Количественная связь между остаточной деформацией при сжатии рельсовых подушек и количеством циклов нагружения
Насколько увеличится остаточная деформация под-подрельсовой подушки, если число циклов нагрузки увеличится в 1 миллион раз?
При номинальной нагрузке остаточная деформация под-подрельсовой подушки увеличивается примерно линейно с увеличением числа циклов нагрузки. При каждом увеличении числа циклов загрузки в 1 миллион раз степень сжатия увеличивается на 0,1 %-0,3 %. Когда число циклов достигает 10 миллионов раз, заданное значение может достигать 3%, а эффективность снижения вибрации падает на 20%. Это связано с тем, что циклы нагрузки вызывают расползание молекулярных цепей материала колодки, и способность к упругому восстановлению постепенно снижается. Количество циклов нагрузки обычных-скоростных линий составляет около 5 миллионов раз в год, а деформация колодок происходит медленно; частота высокоскоростных линий может достигать 20 миллионов раз в год с более высокой скоростью деформации.
Почему существует значительная разница в скорости сжатия резиновых и полиуретановых колодок?
Плотность поперечных связей молекулярных цепей-резиновых подушечек высока, что затрудняет перемещение молекулярных цепей. Скорость ползучести высока при циклах нагрузки, а заданное значение достигает 3,5% после 10 миллионов циклов. Молекулярные цепи полиуретановых колодок более гибкие, с низкой плотностью поперечных-сшивок и легко подвергаются обратимой деформации, поэтому скорость ползучести низкая, а заданное количество составляет всего 1,8% после 10 миллионов циклов. Кроме того, температура стеклования полиуретановых материалов низкая, и при комнатной температуре они находятся в высокоэластичном состоянии с более высокой способностью к упругому восстановлению. Таким образом, степень сжатия полиуретановых прокладок на 40%-50% ниже, чем у резиновых прокладок, что больше подходит для линий высокого-класса с длительным сроком службы.
Какое влияние окажет степень сжатия под-подрельсовой подушки, превышающая 3 %, на контактное напряжение колеса-рельса?
Когда степень сжатия колодки превышает 3%, общая жесткость гусеницы увеличивается, а емкость упругого буфера уменьшается. Под действием нагрузки поезда контактное напряжение колеса-рельса увеличивается на 15%-20%, что усугубляет износ колеса-рельса. В то же время неравномерная деформация колодок приведет к локальной осадке рельса, снижению плавности пути и возникновению дополнительных ударных нагрузок. Ударная нагрузка еще больше увеличит напряжение контакта колес-с рельсами, образуя порочный круг. В долгосрочной перспективе чрезмерно высокое контактное напряжение колеса с рельсом приведет к таким заболеваниям, как гофрирование рельсов и расслоение головок рельсов, что приведет к сокращению срока службы рельса и колодки и увеличению затрат на техническое обслуживание линий.
Почему под-подушки рельсов тяжелых-магистральных линий необходимо изготавливать из материалов с высоким сопротивлением остаточной деформации при сжатии, а не из обычных резиновых материалов?
Тяжелые-автотранспортные линии имеют множество циклов нагрузки и большие нагрузки на оси. Скорость схватывания обычных резиновых прокладок высокая, а величина схватывания достигает 4% после 10 миллионов циклов, что приводит к серьезному снижению эффективности снижения вибрации. Структура молекулярной цепи материалов с высоким сопротивлением остаточной деформации при сжатии (таких как модифицированная резина, полиуретановые композиционные материалы) более стабильна, скорость ползучести снижается на 50%, а величина схватывания контролируется в пределах 2% после 10 миллионов циклов. Кроме того, прочность на сжатие материалов с высоким сопротивлением остаточной деформации при сжатии на 25 % выше, чем у обычной резины, которая может выдерживать высокие-частотные и большие нагрузки тяжелых-транспортных линий и избегать разрушения подушек. Поэтому для тяжелых-транспортных линий необходимо выбирать прокладки из материалов с высоким сопротивлением остаточной деформации при сжатии.
Как определить степень сжатия под-подрельсовой подушки на месте, чтобы оценить ее эксплуатационное состояние?
На месте можно использовать метод вдавливания для определения степени сжатия колодки. Выберите 3 репрезентативные колодки, сжимайте их при номинальной нагрузке в течение 24 часов, затем разгрузите и измерьте заданную величину. Установленное количество, меньшее или равное 1 %, является хорошим состоянием, 1–3 % — доступным состоянием, а замена требуется, если оно превышает 3 %. В то же время можно наблюдать поверхность колодки. Если имеются явные вмятины, трещины или затвердевания от старения, это указывает на то, что степень сжатия превысила стандартную. Кроме того, об этом можно судить косвенно, определяя плавность хода пути. Если осадка рельса превышает расчетное значение, это означает, что деформация колодки слишком велика и ее необходимо своевременно заменить.