Динамична твърдост Честотни характеристики на релсови накладки и колела-Контрол на вибрациите на релсите
Каква е разликата между динамичната твърдост и статичната твърдост на под-релсовите подложки и защо динамичната твърдост е по-загрижена в инженерните приложения?
Статичната твърдост на подложка под -релсата се измерва при бавно приложени натоварвания, като основно отразява характеристиките на статичната компресия на материала. Динамичната коравина обаче се измерва при циклични променливи натоварвания (вибрации) и отразява съпротивлението на материала при динамични работни условия. Основната разлика е в скоростта на натоварване и загубата на енергия; динамичната коравина обикновено е с 30%-80% по-висока от статичната коравина. В инженерните приложения работата на влака представлява типично динамично натоварване и подложката винаги е под високо-честотно възвратно-постъпателно компресиране. Статичната твърдост не може наистина да отрази производителността на подложката при действителна работа. Изборът на подложка въз основа единствено на статичната твърдост може да подцени нейната твърдост в динамични условия в реалния свят, което води до прекалено твърда цялостна структура на коловоза и лошо намаляване на вибрациите. Следователно, динамичната твърдост трябва да бъде основният индикатор за проектиране и избор, за да се гарантира, че производителността на подложката отговаря на изискванията във вибрираща среда.
Защо скоростта на нарастване на динамичната твърдост на полиуретановите подложки обикновено е по-ниска от тази на гумените подложки?
По-ниската динамична скорост на нарастване на твърдостта на полиуретановите подложки в сравнение с гумените подложки произтича от техните различни молекулни структури и вискоеластични свойства. Каучуковите материали показват висока загуба на вътрешно триене. Тъй като честотата на вибрациите се увеличава, движението на гумените молекулярни вериги изостава от промените в натоварването, изостряйки вътрешното молекулярно триене и причинявайки рязко покачване на динамичната коравина. За разлика от тях полиуретановите молекулярни вериги са по-гъвкави и притежават по-добри възможности за разсейване на енергия. При високо-честотно натоварване молекулярните вериги могат да реагират и да се деформират по-бързо, което води до относително стабилна загуба на вътрешно триене. Освен това, полиуретанът има по-ниска температура на встъкляване, оставайки във високо еластично състояние при стайна температура и по-малко се влияе от промените в честотата. Тази характеристика прави полиуретановите подложки по-стабилни по отношение на твърдостта в широк честотен диапазон, което ги прави идеални за високо-скоростни железопътни линии и прецизно инженерство на коловози със строги изисквания за намаляване на вибрациите.
Какво въздействие оказва прекалено високата или ниската динамична твърдост на подложките под-релсата върху вибрациите-на релсата?
Прекалено високата динамична твърдост прави цялостната структура на коловоза твърде „твърда“, намалявайки нейния капацитет за поглъщане на удари. По време на работа на влака ударните вибрации между колелото и релсата не могат да бъдат ефективно абсорбирани и по-голямата част от енергията се предава към траверсите, релсовото легло и мостовите конструкции, което засилва структурните вибрации и съкращава експлоатационния живот на компонентите. Едновременно с това, високата твърдост увеличава контактното напрежение на колелото-релса, предизвиквайки гофриране на релсата и спукване на колелото. Обратно, прекалено ниската динамична твърдост прави коловоза твърде „мек“, причинявайки прекомерно слягане на релсата под товар, което нарушава геометричната гладкост на коловоза. Прекомерното слягане променя контактната точка на колелото-релсата, генерирайки допълнителни вибрации и шум. В тежки случаи това може да повлияе на стабилността на влака и да увеличи рисковете от дерайлиране. Следователно, динамичната твърдост трябва да се контролира в рамките на разумен диапазон, за да се балансират контролът на вибрациите и стабилността на коловоза.
Как се различават изискванията за честотните характеристики на динамичната коравина на подложката под -релсата в различните класове скорост на линията?
Различните класове скорост на линията съответстват на различни доминиращи честоти на вибрации-на релсата, което води до различни изисквания за честотните характеристики на динамичната коравина на накладките. За линии с обикновена-скорост под 120 km/h доминиращата честота на вибрация е ниска (10-50 Hz). Изисква се подложките да имат ниска динамична твърдост при ниски честоти, за да поемат ефективно ударите на колело-релса. За високо{12}}железопътни линии от 200-350 км/ч влаковете се движат гладко и доминиращата честота на вибрациите е по-висока (50-150 Hz). Подложките трябва да поддържат стабилна динамична твърдост в диапазона от средни до високи честоти, като скоростта на растеж не надвишава 50%, за да се избегнат внезапни промени в твърдостта на коловоза. За градския железопътен транспорт (метро), характеризиращ се с множество криви и затворени тунелни среди, честотите на вибрациите са широки и контролът на шума е от решаващо значение. Необходими са композитни подложки с оптимални честотни характеристики, за да се осигури отлично намаляване на вибрациите и шума в целия честотен спектър.
Как може да се подобри честотната стабилност на динамичната твърдост чрез оптимизиране на формулировката на подложката?
Подобряването на честотната стабилност на динамичната твърдост на подложката под -релсата се постига основно чрез оптимизиране на гумени или полиуретанови състави. Първо, добавяне на подходящо количествопластификаториувеличава гъвкавостта на молекулната верига, намалява вътрешното триене и минимизира увеличаването на динамичната коравина с честота. Второ,технология за модификация на пълнителяизползва активен калциев карбонат или сажди, равномерно диспергирани в материала на матрицата, за ограничаване на прекомерното движение на молекулната верига и подобряване на структурната стабилност при високи честоти. Освен това,модификация на смесванесъчетава два или повече полимера, за да използва съответните им предимства-например, комбинирайки високата еластичност на каучука с ниската честотна зависимост на полиуретана, за да създаде композитен материал с превъзходна производителност. И накрая, коригиранепроцес на вулканизацияпараметрите за контролиране на плътността на кръстосано{0}}свързване и създаване на по-рационална молекулярна мрежова структура е ключов метод за оптимизиране на честотните характеристики.