скорость коррозии пропорциональна количеству металла в каждый данный момент

                                                 ( 1 )

где К – коэффициент пропорциональности (К>0). Мы ставим знак минус потому, что при увеличении времени масса фундаментного угольника убывает и, следовательно,

Разделим в уравнении (1) переменные:

Решая уравнение, получим:

откуда

                                                         (2)

Так как при t =0 масса части фундаментного угольника была равной  m₀, то постоянная С должна удовлетворять соотношению:

Подставляя это значение постоянной С в равенство (2), получим зависимость массы части фундаментного угольника как функцию времени (рис.3).

                                                           (3)

Коэффициент К определяется следующим образом. Пусть за время t₀ коррозия "уносит" g %  первоначальной массы фундаментного угольника.

Следовательно, выполняется соотношение:

откуда

или

Значения величины К представлены в таблице 1.

Найдем промежуток времени, за который коррозия уничтожит 50% первоначальной массы фундаментного угольника. Для этого определим  средневзвешенное значение коэффициента К:

Уравнение (3) примет вид:

Подставляя в эту формулу вместо m значение m₀/ 2, вместо t – T – срок службы фундаментного угольника, получим:

откуда:

или:

За время Т = 72 года толщина фундаментного угольника d станет равной 3,0 мм,  момент инерции I_x =25,0 см⁴, момент сопротивления W_x=4,5 см³, площадь сечения F= 4,6 см².

Таким образом, все основные параметры фундаментного угольника, определяющие его напряженное состояние, уменьшились в 2,5 раза за счет влияния коррозии.

График роста динамических напряжений представлен на рис. 4, а аппроксимирующая этот график формула имеет вид:

Исходя из допускаемых напряжений [s] =125 МПа, s₀ =50,0 МПа.

Через 50 лет службы фундаментных угольников динамические напряжения от воздействия колес подвижного состава возрастут в два раза, и достигнут в условиях влияния коррозии 100 МПа, но будут меньше допускаемых.

Через 72 года службы  фундаментных угольников в пути напряжения в них достигнут допускаемых, равных 125,0 МПа, т.е. увеличатся по сравнению с напряжениями в новых фундаментных угольниках в 2,5 раза.

Таким образом, предельный срок службы фундаментных угольников по критерию коррозия составляет 72 года.

Определяющим следует принять срок службы в 50 лет как вполне работоспособный по критерию "коррозия".

Задание студентам

1.  Определить промежуток времени, за который коррозия уничтожит (10% + № варианта), (20% + № варианта) и (30% + № варианта) начальной массы фундаментных угольников стрелочной гарнитуры.

2.  Определить напряжения в фундаментных угольниках в промежутках времени, рассчитанных в пункте 1.

3.  Расчетные напряжения сравнить с допускаемыми.

4.  Ответить на вопрос: "Что такое g - процентный износ".

5.  Дать определение механизмам первого и второго типа в технике. Указать механизмы второго типа в стрелочном переводе.

Расчет:

1.  Определение промежутков времени, за которые коррозия уничтожит 22%, 32% и 42% начальной массы фундаментных угольников стрелочной гарнитуры.

-для 22%

-для 32%

-для 42%

2.  Определить напряжения в фундаментных угольниках в промежутках времени, рассчитанных в пункте 1. Расчетные напряжения сравнить с допускаемым.

 

Исходя из допускаемых напряжений [s] =125 МПа, s₀ =50,0 МПа.

 - для Т = 33 лет

 - для Т = 46 лет

 - для Т = 63 лет