La sicurezza ferroviaria si basa sui bulloni dei binari trascurati

Cosa permette al drago d'acciaio di correre sicuro lungo i suoi binari? Al di là della progettazione precisa del veicolo e delle rigorose procedure operative, l’umile bullone del cingolo svolge un ruolo cruciale ma spesso trascurato. Sebbene di piccole dimensioni, questi componenti costituiscono il fondamento della sicurezza ferroviaria. Questo articolo fornisce un esame approfondito dei bulloni dei binari, coprendone i principi strutturali, le applicazioni, la selezione dei materiali e i progressi tecnologici.

In quanto elementi di collegamento critici nelle strutture dei binari ferroviari, i bulloni dei binari fissano principalmente le rotaie alle traversine (o ad altre strutture di fondazione) e collegano le rotaie alle stecche (giunti dei giunti). La loro funzione fondamentale è quella di fornire una forza di bloccaggio sufficiente, garantendo collegamenti ferroviari affidabili che mantengano la geometria del binario e la stabilità complessiva per un funzionamento sicuro e regolare dei treni. Essendo connessioni staccabili, facilitano la manutenzione e la sostituzione.

I bulloni del binario sono generalmente costituiti da un bullone, un dado e una rondella (a volte inclusa una rondella di bloccaggio). Possono essere classificati in base alla forma della testa, al metodo di connessione e all'applicazione:

• Bulloni a testa esagonale:Il tipo più comune con testa esagonale per serraggio con chiave inglese, molto utilizzato su tutto il tracciato ferroviario per la loro versatilità.
• Bulloni a testa quadrata:Caratterizzato da una testa quadrata per una maggiore area di contatto, adatto per applicazioni a coppia elevata, ancora presenti nelle linee più vecchie o nelle connessioni di apparecchiature specifiche.
• Bulloni a testa tonda:Con teste circolari per applicazioni estetiche o considerazioni di sicurezza, raramente utilizzate nei sistemi a binario.
• Bulloni a testa svasata:Caratterizzati da teste coniche che si posizionano a filo con le superfici, utilizzate dove è necessario evitare sporgenze, non comuni nei sistemi a binario.
• Bulloni a collo ellittico/a ginocchiera:Incorpora un collo ellittico sotto la testa che si blocca nei fori corrispondenti del binario, principalmente per i collegamenti con la stecca.

• Bulloni standard:Affidati all'attrito del filo per la forza di serraggio, adatto per carichi statici o vibrazioni minime.
• Bulloni montati:Utilizzato con fori alesati per un adattamento preciso, sopporta le forze di taglio attraverso lo stretto contatto tra il gambo del bullone e le pareti del foro, ideale per carichi laterali significativi.

• Bulloni di pesce (Bulloni congiunti):Collegare le estremità del binario con le stecche per garantire la scorrevolezza e la resistenza del giunto.
• Bulloni dell'interruttore (bulloni della rana):Proteggi i componenti degli scambi come scambi e incroci, resistendo a carichi dinamici e impatti complessi.
• Bulloni del ponte:Per collegamenti di binari di ponti che richiedono un'eccezionale resistenza alla trazione e al taglio per accogliere i movimenti strutturali.

La selezione del materiale determina in modo critico le prestazioni dei bulloni. I materiali comuni includono:

• Acciaio al carbonio:Come l'acciaio Q235 o 45#, che offre buona plasticità e saldabilità per bulloni di resistenza standard.
• Acciaio legato:Compreso 20MnTiB o 35CrMoA, che fornisce robustezza, tenacità e resistenza all'usura superiori per applicazioni ad alte prestazioni nelle ferrovie ad alta velocità o per trasporti pesanti.

I trattamenti superficiali come la zincatura (a caldo o elettrolitico) o il rivestimento Dacromet migliorano la resistenza alla corrosione. I parametri chiave delle prestazioni includono resistenza alla trazione, carico di snervamento, allungamento, durezza e resilienza.

I bulloni dei binari svolgono funzioni essenziali in tutta l'infrastruttura ferroviaria:

• Collegamenti dei giunti ferroviari:I ganci a ganascia con stecche mantengono la continuità e l'allineamento, sopportando l'impatto significativo dei treni in transito.
• Fissaggio tra rotaia e cuccetta:I metodi variano a seconda del materiale della traversina: le traversine in cemento utilizzano generalmente sistemi di clip elastici mentre le traversine in legno utilizzano il fissaggio diretto con picchetti o bulloni.
• Gruppi interruttori:Fondamentale per componenti come scambi, incroci e guardrail che sopportano sollecitazioni dinamiche complesse.
• Sistemi di binari a ponte:Richiedono bulloni specializzati in grado di resistere alla flessione e alle vibrazioni strutturali.

Procedure adeguate garantiscono l’affidabilità:

• Selezionare i bulloni appropriati in base al carico e alle condizioni ambientali
• Pulire accuratamente le superfici di contatto
• Serrare ai valori specificati utilizzando strumenti calibrati
• Incorporare misure anti-allentamento come rondelle di bloccaggio o doppi dadi

• Effettuare ispezioni regolari della tenuta degli elementi di fissaggio
• Sostituire immediatamente i bulloni corrosi, deformati o rotti
• Applicare periodicamente la lubrificazione della filettatura

L’evoluzione della domanda ferroviaria guida l’innovazione in:

• Materiali ad alta resistenza:Sviluppo di acciai legati avanzati per una maggiore capacità di carico e resistenza alla fatica
• Tecnologia anti-allentamento:Ricerca di nuovi meccanismi di ritenzione
• Monitoraggio intelligente:Integrazione di sensori per la valutazione delle condizioni in tempo reale
• Design leggero:Ottimizzare materiali e strutture senza compromettere le prestazioni

La concentrazione dello stress alla radice rimane una causa primaria di cedimento per fatica. Le strategie di mitigazione includono:

• Ottimizzazione dei profili delle filettature con radici arrotondate
• Aumentando il passo della filettatura si riduce lo stress assiale
• Modifica delle strutture dado/bullone per ridistribuire le sollecitazioni di contatto
• Implementazione di bulloni ad alta resistenza per ridurre le sollecitazioni di lavoro

La produzione e i test aderiscono a vari standard tra cui:

• GB/T cinese 70.1-2008
• DIN 931 tedesco
• Specifiche AREA Americana
• Standard australiani
• Standard russi

In quanto componenti fondamentali dell'infrastruttura ferroviaria, i bulloni dei binari influenzano direttamente la sicurezza e la stabilità operativa. I continui miglioramenti nei materiali, nel design e nella tecnologia garantiscono che questi componenti senza pretese continueranno a salvaguardare il trasporto ferroviario in tutto il mondo.