La rigidezza del fissaggio delle rotaie è la rigidità verticale del fissaggio completo - clip, cuscinetti e spalle che agiscono insieme - ed è il principale parametro di regolazione per la vibrazione del binario, la distribuzione del carico e l'interazione delle ruote-rotaie. La selezione della classe di rigidità sbagliata produce un binario troppo rigido, che trasferisce vibrazioni ad alta-frequenza nella sottostruttura, oppure un binario troppo morbido, con deflessione eccessiva della rotaia e durata dei dispositivi di fissaggio più breve. Le tre classi utilizzate nella pratica di progettazione attuale sono riepilogate di seguito.
| Tipo di linea | Intervallo tipico di rigidità della clip | Obiettivo del progetto |
|---|---|---|
| Linee di velocità-ordinarie | 20-30 kN/mm | Economia con adeguata moderazione |
| Linee ad alta-velocità | 30-40 kN/mm | Elevato precarico con bassa rigidità dinamica |
| Linee-per il trasporto pesante | 50-60 kN/mm | Elevata ritenuta sotto assi pesanti |
Linee ad alta-velocità: clip di tipo W-a 30-40 kN/mm
La pista ad alta-velocità necessita di una clip che fornisca una forza di serraggio sufficiente mantenendo allo stesso tempo una rigidità dinamica sufficientemente bassa da ridurre le vibrazioni. I controlli di progettazione sono:
Geometria della sezione trasversale-: il diametro dell'arco centrale è il parametro chiave della rigidezza. Come relazione di progettazione indicativa, l'aumento di questo diametro di 1 mm aumenta la rigidità della clip di circa 10 kN/mm, quindi l'arco deve essere dimensionato mediante calcolo per raggiungere la rigidità target.
Altezza libera rispetto all'altezza di lavoro: la differenza è controllata a 8-10 mm in modo che la clip fornisca un precarico stabile nella sua posizione di lavoro.
Controllo dello stress: l'analisi degli elementi finiti viene utilizzata per mantenere lo stress massimo entro circa il 70% del carico di snervamento del materiale, prevenendo la frattura per fatica dovuta alle vibrazioni ad alta-frequenza.
Verifica: la prova di fatica al banco inferiore a 10 milioni di cicli di carico, con un decadimento della rigidità non superiore al 5%, è il criterio di accettazione per il servizio ad alta-velocità.
Linee di trasporto-pesanti: 50-60 kN/mm con materiale più resistente
I fissaggi per trasporti pesanti-devono resistere a carichi verticali e laterali più elevati mantenendo il binario saldamente in posizione. La rigidità viene aumentata attraverso quattro misure:
Materiale: acciaio per molle 60Si2MnA, con resistenza alla trazione di almeno 1860 MPa e carico di snervamento di almeno 1660 MPa, fornisce il limite elastico richiesto dalla progettazione.
Diametro del filo: aumentando il filo della clip dai tradizionali 14 mm a 16 mm si aumenta l'area della sezione di oltre il 30% e la rigidità di circa il 40%.
Geometria: l'allungamento del braccio terminale di supporto di circa il 15% migliora la resistenza alla deformazione e riduce le sollecitazioni nel punto di fissaggio.
Trattamento termico: la tempra seguita da un rinvenimento a temperatura media- conferisce una durezza di 45-50 HRC e aumenta il limite elastico del materiale.
Una guarnizione-resistente all'usura in corrispondenza del contatto tra clip-e-rotaia evita la perdita di rigidità dovuta all'abrasione e prolunga la durata della clip su binari fortemente caricati.
Linee-veloci ordinarie: lo schema economico da 20-30 kN/mm
Per le linee a velocità ordinaria-l'obiettivo di progettazione è il costo minimo con prestazioni adeguate. Le leve di costo corrette sono la semplificazione della progettazione e del processo di produzione, non la sostituzione dei materiali. La pratica standard mantiene qualità di acciaio per molle come 60Si2Mn o 55Si2Mn - una clip in acciaio strutturale a basso-carbonio si fissa permanentemente alla deflessione di lavoro - e ottimizza i costi tramite:
Semplificazione della struttura: la sostituzione della complessa transizione dell'arco con un braccio di supporto lineare riduce i costi dello stampo e le difficoltà di produzione.
Controllo del sovrametallo di lavorazione: riducendo il sovrametallo da 2 mm a 1 mm si riducono gli sprechi di materiale.
Stampaggio in lotti: lo stampaggio invece della forgiatura aumenta l'efficienza produttiva di oltre il 50% e riduce il costo unitario di circa il 20% per le geometrie standard.
Dimensioni standardizzate: l'unificazione delle dimensioni di installazione tra i modelli di clip migliora l'intercambiabilità e riduce i costi di approvvigionamento e manutenzione.
Metodo di prova della rigidità
Il metodo standard è il test di compressione statica su una macchina di prova universale:
Caricare la clip passo dopo passo, registrare il carico a ciascun valore di compressione e calcolare la rigidità come carico diviso per la deformazione.
La velocità di caricamento è controllata a 1 mm/min; una velocità maggiore sovrastima il valore di rigidità.
Campionamento: 10 clip selezionati casualmente da ciascun lotto.
Ambiente: testare a 20 più/meno 2 gradi C, poiché la temperatura modifica il modulo elastico.
Precisione dello strumento: sensore di forza entro più/meno 0,5%, sensore di spostamento entro più/meno 0,01 mm.
Trattamento dei dati: rimuovere i valori anomali, calcolare la media dei risultati e mantenere la deviazione del lotto entro più/meno 3 kN/mm dal target.
Rigidità della clip corrispondente alla rigidità del cuscinetto del binario
Clip e cuscinetto funzionano come un unico sistema a molla, quindi la loro rigidità deve essere abbinata. Le clip ad alta-rigidità sono abbinate a cuscinetti ad alta-elasticità (ad esempio poliuretano) in modo che la clip mantenga il binario e il cuscinetto assorba le vibrazioni ad alta-frequenza; la combinazione può aumentare il tasso di attenuazione delle vibrazioni oltre il 60%. Le clip a bassa-rigidità sono abbinate a cuscinetti in gomma a-media elasticità sulle linee di velocità-ordinarie, dove la clip stessa contribuisce alla deflessione elastica. Due regole pratiche: il cuscinetto non deve essere così morbido da essere deviato dalla clip rigida-e la durata di clip e cuscinetto deve essere sincronizzata in modo che un componente non si guasti molto prima dell'altro.
Domande frequenti
Cos'è esattamente la rigidità del fissaggio della rotaia?
È il rapporto tra la forza verticale e la deflessione verticale del gruppo di fissaggio misurato sulla sede della rotaia. Combina la rigidità della clip, la rigidità del cuscinetto e la rigidità della spalla e dell'inserto e determina la quantità di carico della ruota trasportata dai sedili ferroviari vicini.
Perché i fermagli per trasporti pesanti-utilizzano un filo più spesso?
La rigidità scala con la quarta potenza del diametro del filo in flessione, quindi un modesto aumento da 14 mm a 16 mm produce un grande guadagno in rigidità e capacità di carico. Il filo più spesso garantisce anche un maggiore volume di usura, il che è importante su binari abrasivi per il trasporto pesante-.
La produzione mediante stampaggio è efficace quanto la forgiatura delle clip?
Per le geometrie standard e semplici con un trattamento termico corretto, lo stampaggio offre le stesse proprietà di servizio a un costo inferiore. La forgiatura conserva un vantaggio per forme complesse e sezioni molto pesanti. Il criterio di accettazione è il risultato del test meccanico, non il percorso di produzione, quindi la qualità dello stampaggio deve essere comprovata dagli stessi test di fatica e rigidità.
Come viene misurata la rigidità della clip alla consegna?
Mediante il test di compressione statica sopra descritto: 10 campioni per lotto, velocità di caricamento e temperatura controllate, con la media del lotto e la deviazione riportate rispetto al valore target. I contratti più grandi eseguono anche campioni di fatica per verificare la stabilità della rigidità durante il ciclo di servizio.
Quale rigidezza scegliere per un progetto di rinnovamento di un binario?
Abbina la classe di rigidità alla velocità della linea e al carico sull'asse: 20-30 kN/mm per la velocità-ordinaria, 30-40 kN/mm per l'alta velocità, 50-60 kN/mm per il trasporto pesante. Successivamente verificare la scelta con analisi agli elementi finiti della struttura del binario e prove al banco del fissaggio completo, compreso il tampone, prima di ordinare l'intera quantità.