基本信息
- 项目名称：
- 高铁工务配件加载腐蚀试验装置
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 目前锚固螺栓耐蚀性的检测方法与实际应用环境不相符合，检测结果无法反应其实际使用性能，导致其寿命预期不准确，影响列车运行的安全性。本装置主要采用弹簧作为加载工具，通过外加静载荷和动载荷两种方式分别对锚固螺栓进行加载腐蚀试验，模拟工务配件实际使用时的受力环境，使腐蚀试验结果更接近于实际应用效果，更能准确的预测工务配件的使用寿命。
- 详细介绍：
- 锚固螺栓是高速铁路重要的工务配件之一，在列车运行时起到稳定钢轨的作用，环境腐蚀是该配件主要的失效方式。目前的检测方法是中性盐雾腐蚀试验方法，在测试时仅对未受任何作用力的螺栓样件进行检测，而实际使用中，由于螺栓是拧紧的，而且列车行驶时钢轨会产生振动，所以该螺栓受到较大的预紧力及轴向振动载荷，会造成应力腐蚀及电偶腐蚀。因此，目前的检测方法与实际应用环境不相符合，检测结果无法反应其实际使用性能，导致其寿命预期不准确，影响列车运行的安全性。 本装置主要采用弹簧作为加载工具，通过外加静载荷和动载荷两种方式分别对锚固螺栓进行加载腐蚀试验，模拟工务配件实际使用时的受力环境，使腐蚀试验结果更接近于实际应用效果，更能准确的预测工务配件的使用寿命。 在本装置中，上下两木板采用甲醛塑脂的材料，即电木板，可有效防止盐雾的腐蚀。下板用地脚螺栓固定在水泥基座上，可防止电机振动时因下板受弹簧作用力过大而发生损坏。在下板上固定一个柱子，柱子与上板留有一定的距离，使上板振动时不会接触到木棍。弹簧套在柱子上，弹簧的外层再套上橡胶管。这样柱子对弹簧起到固定作用，使弹簧不会因变化的受力而震出。同时橡胶管将弹簧与环境隔开，保护弹簧不被腐蚀。在上下两板间按实际使用的螺栓的尺寸钻多个大小不一孔，将螺栓插入孔中，用螺母拧紧，并使弹簧处于压缩状态。在上板放置震动电机，并用罩子罩住，防止电机外壳被盐雾腐蚀。整个装置置于一个罩子中，用鼓风机将腐蚀气体从盐雾腐蚀试验箱中通过进气孔引入到装置中并从出气口，将气体导出，使整个装置始终处在盐雾的气氛中。 实验时，首先根据弹簧的胡克系数，可计算出加载载荷的大小和螺栓扭矩的大小。将加静载和加动载的螺栓放入装置中，测定其最初出现锈点的时间，和未加载的螺栓最初出现锈点的时间进行比较，可对实际环境下的使用期限进行预测。 盐雾加速腐蚀试验，盐雾中10小时不出锈即相当于实际大气环境中一年不出锈。本装置试验过程中，经过共渗处理的螺栓，按照现行不加载方式，120小时尚无锈点出现，表明此共渗处理方法符合铁科院现行标准。但是，经本试验装置检测，平均10小时即出现锈点，表明实际使用中一年左右即会出现锈蚀，与现实情况也相符。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 锚固螺栓是高速铁路重要的工务配件之一，在列车运行时起到稳定钢轨的作用，腐蚀是该配件主要的失效方式，目前该螺栓已采用各种方法进行防腐处理，检测其抗蚀性的依据为GB/T10125-1997标准中规定的中性盐雾腐蚀试验方法，在测试时仅对未受任何作用力的螺栓样件进行检测，而该螺栓实际是在较大的扭力及振动载荷作用下使用的，扭力和振动载荷均会对螺栓的抗蚀性造成较大的影响，因此目前的检测方法与实际应用环境不相符合，检测结果会对实际使用效果起到误导作用，影响列车运行的安全性。 本项目的目的就是设计一种模拟实际工况条件下锚固螺栓加载腐蚀试验装置。在该装置中主要采用弹簧作为加载工具，根据弹簧的胡克系数可以计算加载载荷的大小以及螺栓扭矩的大小。技术的关键是如何在动载荷条件下进行加载腐蚀试验，同时又保证加载装置在腐蚀试验过程中不受腐蚀。要对工件在不加载、静载荷、动载荷条件下的抗腐蚀性能进行评价，并对在实际环境下的使用期限进行预测。此外本试验装置可适用于多种尺寸、多种材料螺栓紧固件的腐蚀测试。而且当螺栓实际使用时会发生电化学腐蚀，可更换板材与螺栓相适应，构成电偶，真实反映材料使用时电化学腐蚀对材料的影响。
科学性、先进性
- 与现有的不加载腐蚀试验方法相比，本装置主要采用静载荷和动载荷两种方式对锚固螺栓进行加载腐蚀试验，模拟工务配件实际使用时的受力环境，使腐蚀试验结果更接近于实际应用效果，更能准确的预测工务配件的使用寿命，对保证列车的安全运行具有重要的指导意义。 现行多种腐蚀防护处理为在工件表面形成30-85μm厚防腐层，在现行不加载腐蚀试验方法下，由于防腐层的存在，显示很好的耐蚀性。然而在实际使用过程中，因为锚固螺栓受很大的应力与扭矩，很薄的防腐层很容易遭到破坏，产生裂纹，因此在实际使用中很容易出现锈蚀现象。本装置可检验锚固螺栓在受应力条件下的耐腐蚀性，对于评价防腐蚀处理方法具有重要价值。 参考文献： [1]应付钊.镀锌高强螺栓的工程应用[J].钢结构，2010，25（2）：57-60. [2]吴兴红.南京大胜关长江大桥高强度螺栓实验概述[J].铁道建筑，2010，（3）：1-3. [3]任艳然，王燕.外伸端板高强螺栓受拉连接的计算分析[J].钢结构，2010,25（3）：47-50.
获奖情况及鉴定结果
- 暂无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 合作开发
作品可展示的形式
- 实物、现场演示、图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用时，先将锚固螺栓进行加载，之后在腐蚀环境中进行环境腐蚀的测定。锚固螺栓的使用对于高速铁路来说是至关重要的，模拟锚固螺栓实际使用的环境进行腐蚀试验，准确测定其耐腐蚀时间，一方面可以加强腐蚀管理，避免过早更换锚固螺栓造成人力、材料的浪费以及更换锚固螺栓不及时造成安全事故，可为国家节省大量经济成本；另一方面，对于锚固螺栓抗腐蚀性能的研究很有帮助，对于提高锚固螺栓抗腐蚀性能，减少腐蚀损失，提高经济效益是十分必要的。随着我国高速铁路的快速发展，本试验装置必将广泛应用于其配件抗腐蚀性能的研究中，具有重要的应用价值。 本试验装置是以高铁锚固螺栓为例进行说明的，实际可用于生活工程中各类紧固件的耐蚀性检测，紧固件广泛用于机械、车辆、船舶、桥梁等各方面，腐蚀失效是紧固件失效的主要形式，因此本装置具有广阔的市场前景。
同类课题研究水平概述
- 目前多采用悬挂式测紧固件的耐蚀性，测试过程中紧固件不受任何应力。未见有紧固件加载测耐蚀性的研究。
