Способ испытания образцов рельсов на усталость

)5 6 01 й 3/34, 3/56 ПИ Е ИЗОБРЕТЕНИ СВИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОР 57) Изобретениеной технике и можжелезнодорожномгической промышлтения являетсяиспытания образцоонным, К образцциклическую изгиподвижный роликвая при этом контаные конта ктнвозникающим приил,рекатывание ролика по образцусоздание наряду с изгибающейтакже и истирания,льсарузко 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 укаэанной цели к образцу прикладывают циклическую изгибающую нагрузку через ролик под углом 60 - 87 О, 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 На ности к качеств пытани ные н ролика прикла продол ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(56) 1. Школьник Л.М. Методика усталостных испытаний, Справочник, М., Металлургия, 1978, с.272-279.2, Авторское свидетельство СССР М 100232, кл. 601 й 3/34; 601 МЗ/56,1952, (54) СПОСОБ ИСПЪТАНИЯ ОБРАЗЦОВ РЕЛЬСОВ НА УСТАЛОСТЬ Изобретение относится к испытательной технике и предназначено для использования в железнодорожном транспорте, атакже металлургии.Известен способ 1) контактно-усталостных испытаний материалов в условиях,приближающихся к условиям эксплуатацииконструкции. При таком способе возникаюткасательные напряжения, вызывающие поверхностные или подповерхностные трещины,Существен нлога является опряжений,взаимодействии ым недостатком этого анатсутствие продольных навозникающих при колеса с рельсом,иболее близким по технической сущзаявляемому является выбранный в е прототипа способ усталостных исй рельсов (21, по которому контактэпряжения вызывают с помощью , посредством которого к образцу дывэют циклическую изгибающую и ьную нагрузки, обеспечивающие пе, 1772676 А 1 относится к испытательет быть использовано в транспорте и металлуренности. Целью изобреприближение условий в рельсов к эксплуатациу рельса прикладывают бающую нагрузку через под углом 60-8 УО, создактные напряженияравым напряжениям, эксплуатации рельсов. 2обеспечивает возможность пропорционального изменения изгибающей и растягивающей циклических нагрузок,Действие прикладываемых нагрузок кобразцу через вращающийся ролик позволяет создавать такие контактные напряжения, которые возникают при эксплуатациирельсов и пропорциональны изменяющимся циклическим приложенным нагрузкам.По имеющимся у заявителя данным, в 10известных источниках информации отсутствуют признаки, сходные с признаками, которые отличают заявляемое решение отпрототипа, что позволяет сделать вывод осоответствии его критерию "существенные 15отличия".Для осуществления предложенногоспособа испытаний образцов рельсов на усталость с истиранием необходимо на испытательной машине образец расположить 20таким образом, чтобы он находился под углом к оси приложения циклической нагрузки, в результате чего о образце при какдомцикле возникают продольные напряжения,которые вызывают его растяжение - сжатие, Выбирая условия испытания (диаметрролика, размер образца), можно создать такие контактные напряжения, которые возникают при эксплуатации.Выбор граничных параметров обусловлен тем, что при угле приложения нагрузкименее 60 в образце возникнут продольныенапряжения, превышающие действительные значения в рельсах, При угле более 87величина продольных напряжений настолько мала, что ее практически невозможноизмерить.На фиг, 1 показано расположение ролика и образца при минимальной нагрузке; нафиг. 2 - расположение ролика и образца при 40максимальной нагрузке.По заявляемому способу в процессе испытания образцов рельсов на усталость систиранием целесообразно изгибающуюнагрузку Р прикладывать к образцу 1, расположенному на опорах 2, через вращающийся ролик 3 под углом а = 60-87 кплоскости образца (фиг, 1, 2), создавая приэтом заданные продольные усилия и контактные напряжения, равные контактным напряжениям, возникающим приэксплуатаций рельсов. При этом продольные и контактные напряжения изменяютсяпропорционально изменению приложенной изгибающей нагрузке. 55Изгибающее усилие прикладываетсяасимметрично с коэффициентом асимметрии, равным 0-0,1, В момент минимальнойнагрузки ролик 3 соприкасается с образцом1 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 переместится на расстояние АВ в прямом и обратном направлении, вызывая износ образца, что еще более приближает испытания к условиям эксплуатации рельсов,Заявляемый способ может быть реализован с помощью любой испытательной машины, предназначенной для испытаний на циклический сосредоточенный изгиб, используя дополни 1 ельное приспособление 2 для крепления образца 1 под заданным углом 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 возникает горизонтальное усилие, равное 52 кН, и контактное напряжение 1370 МПа. Для осуществления такого соотношения между вертикальной и горизонтальной составляющими нагрузку к образцу необходимо прикладывать под углом а= агссоз 52/150 =70,При воздействии ролика диаметром 40 мм и высотой 10 мм с учетом равенства контактных напряжений в рельсе и образце усилие, прилагаемое к образцу, вычисляется из соотношения о = 0,418 Ро 1=Ьбгде ак - контактное напряжение;Ро - прилагаемое усилие;Е - модуль Юнга;Ь и б - высота и диаметр ролика соответственно,При о к = 1370 МПа величина Ро = 10,7кН, а с учетом наклона полное приложенноенапряжение равно Р = Ро/3 и 70 = 12 кН.При толщине образца 15 мм и ширине20 мм, расстояние между опорами 200 ммстрела прогиба образца(расстояние АА) достигает 2,6 мм, а перемещение ролика пообразцу - 1,35 мм.Как показали данные опытной проверки, в результате использования заявляемого способа при данных условиях испытания(приложение нагрузки 12 кН через роликпод разными углами к плоскости образца)число циклов до разрушения снижается на25 - 30 (таблица) по сравнению с приложением нагрузки 10,6 кН под прямым углом кплоскости образца,Согласно данным проведенных испытаний заявляемое изобретение в сравнении сбазовым объектом обладает следующимипреимуществами:1772676 Примечание Количество циклов до образования трещины, млн. циклов Отношение горизонтальной и вертикаль. ной составляющихнаг зок Угол между напрвлением приложения на,грузки и плоскостьюоб аз а г а,Отношение составляющих напряжении более 0,5 в рельсахне наблюдается 2,11 0,515 0,500 0,342 0,052 0,035 2,12 2,26 2,98 2,98 60 70 87 88 Сложно определить горизонтальную со- ставляющую 3,01 0 90 Составитель Л.Хурги Техред М.Моргентал шева Корректор С дакт Заказ 3840 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по из 113035, Москва, Ж, РПодписноетениям и открытиям при ГКНТ Сская наб., 4/5 роизводственно-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;г) 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 изобретенияСпособ испытания образцов рельсов наусталость, заключающийся в том, что циклически прикладывают к образцу через ролик изгибающую и продольную нагрузку, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью приближения условий испытания к эксплуатационным, угол между осью образца рельса и направлением изгибающей нагрузки выбирают от 60 до 87,15