Mối quan hệ giữa độ đàn hồi của miếng đệm đường ray và độ êm ái của đường đua
Sự khác biệt cốt lõi về mô đun đàn hồi và khả năng chống lão hóa giữa ba vật liệu thường được sử dụng cho tấm lót đường ray: cao su, EVA và polyurethane là gì?
Ba vật liệu thường được sử dụng cho tấm lót đường ray-cao su, EVA và polyurethane-thể hiện sự khác biệt cốt lõi đáng kể về mô đun đàn hồi và khả năng chống lão hóa. Về mô đun đàn hồi, miếng đệm cao su có mô đun đàn hồi 0,8-1,5 MPa, thể hiện khả năng phục hồi đàn hồi tuyệt vời và hấp thụ hiệu quả các rung động tần số cao-, mang lại hiệu quả giảm chấn tốt nhất. Miếng đệm EVA có mô đun đàn hồi cao hơn một chút là 1,2-2,0 MPa, mang lại độ ổn định đàn hồi tốt và ít nhạy cảm hơn với sự thay đổi nhiệt độ. Tấm đệm polyurethane có mô đun đàn hồi cao nhất, đạt 2,5-4,0 MPa, thể hiện độ cứng cao và khả năng chịu tải vượt trội. Về khả năng chống lão hóa, miếng cao su dễ bị phân hủy dưới tia cực tím và oxy. Khả năng chống lão hóa của miếng cao su tự nhiên thông thường là khoảng 5-8 năm, trong khi cao su tổng hợp biến tính có thể kéo dài đến hơn 10 năm. Miếng đệm EVA, do cấu trúc phân tử ổn định, có khả năng chống chịu thời tiết tốt hơn cao su thông thường, thể hiện sự thay đổi hiệu suất tối thiểu trong môi trường từ -40 độ đến 60 độ, với khả năng chống lão hóa từ 12-15 năm. Miếng đệm polyurethane có khả năng chống lão hóa tốt nhất; chuỗi phân tử của chúng chứa các nhóm phân cực mạnh, mang lại khả năng chống lại tia cực tím và ăn mòn hóa học mạnh mẽ. Trong môi trường khắc nghiệt, khả năng chống lão hóa của chúng có thể vượt quá 20 năm và ít bị nứt, cứng lại và các hiện tượng lão hóa khác. Những khác biệt này cho phép ba loại vật liệu này thích ứng với các yêu cầu về khí hậu và đường đua khác nhau.
Việc lựa chọn độ cứng của tấm đệm đường ray ảnh hưởng như thế nào đến chuyển vị thẳng đứng của đường ray và tải trọng động-của đường ray bánh xe?
Việc lựa chọn độ cứng của tấm đệm ray có tác động đáng kể đến chuyển vị thẳng đứng của đường ray và tải trọng động-của ray bánh xe; cả hai đều có mối liên hệ nghịch đảo. Khi độ cứng của tấm lót đường ray quá thấp, nó sẽ tạo ra sự dịch chuyển theo phương thẳng đứng lớn dưới tải trọng-đường ray của bánh xe. Mặc dù điều này có thể giảm rung động một cách hiệu quả và giảm tác động tức thời giữa bánh xe và đường ray, nhưng sự dịch chuyển quá mức sẽ làm tăng biên độ thẳng đứng của đường ray, ảnh hưởng đến độ êm ái của đường ray. Dịch vụ dài hạn-có thể dẫn đến các vấn đề như tà vẹt không được hỗ trợ và mật độ đầm của bệ dằn giảm. Nếu độ cứng của tấm lót đường ray quá cao, chuyển vị dọc sẽ giảm đáng kể và hình dạng đường ray sẽ ổn định hơn. Tuy nhiên, khả năng đệm sẽ bị suy yếu và tải trọng động lên bánh xe và đường ray sẽ tăng lên đáng kể. Điều này sẽ làm tăng tốc độ mòn của đường ray và bánh xe, đồng thời khiến tà vẹt và giường dằn phải chịu lực tác động lớn hơn, rút ngắn tuổi thọ sử dụng của chúng. Việc lựa chọn độ cứng thích hợp phải được điều chỉnh phù hợp với tải trọng trục và tốc độ của đường đua. Ví dụ: đường sắt tốc độ cao, có tải trọng trục nhẹ và tốc độ cao, cần có bệ ray có độ cứng vừa phải (15{13}}25 kN/mm) để cân bằng chuyển vị và tải trọng động; đường sắt hạng nặng, với tải trọng trục lớn, yêu cầu bệ đường ray có độ cứng cao hơn (25-35 kN/mm) để kiểm soát chuyển vị thẳng đứng và ngăn ngừa biến dạng đường ray quá mức; đường sắt thông thường có thể sử dụng tấm lót đường ray có độ cứng thấp hơn (10-20 kN/mm) để ưu tiên hiệu quả giảm chấn.
Các yêu cầu nghiêm ngặt về độ phẳng và độ lệch độ dày của tấm lót đường ray trên các tuyến đường sắt tốc độ cao là gì? Tại sao những yêu cầu này lại nghiêm ngặt đến vậy?
-Các tuyến đường sắt cao tốc có yêu cầu cực kỳ nghiêm ngặt về độ phẳng và độ lệch độ dày của tấm lót đường ray. Độ lệch độ phẳng phải được kiểm soát trong khoảng 0,1 mm/m và phạm vi độ lệch độ dày là ± 0,2 mm, vượt xa yêu cầu đối với đường sắt thông thường. Những yêu cầu nghiêm ngặt này xuất phát từ đặc điểm vận hành của-tàu tốc độ cao: Tàu-tốc độ cao hoạt động ở tốc độ cao và phản ứng động giữa bánh xe và đường ray là cực kỳ nhạy cảm. Độ phẳng của tấm lót đường ray không đủ có thể dẫn đến chênh lệch độ cao nhỏ trên bề mặt đỡ đường ray, dẫn đến ứng suất cục bộ không đồng đều trên đường ray. Điều này gây ra các tác động định kỳ lên ray-của bánh xe khi tàu chạy qua, ảnh hưởng đến độ ổn định của xe và có khả năng gây ra hiện tượng rối loạn rung động trên đường ray. Độ lệch độ dày quá mức dẫn đến độ cứng không nhất quán giữa các tấm đệm đường ray khác nhau trong cùng một đoạn, dẫn đến sự dịch chuyển theo chiều dọc không đồng bộ của đường ray khi chịu tải. Điều này làm gián đoạn độ êm ái tổng thể của đường ray, tạo thêm tải trọng động lên bộ bánh xe lửa, đồng thời làm trầm trọng thêm tình trạng mòn{12}}đường ray và hư hỏng do mỏi của bánh xe đối với cấu trúc đường ray. Hơn nữa,{14}}tàu cao tốc có yêu cầu cực kỳ cao về sự thoải mái của hành khách; ngay cả những sai lệch nhỏ ở tấm đệm ray cũng có thể bị khuếch đại trong toa xe, ảnh hưởng đến trải nghiệm của hành khách. Đồng thời, các yêu cầu nghiêm ngặt về kích thước là rất quan trọng để đảm bảo sự vừa khít giữa tấm đệm ray với ray và tà vẹt, ngăn ngừa các khoảng trống có thể dẫn đến ứng suất cục bộ quá mức và hư hỏng sớm.
Những vấn đề về hiệu suất nào dễ xảy ra với tấm lót đường ray trong môi trường có nhiệt độ-thấp? Làm thế nào những vấn đề này có thể được giải quyết thông qua cải tiến vật chất?
Tấm đệm đường ray dễ gặp phải ba vấn đề chính về hiệu suất trong môi trường-nhiệt độ thấp (dưới -20 độ ): suy giảm độ đàn hồi, tăng độ giòn và co rút kích thước. Độ đàn hồi suy giảm dẫn đến giảm khả năng giảm chấn của tấm đệm và tăng tải trọng động-của ray bánh xe; độ giòn tăng lên làm cho miếng đệm dễ bị nứt, gãy khi rung và va đập; sự co rút về kích thước có thể gây ra các khoảng trống giữa tấm đệm và tà vẹt, ảnh hưởng đến độ ổn định của giá đỡ. Những vấn đề này có thể được giải quyết một cách hiệu quả bằng cách cải tiến vật liệu: Đối với miếng đệm cao su, cao su nitrile hoặc cao su silicon có khả năng chịu lạnh mạnh có thể được thêm vào để thay thế một phần cao su tự nhiên, đồng thời có thể thêm chất làm dẻo để cải thiện tính linh hoạt của chuỗi phân tử và hạ thấp nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh, để miếng đệm vẫn có thể duy trì độ đàn hồi tốt ở nhiệt độ thấp; đối với miếng đệm EVA, độ giòn ở nhiệt độ-thấp có thể được cải thiện bằng cách điều chỉnh tỷ lệ ethylene với vinyl axetat, tăng hàm lượng vinyl axetat hoặc sử dụng chất điều chỉnh chất đàn hồi; đối với các miếng đệm polyurethane, công nghệ biến đổi chất đồng trùng hợp có thể được sử dụng để đưa các phân đoạn linh hoạt, chẳng hạn như polyol polyete, vào chuỗi phân tử nhằm cải thiện hiệu suất phục hồi đàn hồi ở nhiệt độ thấp, đồng thời có thể thêm chất chống đông và chất chống oxy hóa để ức chế-sự lão hóa ở nhiệt độ thấp và suy giảm hiệu suất. Hơn nữa, việc áp dụng lớp phủ chịu nhiệt độ thấp lên bề mặt vật liệu có thể làm giảm tác động của nhiệt độ thấp đến đặc tính bề mặt của tấm lót đường ray và kéo dài tuổi thọ của chúng.
Những tác động tầng lớp của sự lão hóa và hư hỏng của tấm đệm đường ray đối với kết cấu đường ray và hoạt động tàu là gì? Làm thế nào chúng ta có thể xác định xem có cần thay thế hay không?
Sự lão hóa và hư hỏng của tấm đệm đường ray có thể gây ra nhiều vấn đề về xếp tầng trong cả kết cấu đường ray và vận hành tàu. Đối với kết cấu đường ray, sự suy giảm đàn hồi do lão hóa gây ra cho phép tải trọng-của ray bánh xe được truyền trực tiếp tới tà vẹt và đá dằn, làm trầm trọng thêm hiện tượng nứt tà vẹt và quá trình nghiền nát hạt đá dằn. Đồng thời, việc các tấm đệm bị cứng hoặc hư hỏng có thể gây ra tình trạng không bằng phẳng tại các điểm đỡ đường ray, dẫn đến sai lệch về hình dạng đường ray và làm tăng nguy cơ hư hỏng đường ray. Đối với hoạt động tàu, hiệu suất giảm chấn giảm dẫn đến tải trọng động của bánh xe-tăng và độ rung của tàu tăng lên, làm giảm sự thoải mái khi đi xe và tăng tốc độ mài mòn ở các bộ phận như giá chuyển hướng, tăng chi phí bảo trì thiết bị. Trong những trường hợp nghiêm trọng, khoảng trống hỗ trợ do các tấm đệm bị hỏng tạo ra có thể gây ra mất ổn định tạm thời cho đường ray, đe dọa đến an toàn của đoàn tàu. Quyết định thay thế miếng đệm phải dựa trên sự kết hợp giữa kiểm tra trực quan và kiểm tra hiệu suất: Về mặt trực quan, nếu miếng đệm có vết nứt rõ ràng, cứng lại, giảm độ dày hơn 10% hoặc các cạnh bị vỡ hoặc bong ra thì nên thay thế ngay lập tức; về mặt hiệu suất, hiệu suất đệm phải được kiểm tra bằng thử nghiệm thả búa. Khi tốc độ hấp thụ tác động giảm xuống dưới 60% giá trị ban đầu hoặc khi độ lệch độ cứng của đệm đo được tại hiện trường vượt quá 30% giá trị thiết kế thì nên bắt đầu thay thế hàng loạt.