La coincidència d'elasticitat de la pista està relacionada amb la suavitat de la pista
Quines són les diferències bàsiques en el mòdul elàstic i la resistència a l'envelliment entre els tres materials que s'utilitzen habitualment per als coixinets de la via del ferrocarril: cautxú, EVA i poliuretà?
Els tres materials que s'utilitzen habitualment per als coixinets de via de ferrocarril-goma, EVA i poliuretà-exhibeixen diferències bàsiques significatives en el mòdul elàstic i la resistència a l'envelliment. Pel que fa al mòdul elàstic, els coixinets de goma tenen un mòdul elàstic de 0,8-1,5 MPa, mostrant una excel·lent recuperació elàstica i absorbint eficaçment les vibracions d'alta-freqüència, proporcionant el millor efecte d'amortiment. Els coixinets EVA tenen un mòdul elàstic lleugerament superior d'1,2-2,0 MPa, oferint una bona estabilitat elàstica i menys susceptibilitat als canvis de temperatura. Els coixinets de poliuretà tenen el mòdul elàstic més alt, arribant a 2,5-4,0 MPa, presentant una gran rigidesa i una capacitat de càrrega excepcional. Pel que fa a la resistència a l'envelliment, els coixinets de goma són propensos a la degradació sota la llum ultraviolada i l'oxigen. La resistència a l'envelliment dels coixinets de cautxú natural normal és d'uns 5-8 anys, mentre que la del cautxú de neoprè modificat es pot estendre a més de 10 anys. Els coixinets EVA, a causa de la seva estructura molecular estable, tenen una millor resistència a la intempèrie que el cautxú normal, presentant canvis mínims de rendiment en entorns que van des de -40 graus fins a 60 graus, amb una resistència a l'envelliment de 12-15 anys. Els coixinets de poliuretà tenen la millor resistència a l'envelliment; les seves cadenes moleculars contenen grups fortament polars, proporcionant una forta resistència a la llum ultraviolada i a la corrosió química. En entorns durs, la seva resistència a l'envelliment pot superar els 20 anys, i són menys propensos a esquerdes, endurir i altres fenòmens d'envelliment. Aquestes diferències permeten que els tres materials s'adaptin a diferents climes i requisits de la pista.
Com afecta la selecció de la rigidesa del coixinet del carril el desplaçament vertical de la via i la càrrega dinàmica del carril-roda?
La selecció de la rigidesa del coixinet del carril té un impacte significatiu en el desplaçament vertical de la via i en la càrrega dinàmica de la roda-; els dos estan inversament relacionats. Quan la rigidesa de la pista és massa baixa, es produirà un gran desplaçament vertical sota la càrrega de la roda-. Tot i que això pot amortir efectivament la vibració i reduir l'impacte instantani entre la roda i el rail, el desplaçament excessiu augmentarà l'amplitud vertical del rail, afectant la suavitat de la via. El servei-a llarg termini pot provocar problemes com ara travesses no admeses i una disminució de la densitat de compactació del llit de llast. Si la rigidesa de la pista és massa alta, el desplaçament vertical es reduirà significativament i la geometria de la pista serà més estable. Tanmateix, la capacitat d'amortiment es debilitarà i la càrrega dinàmica a la roda i el carril augmentarà significativament. Això accelerarà el desgast dels rails i les rodes i, al mateix temps, sotmetrà les travesses i el llit de llast a majors forces d'impacte, escurçant-ne la vida útil. La selecció de rigidesa adequada s'ha d'adaptar a la càrrega per eix i la velocitat de la via. Per exemple, el ferrocarril d'alta-velocitat, amb la seva lleugera càrrega per eix i alta velocitat, requereix una pista amb una rigidesa moderada (15-25 kN/mm) per equilibrar el desplaçament i la càrrega dinàmica; els ferrocarrils de transport pesat, amb la seva gran càrrega per eix, requereixen una plataforma de via amb major rigidesa (25-35 kN/mm) per controlar el desplaçament vertical i evitar una deformació excessiva de la via; Els ferrocarrils convencionals poden utilitzar pistes amb menor rigidesa (10-20 kN/mm) per prioritzar l'efecte amortidor.
Quins són els requisits estrictes per a la planitud i la desviació del gruix de les pistes a les línies de ferrocarril d'alta-velocitat? Per què aquests requisits són tan estrictes?
Les línies de ferrocarril d'alta-velocitat tenen requisits extremadament estrictes per a la planitud i la desviació del gruix de les pistes. La desviació de la planitud s'ha de controlar dins de 0,1 mm/m, i el rang de desviació del gruix és de ±0,2 mm, superant amb escreix els requisits per als ferrocarrils convencionals. Aquests requisits estrictes deriven de les característiques operatives dels trens d'alta-velocitat: els trens d'alta-velocitat operen a gran velocitat i la resposta dinàmica entre les rodes i els rails és extremadament sensible. La planitud insuficient dels coixinets del rail pot provocar minúscules diferències d'alçada a la superfície de suport del rail, donant lloc a una tensió local desigual als rails. Això provoca impactes periòdics de rodes-rails quan passa el tren, afectant l'estabilitat de la marxa i possiblement induint trastorns de vibració de la via. Les desviacions excessives de gruix donen lloc a una rigidesa inconsistent entre diferents coixinets de rails dins de la mateixa secció, donant lloc a un desplaçament vertical asíncron dels rails sota càrrega. Això altera la suavitat general de la via, imposa càrregues dinàmiques addicionals als jocs de rodes del tren i agreuja el desgast de les rodes-i els danys per fatiga a l'estructura de la via. A més, els trens d'alta-velocitat tenen requisits extremadament alts per a la comoditat dels passatgers; fins i tot les desviacions menors a les pastilles del carril s'amplifiquen dins del vagó, afectant l'experiència dels passatgers. Simultàniament, els requisits dimensionals estrictes són crucials per garantir un ajustament ajustat entre els coixinets del rail i els rails i les travesses, evitant llacunes que podrien provocar un estrès local excessiu i una fallada prematura.
Quins problemes de rendiment poden produir-se amb els coixinets de rail en entorns de baixa-temperatura? Com es poden resoldre aquests problemes mitjançant millores materials?
Els coixinets de rail són propensos a tres problemes de rendiment importants en entorns de baixa-temperatura (per sota de -20 graus): degradació de l'elasticitat, augment de la fragilitat i contracció dimensional. La degradació de l'elasticitat condueix a una disminució de la capacitat d'amortiment del coixinet i un augment de la càrrega dinàmica del carril-roda; l'augment de la fragilitat fa que el coixinet sigui propens a trencar-se i trencar-se sota vibracions i impactes; la contracció dimensional pot provocar espais entre el coixinet i el travessiu, afectant l'estabilitat del suport. Aquests problemes es poden resoldre eficaçment millorant els materials: per a coixinets de goma, es pot afegir cautxú de nitril o cautxú de silicona amb una forta resistència al fred per substituir part del cautxú natural, mentre que es poden afegir plastificants per millorar la flexibilitat de la cadena molecular i reduir la temperatura de transició vítrea, de manera que el coixinet encara pugui mantenir una bona elasticitat a baixes temperatures; per als coixinets EVA, la fragilitat a baixa -temperatura es pot millorar ajustant la proporció d'etilè i acetat de vinil, augmentant el contingut d'acetat de vinil o introduint modificadors d'elastòmer; per als coixinets de poliuretà, la tecnologia de modificació de la copolimerització es pot utilitzar per introduir segments flexibles, com ara polièter poliols, a la cadena molecular per millorar el rendiment de recuperació elàstica a baixes temperatures, mentre que es poden afegir anticongelants i antioxidants per inhibir l'envelliment a baixa -temperatura i la degradació del rendiment. A més, l'aplicació d'un recobriment resistent a baixes temperatures a la superfície del material pot reduir l'impacte de les baixes temperatures sobre les propietats superficials dels coixinets del carril i allargar la seva vida útil.
Quins són els efectes en cascada de l'envelliment i la fallada de les pastilles del ferrocarril sobre l'estructura de la via i el funcionament del tren? Com podem determinar si la substitució és necessària?
L'envelliment i la fallada de les pastilles ferroviàries poden desencadenar múltiples problemes en cascada tant a l'estructura de la via com al funcionament del tren. Per a l'estructura de la via, la decadència elàstica causada per l'envelliment permet que la càrrega del carril-roda es transfereixi directament a les travesses i el llast, agreujant l'esquerdament de la travessa i la polverització de les partícules de llast. Simultàniament, l'enduriment o el dany de les pastilles poden provocar desnivells als punts de suport del carril, provocant desviacions en la geometria de la via i augmentant el risc de danys al carril. Pel que fa al funcionament del tren, la disminució del rendiment de l'amortiment comporta un augment de les càrregues dinàmiques del carril-roda i una intensificació de la vibració del tren, reduint la comoditat de conducció i accelerant el desgast de components com els bogies, augmentant els costos de manteniment de l'equip. En casos greus, els buits de suport creats per coixinets fallits poden causar inestabilitat del carril momentània, amenaçant la seguretat del tren. La decisió de substituir el coixinet s'ha de basar en una combinació d'inspecció visual i proves de rendiment: visualment, si el coixinet mostra esquerdes evidents, enduriment, una reducció de gruix superior al 10% o vores trencades o despreses, s'ha de substituir immediatament; pel que fa al rendiment, el rendiment de l'amortiment s'ha de provar mitjançant una prova de martell de caiguda. Quan la taxa d'absorció de l'impacte cau per sota del 60% del valor inicial, o quan la desviació de la rigidesa del coixinet mesurada al lloc supera el 30% del valor de disseny, s'ha d'iniciar la substitució del lot.