Perché è importante l’uniformizzazione della rigidità
Un giunto a stecca è sempre più morbido del corpo della rotaia: le due stecche si piegano sotto il carico della ruota, il giunto si assesta un po' di più rispetto alla rotaia adiacente e la transizione alla massima rigidità della rotaia crea un impatto ad ogni passaggio. Sulle linee ad alta-velocità e-di trasporto pesante, questi impatti causano il battito delle rotaie-, l'allentamento dei bulloni della stecca, danni alle traversine e rumore. L'obiettivo principale della progettazione dell'uniformizzazione della rigidità è mantenere la rigidità verticale e laterale del giunto entro circa il ±10% della rigidità del corpo della rotaia, eliminando la scossa di guida. Seguono due obiettivi derivati: la deviazione dell'assestamento articolare deve rimanere entro 0,1 mm dall'assestamento ferroviario sotto un treno in transito e la rigidezza laterale deve soddisfare la richiesta di spostamento anti-laterale-della linea, almeno 80 kN/mm su binario ad alta-velocità. Il progetto viene verificato mediante simulazione dinamica delle forze ruota-rotaia nell'intervallo di velocità operativa prima che il giunto venga approvato.
Misure di progettazione per stecche a ganascia- ad alta velocità
Le stecche ad alta-velocità utilizzano un design di pari-resistenza in cui la sezione trasversale-della stecca varia lungo la sua lunghezza per seguire il comportamento di flessione della rotaia. Lo spessore della sezione sollecitata viene aumentato a circa 22 mm, in corrispondenza dello spessore della testa della rotaia, per aumentare la rigidità alla flessione del giunto. La disposizione dei bulloni è simmetrica, con otto bulloni distribuiti uniformemente su entrambi i lati del giunto, quindi la forza di pre-serraggio si distribuisce uniformemente e il coefficiente di concentrazione delle sollecitazioni rimane basso. Le superfici superiore e inferiore delle stecche sono rettificate con una rugosità di Ra 1,6 o migliore, mantenendo lo spazio di adattamento alla rotaia a 0,05 mm o meno e migliorando il trasferimento del carico. In corrispondenza del giunto è posto uno strato di cuscino elastico di 3 mm, con modulo elastico proporzionato al modulo di base della rotaia, per compensare la piccola differenza di rigidezza residua. Infine, le estremità della stecca vengono rastremate su una lunghezza di transizione di almeno 100 mm in modo che la rigidità cambi gradualmente anziché in modo graduale.
Materiali per la resistenza agli urti- da trasporti pesanti
| Componente | Specifica | Scopo |
|---|---|---|
| Stecca in acciaio | Acciaio legato ad alta resistenza U75V-, resistenza alla trazione maggiore o uguale a 980 MPa | Resiste all'impatto di treni lunghi e pesanti |
| Indurimento della stecca | Superficie cementata e bonificata, profondità temprata Maggiore o uguale a 0,5 mm, durezza Maggiore o uguale a 58 HRC | Resistenza all'usura e alla fatica del giunto |
| Bulloni | 12,9-alta-resistenza, coppia di pre-serraggio 800 N·m | Mantiene il bloccaggio del giunto anche in caso di forti-vibrazioni di trasporto |
| Facce terminali del binario | Deviazione del terreno e della planarità Inferiore o uguale a 0,02 mm | Aderenza perfetta con stecca, nessuna concentrazione locale del carico |
U75V è stato scelto perché la sua resistenza alla trazione minima di 980 MPa conferisce al giunto la capacità di assorbire l'impatto di treni da 10.000-tonnellate senza deformazione permanente. Il processo di trattamento termico durante la produzione delle stecche deve essere rigorosamente controllato per evitare il surriscaldamento del materiale e ogni lotto di produzione viene testato a campione per verificarne le proprietà meccaniche prima della spedizione.
Procedura di retrofit senza soluzione di continuità per giunti ordinari
La conversione di un normale giunto a stecca in un giunto saldato senza saldatura avviene in cinque fasi. Innanzitutto, rimuovere le stecche e i bulloni originali e pulire la ruggine e l'olio dalle superfici terminali della rotaia in modo che le superfici siano prive di impurità. In secondo luogo, preriscaldare il giunto per la saldatura a 200-300 gradi su una zona di 100 mm su entrambi i lati, evitando crepe da freddo. In terzo luogo, saldare il giunto con il processo alluminotermico utilizzando un grado di flusso corrispondente, controllando il rinforzo della saldatura da 0 a 2 mm in modo che la resistenza della saldatura corrisponda al corpo della rotaia. In quarto luogo, levigare la saldatura a filo con la superficie della rotaia fino a una ruvidità di Ra 3,2 o migliore, eliminando l'impatto della ruota-della rotaia. In quinto luogo, installare una nuova stecca elastica come rinforzo ausiliario per aumentare la resistenza alla fatica del giunto adattato. Dopo la conversione, la saldatura viene testata ad ultrasuoni per confermare che sia priva di difetti prima che la linea ritorni in servizio.
Ispezione e gestione dei guasti
Durante il servizio, i giunti della stecca vengono ispezionati secondo un ciclo fisso. I test a ultrasuoni vengono eseguiti mensilmente per rilevare crepe nella saldatura o attorno ai fori dei bulloni e qualsiasi crepa di 3 mm o più viene trattata immediatamente. L'ispezione visiva verifica la deformazione e la corrosione della ganascia: una ganascia deformata di 2 mm o più, o con ruggine che copre il 20% o più della sua area, deve essere sostituita. La coppia dei bulloni viene nuovamente testata ogni trimestre e, se la coppia è diminuita del 10% o più, i bulloni vengono serrati nuovamente; i bulloni che non riescono a sostenere lo standard dopo il serraggio vengono sostituiti. L'usura della superficie della rotaia in corrispondenza della giunzione viene misurata regolarmente; l'usura più profonda di 1 mm viene riparata mediante molatura e le rotaie molto usurate vengono sostituite. Per i giunti senza saldatura modificati, i test metallografici vengono eseguiti annualmente per osservare i cambiamenti della struttura della saldatura e prevenire il degrado della resistenza dovuto all'invecchiamento della saldatura. La gestione dei guasti segue sempre il principio di proteggere prima il traffico e poi ripararlo, in modo che un piccolo difetto non si trasformi mai in un guasto-della linea in esecuzione.
Domande frequenti
D1: Come viene misurata la deviazione della rigidità di un giunto?
La rigidità verticale e laterale del giunto viene misurata mediante prove di carico su un pannello del binario e i risultati vengono confrontati con la rigidità del corpo della rotaia. Una deviazione entro ±10% soddisfa l'obiettivo di uniformazione.
D2: Perché vengono utilizzati otto bulloni sulle stecche a ganascia-ad alta velocità?
Otto bulloni distribuiscono la forza di pre-serraggio in modo uniforme lungo il giunto, riducono la concentrazione di stress in ciascun foro e mantengono la stecca premuta saldamente contro la guida sotto carico ad alta frequenza.
D3: Quando il retrofit senza soluzione di continuità è migliore della sostituzione del giunto?
Il retrofit viene scelto quando la rotaia stessa è solida e il problema è la discontinuità del giunto. Se la sezione dell'estremità del binario-ha già ridotto la sezione, è necessario tagliare le estremità del binario o sostituire il binario prima della saldatura.
Q4: Qual è la funzione dello strato di cuscino elastico in corrispondenza del giunto?
Il cuscino da 3 mm compensa la piccola differenza di rigidità rimanente tra il giunto e il corpo della rotaia, ammorbidendo la transizione e proteggendo la saldatura dalla fatica da flessione.
D5: Perché i test metallografici vengono eseguiti ogni anno sulle saldature adattate?
I giunti saldati invecchiano durante l'uso: la struttura della saldatura può ingrossarsi o sviluppare micro-difetti. Il campionamento metallografico annuale rileva tempestivamente questi cambiamenti in modo che il giunto possa essere riparato o sostituito prima che la resistenza scenda al di sotto dei requisiti della linea.