So sánh vật liệu: Cao su, EVA và Polyurethane
Ba vật liệu đệm thông thường khác nhau chủ yếu ở mô đun đàn hồi và khả năng chống lão hóa, đồng thời sự lựa chọn sẽ quyết định cả hoạt động của đường ray lẫn khoảng thời gian bảo trì. Miếng đệm cao su có mô đun đàn hồi thấp nhất, khoảng 0,8-1,5 MPa, mang lại khả năng phục hồi đàn hồi tốt nhất và hấp thụ rung động tần số cao-hiệu quả nhất; miếng đệm cao su tự nhiên sẽ già đi sau khoảng 5{13}}8 năm dưới tia cực tím và oxy, trong khi các hợp chất được biến đổi bằng cao su tổng hợp có tuổi thọ hơn 10 năm. Miếng đệm EVA có áp suất khoảng 1,2-2,0 MPa, hoạt động ổn định trong khoảng từ -40 độ đến 60 độ và khả năng chống lão hóa từ 12-15 năm. Tấm đệm polyurethane có mô đun cao nhất khoảng 2,5-4,0 MPa, có khả năng chịu tải tốt nhất và tuổi thọ cao nhất, trên 20 năm trong môi trường khắc nghiệt, do chuỗi phân tử phân cực mạnh chống lại sự tấn công của tia cực tím và hóa học.
| Tài sản | Cao su | EVA | Polyurethane |
|---|---|---|---|
| Mô đun đàn hồi (MPa) | 0.8-1.5 | 1.2-2.0 | 2.5-4.0 |
| Giảm rung động tần số cao- | Tốt nhất | Tốt | Vừa phải |
| Chống lão hóa | 5-8 năm (tự nhiên); 10+ năm (đã sửa đổi) | 12-15 năm | 20+ năm |
| Độ ổn định nhiệt độ-thấp | Tốt với các hợp chất cấp lạnh- | Ổn định đến -40 độ | Tốt với chuỗi sửa đổi |
| khả năng chịu tải- | Vừa phải | Tốt | Tốt nhất |
Độ cứng, chuyển vị dọc và tải trọng động
Độ cứng của tấm đệm và chuyển vị thẳng đứng của đường ray khi chịu tải có mối quan hệ nghịch đảo. Nếu miếng đệm quá mềm, đường ray sẽ di chuyển quá xa dưới mỗi bánh xe; độ rung được giảm bớt tốt và tác động tức thời đến bánh xe{1}}ray giảm đi, nhưng sự dịch chuyển lớn làm tăng biên độ thẳng đứng của ray, làm giảm độ êm ái và qua nhiều năm tạo ra tà vẹt không được hỗ trợ và mất mật độ đầm dằn. Nếu tấm đệm quá cứng thì chuyển vị dọc nhỏ và hình học ổn định nhưng khả năng đệm yếu và tải trọng động-của đường ray bánh xe tăng lên, làm tăng tốc độ mài mòn của đường ray và bánh xe cũng như đập vào tà vẹt và đá dằn. Quy tắc lựa chọn là làm cho độ cứng của đệm phù hợp với đường:-đường ray tốc độ cao có tải trọng trục nhẹ và tốc độ cao cần độ cứng vừa phải khoảng 15-25 kN/mm; đường ray hạng nặng có tải trọng trục cao cần 25-35 kN/mm để kiểm soát chuyển vị và ngăn ngừa biến dạng đường ray quá mức; đường sắt thông thường có thể sử dụng 10-20 kN/mm để ưu tiên hiệu ứng đệm.
Dung sai độ phẳng và độ dày trên đường-tốc độ cao
-Các đường tốc độ cao giữ cho miếng đệm đạt được dung sai mà các đường thông thường không bao giờ cần: độ lệch độ phẳng trong khoảng 0,1 mm/m và độ lệch độ dày trong khoảng ±0,2 mm. Lý do là do hệ thống ray bánh xe-rất nhạy cảm với tốc độ. Tấm đệm không phẳng tạo ra sự chênh lệch nhỏ về độ cao ở thanh đỡ, tạo ra tác động định kỳ lên ray-của bánh xe tại mỗi tà vẹt và gây ra hiện tượng rung lắc rối loạn. Một miếng đệm có độ dày thay đổi dọc theo mặt cắt làm cho độ cứng của giá đỡ không đồng đều, do đó, đường ray bị lệch không đồng bộ khi chịu tải, tăng thêm tải trọng động cho bộ bánh xe và khiến-độ mòn của bánh xe trở nên trầm trọng hơn. Dung sai tương tự đảm bảo độ khít chặt giữa đệm, ray và tà vẹt, ngăn ngừa các khoảng trống có thể tập trung ứng suất cục bộ và gây ra hư hỏng sớm.
Giải pháp vật liệu và hiệu suất nhiệt độ thấp
Dưới khoảng -các miếng đệm 20 độ gặp phải ba vấn đề: suy giảm độ đàn hồi, tăng độ giòn và co rút kích thước. Sự suy giảm độ đàn hồi làm giảm khả năng giảm chấn và làm tăng tải trọng động của ray bánh xe-; độ giòn làm cho miếng đệm bị nứt khi rung và va đập; sự co rút về kích thước sẽ mở ra các khoảng trống giữa tấm đệm và tà vẹt và làm mất ổn định phần đỡ. Các cách khắc phục vật liệu rất cụ thể: đối với miếng đệm cao su, thay thế một phần cao su tự nhiên bằng cao su nitrile hoặc silicon{5}}chống lạnh và thêm chất hóa dẻo làm giảm nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh; đối với EVA, hãy tăng hàm lượng vinyl axetat hoặc thêm chất biến tính đàn hồi để cải thiện tính linh hoạt ở nhiệt độ-thấp; đối với polyurethane, đưa các phân đoạn linh hoạt như polyol polyether vào chuỗi phân tử và thêm các chất chống{8}}đóng băng và chống oxy hóa. Lớp phủ bề mặt chịu nhiệt độ-thấp sẽ bảo vệ tốt hơn miếng đệm và kéo dài tuổi thọ của nó ở những vùng lạnh.
Lão hóa, thất bại và quyết định thay thế
Những miếng đệm cũ đặt ra một dòng thác. Trong kết cấu đường ray, độ đàn hồi bị mất khiến tải trọng ray bánh xe-truyền trực tiếp tới tà vẹt và đá dằn, làm tăng hiện tượng nứt tà vẹt và quá trình nghiền hạt đá dằn; một tấm đệm cứng hoặc bị hư hỏng cũng làm cho giá đỡ đường ray không đồng đều, làm biến dạng hình dạng đường ray và làm tăng nguy cơ hư hỏng đường ray. Trong vận hành tàu, lớp đệm giảm làm tăng tải trọng động, tăng độ rung của tàu, giảm sự thoải mái khi đi xe và tăng tốc độ mài mòn của các bộ phận chuyển hướng. Quyết định thay thế sử dụng cả tiêu chí trực quan và đo lường: thay thế ngay khi miếng đệm có vết nứt rõ ràng, cứng lại, mất độ dày trên 10% hoặc các cạnh bị vỡ và bong ra; và bắt đầu thay thế hàng loạt khi thử nghiệm thả búa cho thấy tỷ lệ hấp thụ va đập dưới 60% giá trị ban đầu hoặc khi độ cứng của đệm đo được tại chỗ sai lệch hơn 30% so với giá trị thiết kế.
Những quan niệm sai lầm phổ biến
Một tấm đệm mềm hơn được cho là mang lại cảm giác lái êm ái hơn; trên thực tế,-miếng đệm mềm quá mức tạo ra sự dịch chuyển đường ray lớn làm ảnh hưởng đến độ êm ái và lớp dằn, do đó, độ cứng tối ưu là phù hợp với đường ray chứ không phải loại mềm nhất hiện có. Một quan niệm sai lầm khác là có thể nhìn thấy sự lão hóa của miếng đệm; Sự thay đổi độ cứng và độ cứng có thể diễn ra mà hầu như không có vết nứt nào có thể nhìn thấy được, đó là lý do tại sao việc kiểm tra độ cứng và búa thả là một phần của quá trình kiểm tra. Cuối cùng, những con số về đời sống vật chất đôi khi được trích dẫn mà không đề cập đến môi trường; khả năng chống lão hóa của cao su, EVA và polyurethane chỉ có ý nghĩa đối với khí hậu thực tế, tải trọng và bảo trì đường dây.
Câu hỏi thường gặp
Câu hỏi: Khả năng kết hợp đàn hồi của track pad là gì?Đáp: Việc lựa chọn có chủ ý độ cứng và vật liệu của đệm sao cho độ dịch chuyển của ray, tải trọng động{0}}của ray{0}}và hệ thống giảm chấn được cân bằng với tải trọng trục và tốc độ của đường.
Hỏi: Điều gì xảy ra nếu miếng đệm quá cứng?Đáp: Độ dịch chuyển theo chiều dọc giảm và hình dạng ổn định, nhưng khả năng đệm yếu và tải trọng động-của đường ray bánh xe tăng lên, làm tăng tốc độ mài mòn của đường ray, bánh xe, tà vẹt và chấn lưu.
Hỏi: Độ cứng nào được áp dụng trên đường-tốc độ cao?A: Khoảng 15-25 kN/mm, được chọn để cân bằng chuyển vị và tải trọng động đối với tải trọng trục nhẹ và tốc độ cao của tàu cao tốc.
Hỏi: Làm sao tôi biết khi nào miếng đệm phải được thay thế?Trả lời: Dấu hiệu trực quan là các vết nứt, cứng lại, độ dày giảm trên 10% và các cạnh bị vỡ; dấu hiệu đo được là tỷ lệ hấp thụ tác động dưới 60% giá trị ban đầu hoặc độ cứng-tại chỗ trên 30% so với thiết kế.
Q: Chất liệu đệm nào bền lâu nhất?A: Polyurethane, có khả năng chống lão hóa trên 20 năm trong môi trường khắc nghiệt, tiếp theo là EVA ở mức 12-15 năm và cao su tự nhiên ở mức 5-8 năm trừ khi được sửa đổi.