Disseny i adaptació de la dinàmica de la via del sistema de rail, fixació i coixinet de rail
Quina és la relació de transmissió mecànica entre els rails, els elements de subjecció i les pistes?
La càrrega de les rodes del tren actua primer a la superfície superior del rail, després transmet uniformement les forces verticals, laterals i longitudinals a través de la base del rail al sistema de fixació. Aleshores, els elements de subjecció transmeten la força a través dels coixinets de la pista i de les plaques de base de ferro a les travesses o les lloses de la via, i finalment la dissipen a l'estructura de la base. Aquests tres elements formen una cadena de força contínua: els rails proporcionen guia i suport de càrrega; els elements de subjecció proporcionen força de subjecció, restricció lateral i certa elasticitat; i els coixinets de pista proporcionen amortiment primari, reducció de vibracions i ajust de rigidesa. Un rendiment insuficient o una concordança inadequada en qualsevol enllaç provocarà una transmissió desigual de la força, que donarà lloc a una concentració d'estrès, un augment de l'impacte, una vibració intensificada i una fallada prematura dels components. Per tant, el disseny integrat és essencial, més que una simple combinació.
Per què és important posar èmfasi en la concordança de la rigidesa del rail i la rigidesa de la pista?
La rigidesa del rail ve determinada pel tipus i el material del rail, mentre que la rigidesa del coixinet de la pista està determinada per la duresa, el gruix i l'estructura del material. Si la rigidesa del rail és massa alta i el coixinet del rail és massa tou, es produirà un assentament excessiu del rail i una deformació elàstica, provocant un ample inestable i un balanceig del tren. Per contra, si la rigidesa del carril és massa baixa i el coixinet del carril és massa dur, un amortiment insuficient provocarà un impacte important de la-roda, el desgast del carril accelerat, la fatiga de la subjecció i el dany del llit de la via. Les diferents línies requereixen diferents relacions de concordança: línies d'alta-velocitat, que requereixen una suavitat elevada, utilitzen "rails més durs + coixinets de carril de rigidesa- mitjana" per controlar la deformació; les línies de càrrega pesada-, amb càrregues pesades per eixos, fan servir "rails-de gran resistència + coixinets de-càrrega-alta,-alta elasticitat" per millorar la resistència a la deformació; El trànsit ferroviari urbà, amb requisits elevats de reducció de vibracions, utilitza "rails convencionals + coixinets de ferrocarril de baixa-rigidesa i alta-amortiment" per reduir la vibració i el soroll. Només amb un gradient de rigidesa raonable es pot transferir uniformement la càrrega.
Quins són els papers de la rigidesa estàtica, la dinàmica i l'amortiment del coixinet del carril?
La rigidesa estàtica determina la deformació de la pista sota càrrega estàtica, afectant l'estabilitat de l'elevació de la pista i la uniformitat del suport. La rigidesa dinàmica reflecteix la resposta dinàmica quan un tren passa a gran velocitat; una rigidesa dinàmica excessivament alta agreuja l'impacte, mentre que una rigidesa dinàmica insuficient provoca fàcilment ressonància. L'amortiment s'utilitza per dissipar l'energia de vibració, suprimir l'amplificació de la vibració i reduir la propagació del soroll. Els coixinets d'alta-qualitat han de complir els requisits de rendiment complets de "rigidesa estàtica moderada, una relació de rigidesa-a{-dinàmica baixa i una amortiment adequada". Si només es persegueix l'elasticitat mentre s'ignora l'amortiment, provocarà una llarga durada de la vibració i un gran rang de transmissió; si la rigidesa és massa alta, perd el seu propòsit de reducció de vibracions. Només mitjançant la sinergia d'aquests tres factors es pot aconseguir un funcionament suau, de baix-impacte i de baix-soroll.
Quines són les diferències típiques en els esquemes de concordança d'aquests tres factors en diferents condicions de la pista?
Ferrocarrils d'alta-velocitat: s'aconsegueix una gran suavitat, un baix impacte i una gran estabilitat mitjançant rails d'acer d'alta-resistència de 60 kg/m o superiors + fixacions ajustables d'alta-precisió + coixinets de via molt elàstics i de baixa-fluència, amb una rigidesa mitjana-a-per garantir una estabilitat alta.
Ferrocarrils de transport pesat-: alta càrrega per eix, alt impacte, alt desgast; carrils-resistents + elements de fixació reforçats-d'alta resistència + coixinets d'alta-compressió i resistents-a la fatiga; alta rigidesa, es prioritza la capacitat de càrrega-.
Metros urbans/rails lleugers: requisits elevats de reducció de vibracions i soroll; tipus de rail estàndard + fixacions dividides flexibles + coixinets de goma o poliuretà de baixa-rigidesa i alta-amortiment; rigidesa més suau, es prioritza la reducció de vibracions.
Línies de llast de velocitat convencionals: es prioritzen el cost i el manteniment; rails convencionals + fixacions elàstiques tipus I/II + coixinets de goma normals; rigidesa moderada, equilibrant economia i fiabilitat.
Seccions de transició del túnel-pont: s'adopta un disseny gradual de coincidència de rigidesa; Els paràmetres de coixinet i fixació s'ajusten gradualment des del pont fins al llit de la carretera per evitar impactes sobtats de rigidesa.
Com allargar la vida útil global dels components mitjançant la concordança del sistema?
En primer lloc, es realitza una simulació dinàmica durant la fase de disseny per determinar la combinació òptima de rigidesa, força de fixació i estructura de coixinet per evitar la sobrecàrrega local. En segon lloc, s'escull una combinació de materials amb un rendiment igual: els rails d'alta-resistència s'acompanyen amb fixacions d'alta-resistència i coixinets de càrrega-alta{-càrrega-, mentre que les seccions d'amortiment-de vibracions s'associen amb fixacions d'alta-elasticitat i{7}d'alta{7}amortiment. Durant la construcció, s'assegura que els rails siguin llisos, el parell de fixació sigui consistent i els coixinets estiguin centrats sense pressió de polarització, reduint la concentració d'estrès local. Durant la fase d'operació i manteniment, l'atenció se centra en el seguiment de la deformació del coixinet, l'afluixament de la subjecció i el desgast del carril. Per a les seccions amb components no coincidents, s'ajusta la rigidesa o els components es substitueixen de manera oportuna per evitar una cadena de fallades causades per la fallada d'un sol component. Mitjançant la concordança de tota la cadena de "manteniment de la selecció de disseny - - instal·lació -, es pot reduir significativament la taxa de fallades generals, es pot allargar la vida útil global de rails, fixacions i coixinets i es pot reduir el cost total del cicle de vida de la línia.