Tại sao độ cứng của Pad lại kiểm soát độ rung
Đệm ray là bộ phận đàn hồi giữa chân ray và tà vẹt. Dưới một bánh xe đi qua, nó bị nén và một phần năng lượng tải thẳng đứng bị tiêu tán bên trong chất đàn hồi dưới dạng nhiệt. Hai đặc tính vật liệu quyết định lượng năng lượng bị mất: mô đun đàn hồi, xác định mức độ lệch của miếng đệm khi chịu tải và khả năng giảm chấn bên trong của chất đàn hồi, chuyển năng lượng cơ học thành nhiệt. Độ cứng Shore A là thước đo sàn thực tế-của mô đun đàn hồi: độ cứng thấp hơn có nghĩa là mô đun thấp hơn, độ lệch lớn hơn dưới cùng một tải trọng bánh xe và năng lượng rung được hấp thụ nhiều hơn trước khi đến tà vẹt. Sự cân bằng-là miếng đệm mềm hơn cũng cho phép độ lún của đường ray nhiều hơn, do đó độ cứng luôn là sự cân bằng giữa khả năng giảm độ rung và độ ổn định hình học của đường ray.
Mối quan hệ định lượng giữa độ cứng và độ giảm chấn
| Phạm vi độ cứng Shore A | Giảm rung dọc | Ứng dụng điển hình |
|---|---|---|
| 40-50 | Hơn 30% so với miếng đệm tiêu chuẩn | Tuyến đường sắt đô thị đi qua khu dân cư |
| 60-70 | Giảm xóc cân bằng với kiểm soát độ lún | Đường sắt-tốc độ cao và tuyến đường chính{1}} |
| Dưới 40 | Giảm chấn cao nhưng nguy cơ biến dạng quá mức | Tránh xa; mối quan hệ tuyến tính bị phá vỡ |
| Trên 80 | Giảm xóc thấp, hỗ trợ cứng | Đường công nghiệp có tải trọng-nặng, nơi độ lún là rất quan trọng |
Trong phạm vi Shore A 40-80, mối quan hệ giữa độ cứng và khả năng giảm rung là gần như tuyến tính: độ cứng giảm 5 độ sẽ làm tăng khả năng giảm rung dọc khoảng 8%. Tính tuyến tính tồn tại bởi vì, trong phạm vi này, chất đàn hồi biến dạng theo cách ổn định, có thể tái tạo và sự đóng góp giảm chấn theo sau độ lệch. Dưới 40 Shore A, tấm đệm dễ bị biến dạng quá mức và trên 80, nó hoạt động gần như cứng nhắc; ở cả hai khu vực, mối quan hệ đơn giản không còn được giữ vững nữa.
Ứng dụng-Lựa chọn độ cứng cụ thể
Đường sắt tốc độ cao-sử dụng các miếng đệm khoảng 60-70 Shore A, đây là sự cân bằng tối ưu giữa khả năng hấp thụ rung động và độ êm ái của đường ray. Các miếng đệm mềm hơn dưới 60 sẽ lắng xuống quá nhiều khi chịu tải, tạo ra các đường ray thẳng đứng không đều gây ra các vấn đề khi lái xe ở tốc độ cao; các miếng đệm 60-70 kiểm soát độ lún của đường ray trong khoảng 2 mm đồng thời hấp thụ các rung động của tàu cao tốc và khả năng chống nén vĩnh viễn của chúng giúp độ đàn hồi ổn định trong thời gian sử dụng lâu dài.
Phương tiện giao thông đường sắt đô thị sử dụng các miếng đệm giảm chấn khoảng 40-50 Shore A. Các tuyến chạy qua các khu dân cư nơi có giới hạn tiếng ồn và độ rung nghiêm ngặt, đồng thời độ cứng thấp giúp tăng khả năng giảm rung lên hơn 30%, cắt giảm việc truyền tiếng ồn tần số thấp đến các đường hầm và tòa nhà. Điều này khả thi vì tải trọng trục tàu điện ngầm tương đối nhẹ nên miếng đệm mềm hơn không bị nén quá mức-và các miếng đệm thường là cấu trúc hỗn hợp giúp tăng thêm khả năng chống mài mòn cũng như độ đàn hồi cần thiết khi vận hành ở mật độ cao.
Lão hóa và độ cứng trôi dạt trong dịch vụ
Trong quá trình sử dụng, các miếng đệm phải chịu tải liên tục, chu kỳ nhiệt độ và lão hóa, đồng thời độ cứng Shore của chúng tăng dần, thường là 1-2 độ mỗi năm. Độ cứng cao hơn có nghĩa là độ đàn hồi thấp hơn, ít biến dạng hơn và ít hấp thụ rung động hơn. Sau năm năm, độ cứng có thể cao hơn giá trị thiết kế 5-10 độ và độ giảm rung theo chiều dọc giảm 10-20%. Đồng thời, miếng đệm cứng hơn sẽ truyền nhiều tác động của bánh xe đến tà vẹt và bệ đường ray, đẩy nhanh quá trình lão hóa của các bộ phận đó. Khi độ cứng đo được vượt quá giá trị thiết kế hơn 15%, miếng đệm phải được thay thế để khôi phục hiệu suất rung của đường ray.
Trên-Kiểm tra và chấp nhận độ cứng của trang web
Phương pháp hiện trường nhanh nhất là máy đo độ cứng Shore A di động. Đầu đo được ấn thẳng đứng lên bề mặt phẳng của miếng đệm, ba điểm khác nhau được kiểm tra trên mỗi miếng đệm và lấy kết quả trung bình. Nếu độ lệch so với độ cứng thiết kế nằm trong khoảng ±5 độ thì miếng đệm đáp ứng yêu cầu sử dụng. Độ lệch lớn hơn 5 độ so với giá trị thiết kế cho thấy sự lão hóa và cứng lại với độ giảm chấn giảm; độ lệch lớn hơn 5 độ dưới đây cho thấy vấn đề về chất lượng và nguy cơ biến dạng quá mức. Đối với các tấm đệm không thể tiếp cận trực tiếp, độ lún của đường ray là một chỉ báo gián tiếp hữu ích: độ lún quá mức cho thấy tấm đệm quá mềm và độ lún rất thấp cho thấy tấm đệm đã cứng lại.
Những quan niệm sai lầm phổ biến
Mềm hơn không phải lúc nào cũng tốt hơn; dưới khoảng 40 Shore A, tấm đệm biến dạng quá mức, hình dạng đường ray bị ảnh hưởng và mối quan hệ giảm chấn-độ cứng tuyến tính không còn được áp dụng.
Chỉ riêng độ cứng không đủ để mô tả một miếng đệm; cấu trúc hỗn hợp và lớp mài mòn xác định khoảng thời gian miếng đệm giữ được đặc tính giảm xóc của nó.
Một lần đọc độ cứng là không đủ; Cần có ba điểm trên mỗi miếng đệm và bề mặt kiểm tra xác định, nếu không kết quả sẽ không thể lặp lại.
Độ cứng trôi không phải là khuyết điểm của một tấm đệm tốt; đó là một quá trình lão hóa tự nhiên phải được quản lý bằng ngưỡng thay thế, trong trường hợp này cao hơn 15% so với giá trị thiết kế.
Câu hỏi thường gặp
Câu hỏi 1: Độ cứng giảm 5 độ sẽ tăng khả năng giảm rung đến mức nào?
Trong phạm vi Shore A 40-80, mức giảm 5 độ giúp tăng khả năng giảm rung theo chiều dọc khoảng 8%, vì mô đun đàn hồi thấp hơn cho phép biến dạng lớn hơn và hấp thụ năng lượng nhiều hơn. Mối quan hệ chỉ tuyến tính trong phạm vi này.
Câu hỏi 2: Tại sao đường sắt tốc độ cao-sử dụng tấm đệm Shore A 60-70 thay vì tấm đệm mềm hơn?
Các miếng đệm mềm hơn dưới 60 Shore A cho phép đường ray bị lún quá mức, làm mất đi độ êm theo phương thẳng đứng mà hoạt động ở tốc độ cao-yêu cầu. Các miếng đệm 60-70 cung cấp đủ độ đàn hồi để hấp thụ rung động trong khi vẫn giữ độ lún trong khoảng 2 mm và chúng chống lại lực nén vĩnh viễn trong thời gian sử dụng lâu dài.
Câu hỏi 3: Độ cứng điển hình của miếng đệm giảm chấn-rung động đường sắt đô thị là bao nhiêu?
Khoảng 40-50 Shore A. Thiết kế có độ cứng-thấp, độ đàn hồi cao-này giúp tăng hơn 30% khả năng giảm rung dọc, cần thiết khi có đường dây đi qua khu dân cư. Nó hoạt động vì tải trọng trục tàu điện ngầm đủ nhẹ để không nén quá mức vào tấm đệm.
Q4: Độ cứng của miếng đệm thay đổi như thế nào khi sử dụng?
Độ cứng tăng dần, thường là 1-2 độ mỗi năm, do tải trọng, nhiệt độ và lão hóa. Sau 5 năm có thể cao hơn 5-10 độ, độ rung giảm 10-20%. Khi độ cứng vượt quá giá trị thiết kế hơn 15% thì phải thay miếng đệm.
Câu 5: Độ cứng của miếng đệm được kiểm tra tại chỗ như thế nào?
Với máy đo độ cứng Shore A di động, ấn đầu đo theo chiều dọc lên một bề mặt phẳng và lấy trung bình số đọc từ ba điểm trên mỗi miếng đệm. Có thể chấp nhận độ lệch trong phạm vi ±5 độ so với giá trị thiết kế; ở trên là miếng đệm đã cũ hoặc bị lỗi.
Câu hỏi 6: Những tiêu chuẩn nào bao gồm việc kiểm tra độ cứng Shore A của miếng đệm cao su?
Phương pháp thử nghiệm tuân theo GB/T 531.1, tương đương với ISO 7619-1 của Trung Quốc, đối với độ cứng vết lõm của cao su lưu hóa. Bản thân miếng đệm được chỉ định theo tiêu chuẩn hệ thống buộc chặt áp dụng cho loại đường dây.