Железопътния транспорт придобива все по-голямо значение в развитието на съвременният транспорт. Тази тенденция е пряко следствие от енергийната и екологична кризи. В този аспект изследванията, насочени към по-висока сигурност, дълготрайност и икономичност на елементите, изграждащи железните пътища стават все по-актуални.
Независимо, че изграждането на високоскоростни жп линии е свързано с т.н. безнаставови пътища (непрекъснати заварени релси), наставовите пътища не могат да бъдат премахнати на 100 % ‑ в условията на пресечени местности и криволинейни трасета те нямат алтернатива. В България напримернаставовите пътища са 64.4 % от железопътната мрежа с обща разгъната дължина 4670 км. При равни други условия, надеждността, срока на експлоатация, както и дейностите по поддържка и ремонт се определят от състоянието на елементите, от които се състои наставовия възел ‑ краища на жп релсите, свързващи планки и болтови съединения.
Наставовият възел е подложен на циклични и ударни натоварвания следствие от преминаване на всяко колело от подвижния железопътен състав. Това натоварване е неизбежно. Особено опасно е цикличното ударно натоварване, дължащо се на разликата в нивата на свързаните релсови краища. Тази разлика е пряко следствие от провисването на едната релса, когато върху края й се намира колело от подвижния състав.
Динамичният характер на натоварване причинява умора на материала в елементите на наставовия възел, респ. провокира възникване и развитие на пукнатини от умора – най вече около наставовите отвори, които са естествени концентратори на напрежения .
Уморното разрушение около наставовите отвори в краищата на релсите е особено опасно, тъй като довежда до дерайлиране на влакови композиции, и следователно до неизбежни катастрофи.
По данни на Националната компания железопътна инфраструктура, например за периода 2006-2010 г., са били установени общо 3669 бр. неизправности в наставови възли, като от тях 1595 са пукнатини и счупвания – дефекти под №53 по РЖД и №135 поUIC. И докато експлоатацията на железните пътища може да продължи при наличие на дефекти в главите на релсите, счупването на релсовите краища директно застрашава сигурността на този вид транспорт. Следователно, уморното разрушение около наставовите отвори има лимитиращо значение за сигурността на железопътния транспорт, срока на експлоатацията и дейностите за поддържка и ремонт на наставовите железни пътища.
От тази гледна точка всички превантивни мерки срещу разрушение от умора, които следва да бъдат предприети, рефлектират върху увеличение на сигурността на железопътния транспорт, респ. върху опазване на най-ценното – човешкият живот.
За съжаление, както в България, така и в много други страни, проблемът с уморното разрушение на наставовите отвори се подценява, а като следствие подходящото обработване на тези отвори също се подценява.
Вероятността от развитие на пукнатини от умора около наставов отвор директно намалява, ако се приложи подходяща технология за обработване на тези отвори. Добре известно е, че уморната дълготрайност на конструкционни елементи с отвори, подложени на циклично натоварване, може да бъде увеличена чрез генериране на натискови нормални напрежения около отворите. Въведените благоприятни остатъчни напрежения около наставовите отвори значително повишават сигурността на наставовите пътища, тъй като подобно на скоба затварят вече съществуващите пукнатини и забавят възникването на нови такива.
Общ подход за въвеждане на полезни остатъчни напрежения около отвор в конструкционен елемент е студеното пластично деформиране. Използвайки този подход, американската компания FatigueTechnologyInc. от Сиатъл, с офиси в Западна Европа,е разработила системата RailTec, реализираща метода splitsleeveи специално адаптирана за наставови отвори. Като резултат от въвеждането на тази технология за обработване на наставови отвори в САЩ, Канада, Великобритания и др., катастрофите по причина на счупени релсови краища през наставови отвори драстично намаляват в тези държави.
Аналогична технология е разработена и от авторите на тази статия, основана върху техният метод „симетрично студено разширение”, патентован в САЩ (USPatent8915114 B2).
Внедряването на двете технологии изисква значителни инвестиции и специално мобилно оборудване.
Когато обработването на болтови отвори се извършва върху металорежещи машини, например както е във FAE- София , е целесъобразен алтернативен подход – използване на предимството на технологията повърхностно пластично деформиране. Основното изискване в случая е постигане на максимална дълбочина на зоната с остатъчни напрежения на натиск и ниска грапавост, докато точността на формата и размерaна наставовия отвор са без значение. Тези изсквания се удовлетворяват напълно от метода „диамантно заглаждане”, разпространен в САЩ, Русия, Япония и практически непознат у нас.Други предимства на този метод са: лесна реализация с относително евтини устройства; нисък коефициент на триене между деформиращия елемент (изкуствен диамант) и повърхнината на отвора –в интервала 0.02-0.08; висока износоустойчивост. Трайността на деформиращия елемент достига 100000 mобработена дължина.
За обработване на болтови отвори в релсови краища беше създадено специално инструментално оборудване, което беше експериментално изследвано в Импулс АД – Габрово върху образци от релсова стомана 76. Това оборудване реализира едно-операционна двупреходна технология. Постигната е ниска грапавост ‑ по критерий Rae 0,32 нанометъра, а дълбочината на зоната с полезни остатъчни напрежения на натиск достига 800 нанометъра. Независимо, че посочените характеристики са от определящо значение за противодействие срещу умората на материала, безспорен обективен критерий за оценка на потенциала на дадена технология са уморните тестове.Проведените уморни тестове на циклично огъване на образци, обработени чрез диамантно заглаждане, показаха увеличение на якостта на умора с повече от 50%, а уморната дълготрайност се повишава десетки пъти.
Въвеждането на тази технология ще намали драстично най-честите дефекти в наставовите възли – пукнатини и счупвания през наставовите отвори , респ. значително ще повиши сигурността на наставовите пътища. Съществено нейно предимство е възможността за реализирането й върху конвенционално машиностроително оборудване. Това ще позволи бързо внедряване, без за това да са необходими значителни инвестиции.
