RailTec概览
RailTec系统是基于FTI的开缝内衬冷挤压为铁路行业开发的。该系统的灵活性使其能够作为日常维护的一部分轻松应用于所有主线或支线轨道。带有小疲劳裂纹的导轨可以返工并安全地恢复使用。此外,该系统还可用于制造钢轨、辙叉和道岔。
冷挤压过程通过在螺栓孔周围产生残余压应力区来延长螺栓孔的寿命。在孔中通过内壁有预先润滑的开缝内衬拉动超大的锥形芯棒来实现的。当芯棒穿过孔时,芯棒的最大直径和开缝内衬的厚度组合扩大了孔,直接在孔周围屈服并产生残余应力保护区域。该区域保护孔免受施加到轨道末端的应力,并显着降低疲劳裂纹的可能性。当应用于典型的轨道材料时,冷挤压工艺可将螺栓孔的寿命延长至少3倍。
RailTec系统的优势
• 将孔的疲劳寿命提高至少3倍;
• 阻止生长或小裂缝;
• 具有成本效益的新轨道替代方案;
• 降低维护和检查成本;
• 提高生产线的整体结构完整性和安全性;
测试简介
虽然大多数轨道由连续焊接钢轨组成,但螺栓接头仍用于连接平交道口、道岔辙叉和道岔以及绝缘接头。传统栓接铁路仍在许多地区铁路中使用,特别是在不发达国家,更换栓接铁路基础设施的成本高得令人望而却步。用于大宗商品运输的重型轴载货车显示出净运营效益,但从工程角度来看,重型轴载缩短了轨道部件寿命,增加了轨道结构退化率,并增加了脱轨风险。I级铁路通常配备有处理这些较高荷载的设备,但应用于现有轨道和大多数区域铁路的相同荷载对增加维护和钢轨疲劳失效风险具有严重影响。
作为运输技术中心公司(TTCI)为美国铁路行业开展的重型轴重(HAL)计划的一部分,该计划旨在调查增加的轴重和速度对现有轨道的影响,研究发现,轴载仅增加20%时,道岔辙叉和道岔处的螺栓孔就会出现严重开裂。此外,36吨和39吨轴重的运行影响表明,轨道维护工作量增加了21%。从维护角度来看,HAL的影响使钢轨接头处的内部缺陷和损坏显著增加了32%。
1974年,美国国家运输安全委员会(U.S.NationalTransportationSafetyBoard)将钢轨断裂确定为火车事故的最大单一原因。1982年至1988年间,与轨道有关的事故占报告事故总数的30%至40%。美国联邦铁路管理局1988年的统计数据显示,螺栓孔故障导致的脱轨占钢轨和连接杆缺陷总成本的10%。
美国交通部(DOT)于1975年赞助了一项研究,以调查几种有前途的航空航天疲劳寿命提高技术在钢轨螺栓孔中的应用。这些方法包括垫压、过盈配合螺栓和分体式开缝内衬冷挤压。与未经冷挤压的螺栓孔和其他研究方法相比,经开缝内衬冷挤压处理的试件寿命有显著提高。DOT的研究表明,在应用冷膨胀后,钢轨寿命显著提高。
测试概述及结果
对全尺寸钢轨螺栓孔进行了室内试验,验证了开缝内衬冷挤压工艺可较好地提高疲劳寿命。选择的轨道为112磅/码(51公斤/米)RE,这是美国干线服务中常用的一段轨道。这种类型的钢轨以前曾出现过螺栓孔失效的情况。在一定程度上,选择在服役中使用过的铁轨进行评估,以复制表面腐蚀和点蚀情况。
在低于170 kip(195 MPa)的应力水平下,孔无法引发疲劳失效。在大多数情况下,冷挤压试件在6×106个循环周期内都没有发生破坏,即使如此,破坏也始于孔外。这表明,螺栓孔的冷挤压可以将失效率降低到与螺栓孔无关的钢轨失效水平。
其他测试是用预裂纹试件进行的,即孔洞有从孔洞延伸出的0.1875英寸(4.76 mm)长的裂缝。结果表明,冷挤压试样的裂纹扩展速率降低了10倍。
英国铁路对冷挤压过程的独立试验和评估,包括实验室和在役测试,证实了结果,并得出结论,该过程通过减少或消除螺栓孔疲劳失效,将螺栓连接的寿命提高了10倍或更多。
这些试验/评估的结果清楚地显示了疲劳寿命和疲劳强度的大幅提高,以及即使在高应力水平下裂纹扩展速率的降低。优点是显而易见的,无论是升级现有的重型轴负荷的铁路或作为改进新的铁路接头设计的重型运输业务。
美国和英国都进行了大量的现场试验,尽管不是专门针对重载铁路网络。在美国的试验是在131磅(60公斤)的6洞轨道上进行的,在英国的试验是在BS11正常质量、A级和110级轨道上进行的。所有的工作都由普通的联合机组人员进行,只进行了最低限度的训练。英国这段铁路的货运和客运速度高达每小时70英里(112公里)。最大轴负荷为21吨(约占总量的11%),年轨道负荷为500万吨。
在12个月的时间里,没有发现裂缝。通过实验室和现场跟踪,得出结论:采用开缝内衬冷挤压螺栓孔处理的轨道,如果应用得当,可将轨道检查和维护周期至少延长到未处理孔的5倍。
安装工具
RailTec工具系统既灵活又耐用。为了便于轨道维护,FT-600 PowerPak采用汽油动力发动机驱动液压泵。电动型FT-700可用于车间环境或需要电力的地方。
RailTec工具系统包括:
芯棒、鼻顶前锷、开缝内衬、组合量规、芯棒量规、鼻顶帽、拉枪、动力泵
安装过程
RailTec的安装类似于FTI的标准开缝内衬冷挤压工艺。使用专门设计的液压拉枪装置将超大锥形芯棒从螺栓孔中拉出。在芯棒上预先安装了一个带干膜润滑的开缝内衬,以防止孔与金属接触,并确保孔径向膨胀。芯棒和开缝内衬厚度的组合产生了足够的径向膨胀,直接屈服孔周围的材料。
案例研究:已证实的应用程序
RailTec系统已经在包括美国、英国、香港和加拿大在内的世界各地数千英里的铁路轨道上实施。许多实施了RailTec系统的公司发现预防性维修非常有效,它是安装过程中标准规范的一部分。
英国铁路网
100多英里的铁路轨道
在英国,从埃克塞特到舍伯恩的线路有38公里长。在1987年开始的冷加工维护行动之前,这条线路就受到星形裂缝形式的轨端螺栓孔裂缝的困扰。到1991年,整个路线都得到了处理,星裂的发生率从1987年的25次减少到1991年的1次。
埃德蒙顿轻轨|加拿大阿尔伯塔省
21公里铁路轨道
埃德蒙顿轻轨交通(LRT)于2009年初开始运营。一年后,埃德蒙顿市购买了FTI的RailTec系统,为整个线路(21公里的轨道)提供服务。轻轨是电动的,平均每天载客量超过92,000人次;最高时速70公里。
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