Способ испытания образцов рельсов на усталость

 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано в железнодорожном транспорте и металлургической промышленности. Целью изобретения является приближение условий испытания образцов рельсов к эксплуатационным . К образцу рельса прикладывают циклическую изгибающую нагрузку через подвижный ролик под углом 60-87°, создавая при этом контактные напряжения, равные контактным напряжениям, возникающим при эксплуатации рельсов. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 6 01 N 3/34, 3/56

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4794643/28 (22) 20,02,90 (46) 30.10.92. Бюл, N. 40 (71) Украинский научно-исследовательский институт металлов (72) И.Н. Христенко и Л.С. Хургин (56) 1. Школьник Л.М. Методика усталостных испытаний, Справочник, М., Металлургия, 1978, с.272 — 279.

2. Авторское свидетельство СССР

N 100232, кл. G 01 N 3/34; G 01 М 3/56, 1952. (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ

РЕЛЬСОВ НА УСТАЛОСТЬ

Изобретение относится к испытательной технике и предназначено для использования в железнодорожном транспорте, а также металлургии.

Известен способ (1) контактно-усталостных испытаний материалов в условиях, приближающихся к условиям эксплуатации конструкции. При таком способе возникают касательные напряжения, вызывающие поверхностные или подповерхностные трещины, Существенным недостатком этого аналога является отсутствие продольных напряжений, возникающих при взаимодействии колеса с рельсом, Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является выбранный в качестве прототипа способ усталостных испытаний рельсов (2), по которому контактные напряжения вызывают с помощью ролика, посредством которого к образцу прикладывают циклическую изгибающую и продольную нагрузки, обеспечивающие пе„„БЫ „„1772676 А1 (57) Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано в железнодорожном транспорте и металлургической промышленности. Целью изобретения является приближение условий испытания образцов рельсов к эксплуатационным. К образцу рельса прикладывают циклическую изгибающую нагрузку через подвижный ролик под угла 60-87О, создавая при этом контактные напряжения„равные контактным напряжениям, возникающим при эксплуатации рельсов. 2 ил, Г рекатывание ролика по образцу рельса и создание наряду с изгибающей нагрузкой также и истирания, К недостаткам прототипа можно отнести то, что при таком способе усталостных испытаний не обеспечиваются изменение отношения продольной и изгибающей нагрузок в интервале 0,5 — С,052, характерное для эксплуатации рельсов, а также пропорциональное изменение поперечной и продольной нагрузок.

Целью изобретения является приближение условий испытания к эксплуатационным.

° Для достижения указанной цели к образцу прикладывают циклическую изгибающую нагрузку через ролик под углом 60 — 87О, создавая при этом контактные напряжения, равные контактным напряжениям. возникающим при эксплуатации рельсов, Приложение нагрузки под углом позволяет.создавать в образце продольные напряжения заданной величины и

1772676 обеспечивает возможность пропорционального изменения изгибающей и растягивающей циклических нагрузок, Действие прикладываемых нагрузок к образцу через вращающийся ролик позволяет создавать такие контактные напряжения, которые возникают при эксплуатации рельсов и пропорциональны изменяющимся циклическим приложенным нагрузкам.

По имеющимся у заявителя данным, в известных источниках информации отсутствуют признаки, сходные с признаками, которые отличают заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "существенные отличия".

Для осуществления предложенного способа испытаний образцов рельсов на усталость с истиранием необходимо на испытательной машине образец расположить таким образом, чтобы он находился под уг лом к оси приложения циклической нагрузки, в результате чего о образце при ка>кдом цикле возникают продольные напряжения, которые вызывают его растяжение — сжатие, Выбирая условия испытания (диаметр ролика, размер образца), можно создать такие контактные напряжения, которые возникают при эксплуатации.

Выбор граничных параметров обусловлен тем, что при угле приложения нагрузки менее 60 в образце возникнут продольные напряжения, превышающие действительные значения в рельсах, При угле более 87 величина продольных напряжений настолько мала, что ее практически невозможно измерить.

Ма фиг, 1 показано расположение ролика и образца при минимальной нагрузке; на фиг. 2 — расположение ролика и образца при максимальной нагрузке.

По заявляемому способу в процессе испытания образцов рельсов на усталость с истиранием целесообразно изгибающую нагрузку Р прикладывать к образцу 1, расположенному на опорах 2, через вращающийся ролик 3 под углом а = 60-87 к плоскости образца (фиг, 1, 2), создавая при этом заданные продольные усилия и контактные напряжения, равные контактным напряжениям, возникающим при эксплуатаций рельсов. При этом продольные и контактные напряжения изменяются пропорционально изменению приложенной изгибающей нагрузке.

Изгибающее усилие прикладывается асимметрично с коэффициентом асимметрии, равным 0-0,1, В момент минимальной нагрузки ролик 3 соприкасается с образцом

1 в точке А. При максимальной нагрузке вследствие изгиба образца точка А переместится в точку А, а соприкосновение ролика с образцом будет наблюдаться в точке В. За каждый цикл нагружения ролик переместит5 ся на расстояние АВ в прямом и обратном направлении, вызывая износ образца, что еще более приближает испытания к условиям эксплуатации рельсов.

Заявляемый способ может быть реали10 зован с помощью любой испытательной машины, предназначенной для испытаний на циклический сосредоточенный изгиб, используя дополнительное приспособление 2 для крепления образца 1 под заданным уг15 лом а оси приложения нагрузки к плоскости образца и ролик 3 для передачи усилия к образцу, Так, например, при вертикальной нагрузке колеса на рельс 150 кН в нем возни20 кает горизонтальное усилие, равное 52 кН, и контактное напряжение 1370 МПа. Для осуществления такого соотношения между вертикальной и горизонтальной составляющими нагрузку к образцу необходимо прикла25 дывать под углом а= arccos 52/ t50 =70, При воздействии ролика диаметром 40 мм и высотой 10 мм с учетом равенства контактных напряжений в рельсе и образце усилие, прилагаемое к образцу, вычисляет30 ся из соотношения о =0418 Л 01=

hd где сг < — контактное напряжение;

35 Ро — прилагаемое усилие;

Š— модуль Юнга;

h u d — высота и диаметр ролика соответственно, При о < = 1370 МПа величина Ро = 10 7

40 кН, а с учетом наклона полное приложенное напряжение равно Р = Ро/sin 70 = 12 кН.

При толщине образца 15 мм и ширине

20 мм, расстояние между опорами 200 мм стрела прогиба образца(расстояние АА } до45 стигает 2,6 мм, а перемещение ролика по образцу — 1,35 мм.

Как показали данные опытной ггроверки, в результате использования заявляемого способа при данных условиях испытания

50 (приложение нагрузки 12 кН через ролик под разными углами к плоскости образца) число циклов до разрушения снижается на

25 — 30% (таблица) по сравнению с приложением нагрузки 10,6 кН под прямым углом к

55 плоскости образца, Согласно данным проведенных испытаний заявляемое изобретение в сравнении с базовым объектом обладает следующими преимуществами:

1772676

Примечание

Количество циклов до образования трещины, млн. Циклов

Отношение горизонтальной и вертикаль. ной составляющих наг зок

Угол между напрвлением приложения на. грузки и плоскостью о6 a3 а г а .

Отношение составляющих напряжений более 0,5 в рельсах не наблюдается

2,11

0,515

0,500

0,342

0,052

0,035

2,12

2,26

2,98

2,98

87

Сложно определить горизонтальную составляющую

3,01

Составитель Л.Хургин

Техред М.Моргентал

Корректор С.Патрушева

Редактор

Заказ 3840 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 а) позволяет создавать регулируемые продольные и контактные напряжения пропорционально изменяющимся изгибающим напряжениям; б) максимально приближает усталостные испытания образцов к условиям эксплуатации рельсов: в) позволяет определить более достоверную долговечность рельсов и повысить их надежность при эксплуатации;

r) не требует создания сложного и дорогостоящего оборудования.

Заявляемый способ испытания образцов рельсов на усталость с истиранием представляет значительный интерес для народного хозяйства, так как позволяет повысить надежность железнодорожных рельсов при их эксплуатации.

5 Формула изобретения

Способ испытания образцов рельсов на усталость, заключающийся в том, что циклически прикладывают к образцу через ролик изгибающую и продольную нагрузку, о т л и10 ч а ю шийся тем, что, с целью приближения условий испытания к эксплуатационным, угол между осью образца рельса и направлением изгибающей нагрузки выбирают от 60 до 87 .