Пиковые напряжения сдвига, возникающие в материале, могут привести к образованию трещин. Место появления трещины зависит от положения точек максимальных напряжений сдвига, при этом величина трения при проскальзываниях определяет характер трещин — поверхностные или внутренние. При возрастании коэффициента трения зона максимальных напряжений сдвига перемещается к поверхности катания.
В железнодорожном пути рельс служит не только для создания поверхности катания. Он является также несущим и направляющим элементом, испытывая статические и динамические нагрузки. При выборе типа рельса важную роль играют такие параметры, как скорость движения подвижного состава, концепция ходовой части, осевая нагрузка, план и профиль пути. Материалы для изготовления рельсов устойчивы к износу и нагрузкам, вызывающим деформации сплющивания. Кроме того, они имеют высокие значения усталостной прочности, предела текучести при растяжении и твердости. Рельсовые стали характеризуются высокой стойкостью к образованию трещин, хорошими характеристиками свариваемости и обрабатываемости, чистотой состава и низкими остаточными напряжениями. Распределение этих качеств по степени важности зависит от условий эксплуатации пути и, следовательно, от характера нагрузок.
В настоящее время для изготовления рельсов в основном используют углеродистую сталь с перлитной структурой. В Европе виды рельсовой стали классифицированы по их прочности на растяжение в соответствии с рекомендациями МСЖД. Сталь прочностью от 700 Н/мм2 определяется как стандартная, 900 Н/мм2 — как износостойкая, а сталь прочностью 1100 и 1200 Н/мм2 классифицируется как специальная (рис. 1). Повышенная прочность достигается путем термообработки головки рельса. В этом случае обозначение стали имеет вид, например, 1200 НН.
Рис. 1. Сравнение рельсовых сталей |
Структура рельсовых сталей в основном определяется химическим составом и термообработкой. Прочность на растяжение увеличивается при повышении содержания углерода и марганца. Характеристики износа в большой степени определяются содержанием марганца и хрома. Марганец способствует увеличению наклепа, повышая таким образом износостойкость. Высокий предел текучести стали обозначает высокую стойкость против нагрузок, вызывающих ее сплющивание. Увеличение содержания хрома улучшает термо- и износостойкость. Такие легирующие элементы, как молибден, вольфрам, кремний, ванадий и никель, также оказывают благоприятное воздействие на износостойкость.
Изменяющиеся условия в контакте, определяющие характер нагрузки, приводят к износу разных участков бандажей колес. Наряду с износом гребня и поверхности катания бандажа, возможны повреждения в виде термических трещин, выкрашиваний, отслоений и наката. В экстремальных случаях возможны усталостные изломы. Тем не менее износ бандажей не является слишком серьезной проблемой, так как колесные пары подвергаются регулярным проверкам. Расходы на ремонт рельсов требуют значительно бóльших затрат средств и времени.
Для того чтобы износ колес и рельсов был как можно меньше, твердость колесной и рельсовой сталей, согласно рекомендациям МСЖД, должна быть одинаковой. Однако многие заводы — изготовители рельсов рекламируют особо износостойкие рельсы, твердость которых значительно выше, чем бандажей. Исследование таких износостойких материалов составило содержание первого этапа проекта.
Для уменьшения износа гребня бандажа и головки рельса все шире используются устройства для смазывания гребня. Такие устройства наносят консистентную смазку или масло на гребни колес передней тележки. Благодаря смазке поверхности гребня бандажа и головки рельса оказываются разделенными (по крайней мере, частично). При этом возникают так называемые смешанные условия трения.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.