Selecció de material i avaluació de la vida d'envelliment de les pastilles de ferrocarril

Definició i funció de les pastilles de ferrocarril

Un coixinet de rail es troba entre el peu del rail i la travessa o la placa base en un sistema de fixació del rail. Fa tres funcions: distribueix uniformement la càrrega de les rodes sobre el seient de llit, atenua la vibració i l'impacte generats pel pas dels trens i, on el coixinet és aïllant, separa els dos rails elèctricament per al funcionament del circuit de via. El material i la geometria de les pastilles influeixen, per tant, en la qualitat de la marxa, la durabilitat de la subjecció, els intervals de manteniment de la pista i la fiabilitat del senyal. Com que el coixinet és un component de polímer que treballa sota compressió permanent, la seva selecció i el seu comportament d'envelliment determinen directament amb quina freqüència s'ha de revisar el sistema de subjecció.

Comparació de goma, goma-compost plàstic i coixinets de poliuretà

Els coixinets de goma, basats en cautxú natural i cautxú d'estirè-butadiè, absorbeixen bé l'energia de l'impacte del tren i són econòmics, la qual cosa explica el seu ampli ús. Els coixinets compostos afegeixen la resistència al desgast del plàstic a l'elasticitat del cautxú i duren més en línies de càrrega pesada-. Els coixinets de poliuretà suporten les càrregues més pesades i resisteixen l'adhesió permanent, però el seu amortiment és més feble i el seu preu és més elevat. La selecció ha de seguir la càrrega de l'eix, la velocitat, els requisits de vibració i el pressupost de la línia.

Factors que impulsen l'envelliment del coixinet del carril

L'envelliment del coixinet està controlat per les condicions ambientals i de servei que actuen conjuntament. La radiació ultraviolada oxida la superfície del polímer, provocant un enduriment i esquerdes. Les altes temperatures i humitat afavoreixen la hidròlisi i el creixement de floridura, la qual cosa redueix les propietats mecàniques. L'esprai de sal i l'exposició àcid o àlcali ataquen l'estructura molecular, suavitzant el coixinet i reduint la força. Sota el trànsit, les càrregues repetides de les rodes provoquen una fatiga per compressió que redueix gradualment l'elasticitat, mentre que la geometria desigual de la pista concentra l'estrès a les zones locals i accelera l'envelliment localitzat. La precisió de la instal·lació també importa: un coixinet comprimit massa fortament no pot deformar-se i envelleix més ràpidament sota una pressió elevada sostinguda. Aquests factors es combinen per escurçar la vida útil, de manera que tant la selecció del material com la pràctica de manteniment han de tenir en compte l'entorn operatiu real.

Proves d'envelliment accelerat i avaluació de la vida

Les proves d'envelliment accelerat escurcen el cicle natural d'envelliment, de manera que es pot predir ràpidament el rendiment a-a llarg termini. Els mètodes principals són l'envelliment per aire calent-, l'envelliment ultraviolat, l'envelliment per calor-humit i l'envelliment per-spray de sal, i el pla de prova ha de coincidir amb l'entorn de la pista. Per a les regions calentes, una prova d'envelliment d'aire calent a 70 graus centígrads durant 1.000 hores, seguida de la mesura de la resistència a la tracció, l'allargament a la ruptura i la duresa, proporciona una comparació directa dels materials. Per a les línies costaneres, les proves d'esprai-sal simulan la corrosió del clorur i comprovan la resistència del coixinet. Els paràmetres de rendiment abans i després de l'envelliment es comparen amb un criteri d'envelliment, per exemple la resistència a la tracció que cau al 70 per cent del valor inicial, i la vida útil teòrica s'estima a partir de la corba de degradació. El mateix procediment admet la qualificació del material i la comparació de proveïdors durant l'adquisició.

Requisits per a les pistes d'-alta velocitat

Les línies d'-alta velocitat requereixen un coixinet amb un mòdul elàstic entre 10 i 20 MPa, de manera que l'energia d'impacte s'absorbeixi sense una rigidesa excessiva, una vida útil a la fatiga d'almenys 3 milions de cicles sota càrrega d'alta-freqüència i un comportament estable en l'ampli rang de temperatures d'operació d'alta-velocitat. La deformació-a llarg termini s'ha de mantenir dins del límit del 15 per cent perquè la geometria de la pista no es vegi alterada per l'assentament de la plataforma. A la pràctica actual, els compostos de goma-plàstic i els coixinets de poliuretà modificats són les opcions preferides perquè compleixen els requisits d'elasticitat, fatiga i temperatura simultàniament.

Tractament de defectes de deformació permanent

La deformació permanent és la pèrdua d'elasticitat que fa que el coixinet no pugui recuperar el seu gruix original, i que degrada directament l'amortiment i l'estabilitat de funcionament. Per a una deformació menor de 0,5 mm o menys, es pot inserir una llana elàstica de gruix coincident entre el coixinet i la travessa per compensar la diferència d'alçada, amb un control reforçat de la ubicació. Si la deformació supera els 0,5 mm, o el coixinet està esquerdat o danyat, s'ha de substituir per un coixinet nou del mateix material, gruix i especificació, i el seient del llit s'ha de netejar de restes i òxid abans d'ajustar-se per evitar buits i tensions desiguals. També s'ha d'investigar la causa principal: si la fallada és un error de selecció, s'hauria de revisar el grau del material o el mòdul elàstic per a futures comandes; si es tracta de sobrecàrrega, s'ha de revisar la càrrega de la pista o l'especificació de la pastilla.

Preguntes freqüents

Quin material de la plataforma de ferrocarril s'adapta a les línies de mercaderies pesades{0}}?

Els coixinets de poliuretà es prefereixen per a línies de transport pesats- perquè la seva alta duresa i la seva baixa compressió resisteixen la deformació permanent sota càrregues elevades per eixos, tot i que el seu amortiment és menor que el cautxú.

Per què els coixinets de goma encara s'utilitzen àmpliament a les línies d'-alta velocitat?

Els coixinets de goma ofereixen la millor absorció d'impactes a un cost moderat i, amb una selecció acurada, compleixen els requisits d'elasticitat i fatiga d'un funcionament d'alta-velocitat. S'utilitzen coixinets de poliuretà compostos i modificats on la resistència a l'envelliment i la capacitat de càrrega són els factors decisius.

Com es prova l'envelliment dels coixinets abans de comprar-los?

L'envelliment a l'aire calent-a 70 graus centígrads durant 1.000 hores, l'envelliment per calor-humit, l'envelliment per radiació ultraviolada i l'envelliment per aspersió-sal són els mètodes accelerats estàndard. La resistència a la tracció, l'allargament i la duresa es mesuren abans i després, i una caiguda del 30 per cent de la resistència a la tracció és un criteri de substitució comú.

Què fa que un coixinet del carril s'endureixi i s'esquerde?

La radiació ultraviolada, l'alta temperatura i l'ozó provoquen la descomposició oxidativa del polímer, que endureix la superfície i provoca esquerdes, especialment en línies en climes calorosos i assolellats.

Pot romandre en servei un coixinet amb una lleugera deformació permanent?

La deformació de 0,5 mm o menys es pot compensar amb una llana elàstica i controlar-la. Més enllà d'aquest llindar, el coixinet s'hauria de substituir, perquè l'amortiment i la geometria no es poden restaurar d'una altra manera.

Per què és important la precisió de la instal·lació per a la vida útil del coixinet?

Un coixinet sobre-comprimit no pot deformar-se elàsticament sota càrrega i envelleix més ràpidament amb una pressió elevada sostinguda, mentre que un coixinet solt es mou i es desgasta. Els seients nets i la precàrrega correcta són requisits previs per a la vida útil dissenyada.