Usklađivanje elastičnosti staze je povezano sa glatkoćom staze
Koje su osnovne razlike u modulu elastičnosti i otpornosti na starenje između tri najčešće korištena materijala za šinske kolosijeke: guma, EVA i poliuretan?
Tri materijala koji se obično koriste za šine šine -guma, EVA i poliuretan- pokazuju značajne osnovne razlike u modulu elastičnosti i otpornosti na starenje. Što se tiče modula elastičnosti, gumeni jastučići imaju modul elastičnosti od 0,8-1,5 MPa, pokazujući odličan oporavak elastičnosti i efikasno apsorbiraju vibracije visoke{9}}frekvencije, pružajući najbolji efekat amortizacije. EVA jastučići imaju nešto veći modul elastičnosti od 1,2-2,0 MPa, nudeći dobru elastičnu stabilnost i manju osjetljivost na promjene temperature. Poliuretanski jastučići imaju najveći modul elastičnosti, dostižući 2,5-4,0 MPa, pokazujući visoku krutost i izvanrednu nosivost. Što se tiče otpornosti na starenje, gumeni jastučići su skloni degradaciji pod ultraljubičastim svjetlom i kisikom. Otpornost na starenje običnih jastučića od prirodne gume je oko 5-8 godina, dok se modificirana neoprenska guma može produžiti na više od 10 godina. EVA jastučići, zbog svoje stabilne molekularne strukture, imaju bolju otpornost na vremenske uslove od obične gume, pokazujući minimalne promjene performansi u okruženjima u rasponu od -40 stepeni do 60 stepeni, uz otpornost na starenje od 12-15 godina. Poliuretanski jastučići imaju najbolju otpornost na starenje; njihovi molekularni lanci sadrže jako polarne grupe, pružajući jaku otpornost na ultraljubičasto svjetlo i hemijsku koroziju. U teškim okruženjima, njihova otpornost na starenje može premašiti 20 godina, a manje su skloni pucanju, stvrdnjavanju i drugim pojavama starenja. Ove razlike omogućavaju da se ova tri materijala prilagode različitim klimatskim uvjetima i zahtjevima kolosijeka.
Kako odabir krutosti tračnice utječe na vertikalni pomak kolosijeka i dinamičko opterećenje šine -točka?
Odabir krutosti tračnice ima značajan utjecaj na vertikalni pomak kolosijeka i dinamičko opterećenje šine -točka; to dvoje su obrnuto povezani. Kada je krutost gusjenice preniska, to će proizvesti veliki vertikalni pomak pod opterećenjem šine kotača{2}}. Iako ovo može efikasno ublažiti vibracije i smanjiti trenutni udar između točka i šine, prekomerno pomeranje će povećati vertikalnu amplitudu šine, utičući na glatkoću koloseka. Dugoročna-služba može dovesti do problema kao što su nepodržani pragovi i smanjena gustina nabijanja balasta. Ako je krutost gusjenice previsoka, vertikalni pomak će se značajno smanjiti, a geometrija staze će biti stabilnija. Međutim, kapacitet puferiranja će biti oslabljen, a dinamičko opterećenje na kotaču i tračnici će se značajno povećati. To će ubrzati habanje šina i kotača, a istovremeno će pragove i balastni ležaj podvrgnuti većim udarnim silama, skraćujući njihov vijek trajanja. Odgovarajući izbor krutosti mora biti prilagođen osovinskom opterećenju i brzini staze. Na primjer, -brze šine, sa svojim malim osovinskim opterećenjem i velikom brzinom, zahtijevaju traku umjerene krutosti (15-25 kN/mm) za balansiranje pomaka i dinamičkog opterećenja; željezničke pruge za teške relacije, sa svojim velikim osovinskim opterećenjem, zahtijevaju kolosijek veće krutosti (25-35 kN/mm) za kontrolu vertikalnog pomaka i sprječavanje prekomjerne deformacije kolosijeka; konvencionalne željeznice mogu koristiti kolosiječne jastučiće sa nižom krutošću (10-20 kN/mm) kako bi dali prioritet efektu puferiranja.
Koji su strogi zahtjevi za ravnost i odstupanje debljine kolosijeka na prugama brzih pruga{0}}? Zašto su ovi zahtjevi tako strogi?
Željezničke pruge{0}}brzine imaju izuzetno stroge zahtjeve za ravnost i odstupanje debljine kolosijeka. Odstupanje ravnosti mora se kontrolisati unutar 0,1 mm/m, a opseg odstupanja debljine je ±0,2 mm, što je daleko iznad zahtjeva za konvencionalne željeznice. Ovi strogi zahtjevi proizlaze iz operativnih karakteristika brzih-vozova: Brzi-vozovi rade pri velikim brzinama, a dinamička reakcija između točkova i šina je izuzetno osjetljiva. Nedovoljna ravnost jastučića šine može dovesti do malih visinskih razlika na površini nosača šine, što rezultira neujednačenim lokalnim naprezanjem šina. Ovo uzrokuje periodične udare -točkova u tračnicu kada voz prolazi, što utiče na stabilnost vožnje i potencijalno izaziva poremećaje vibracija kolosijeka. Prekomjerna odstupanja debljine rezultiraju nedosljednom krutošću među različitim šinama unutar iste sekcije, što dovodi do asinhronog vertikalnog pomaka šina pod opterećenjem. Ovo narušava ukupnu glatkoću kolosijeka, nameće dodatna dinamička opterećenja na kolosijeke voza i pogoršava habanje -šine kotača i oštećenja strukture kolosijeka od zamora. Nadalje,-brzi vozovi imaju izuzetno visoke zahtjeve za udobnost putnika; čak i manja odstupanja u šinama su pojačana unutar vagona, utičući na doživljaj putnika. Istovremeno, strogi zahtjevi za dimenzioniranjem su ključni za osiguravanje čvrstog prianjanja između tračnica i šina i pragova, sprječavajući zazore koji bi mogli dovesti do prekomjernog lokalnog naprezanja i prijevremenog kvara.
Koji problemi sa performansama se mogu pojaviti kod šinskih jastučića u okruženjima s niskim{0}}temperaturama? Kako se ovi problemi mogu riješiti kroz materijalna poboljšanja?
Šipke su sklone tri glavna problema sa performansama u okruženjima niskih-temperatura (ispod -20 stepeni): degradacija elastičnosti, povećana lomljivost i dimenzionalno skupljanje. Degradacija elastičnosti dovodi do smanjenja kapaciteta amortizacije jastučića i povećanja dinamičkog opterećenja kotača{5}}tračnice; povećana lomljivost čini jastučić sklonom pucanju i lomljenju pod vibracijama i udarima; Dimenzionalno skupljanje može uzrokovati praznine između jastuka i praga, što utječe na stabilnost nosača. Ovi problemi se mogu efikasno riješiti poboljšanjem materijala: Za gumene jastučiće, nitrilna guma ili silikonska guma sa jakom otpornošću na hladnoću mogu se dodati kako bi se zamijenio dio prirodne gume, dok se plastifikatori mogu dodati kako bi se poboljšala fleksibilnost molekularnog lanca i snizila temperatura staklastog prijelaza, tako da jastučić i dalje može održavati dobru elastičnost na niskim temperaturama; za EVA jastučiće, lomljivost na niskim-temperaturama može se poboljšati podešavanjem omjera etilena i vinil acetata, povećanjem sadržaja vinil acetata ili uvođenjem modifikatora elastomera; za poliuretanske jastučiće, tehnologija modifikacije kopolimerizacije može se koristiti za uvođenje fleksibilnih segmenata, kao što su polieter polioli, u molekularni lanac kako bi se poboljšao učinak elastičnog oporavka na niskim temperaturama, dok se antifriz i antioksidansi mogu dodati kako bi se spriječilo starenje pri niskim-temperaturama i degradacija performansi. Nadalje, nanošenje premaza otpornog na niske temperature na površinu materijala može smanjiti utjecaj niskih temperatura na svojstva površine tračnica i produžiti njihov vijek trajanja.
Koji su kaskadni efekti starenja i kvara šinskih jastučića na strukturu kolosijeka i rad voza? Kako možemo utvrditi da li je zamjena neophodna?
Starenje i kvar šinskih jastučića mogu izazvati višestruke kaskadne probleme kako u strukturi kolosijeka tako i u radu voza. Za strukturu kolosijeka, elastično raspadanje uzrokovano starenjem omogućava da se opterećenje kotača-prenese direktno na pragove i balast, što pogoršava pucanje pragova i usitnjavanje čestica balasta. Istovremeno, stvrdnjavanje ili oštećenje jastučića može uzrokovati neravnine na potpornim točkama šina, što dovodi do odstupanja u geometriji kolosijeka i povećava rizik od oštećenja šine. Za rad voza, smanjene performanse amortizacije dovode do povećanog dinamičkog opterećenja -tračnica i pojačanih vibracija voza, smanjujući udobnost vožnje i ubrzavajući habanje komponenti kao što su okretna postolja, povećavajući troškove održavanja opreme. U teškim slučajevima, praznine u potpori stvorene neispravnim jastučićima mogu uzrokovati trenutnu nestabilnost šine, ugrožavajući sigurnost voza. Odluka o zamjeni jastučića trebala bi se temeljiti na kombinaciji vizualne inspekcije i testiranja performansi: Vizuelno, ako jastučić pokaže očigledne pukotine, otvrdnuće, smanjenje debljine za više od 10%, ili slomljene ili odvojene ivice, treba ga odmah zamijeniti; u smislu performansi, performanse amortizacije treba testirati testom udarnim čekićem. Kada stopa apsorpcije udara padne ispod 60% početne vrijednosti, ili kada odstupanje krutosti jastučića mjereno na licu mjesta premašuje 30% projektne vrijednosti, treba započeti zamjenu serije.