Rodzaje materiałów podkładek szynowych, cykle obciążenia i wzorce zaniku wydajności tłumienia drgań
Jak bardzo różnią się właściwości tłumienia drgań trzech rodzajów materiałów podkładek szynowych po 10 milionach cykli obciążenia?
Podkładki gumowe wykazują spadek skuteczności tłumienia drgań o większy lub równy 25%, przy redukcji odkształcenia po ściskaniu o 3,5% i skuteczności tłumienia drgań spadającej z 30% do 22%. Zmodyfikowane podkładki gumowe wykazują degradację o 18%-20%, redukcję odkształcenia po ściskaniu o 2,5%, a skuteczność tłumienia drgań spada do 24%-25%. Podkładki poliuretanowe wykazują degradację mniejszą lub równą 15%, redukcję odkształcenia po ściskaniu tylko o 1,8%, a skuteczność tłumienia drgań wciąż powyżej 25%. Dzieje się tak dlatego, że materiały poliuretanowe mają bardziej stabilną strukturę łańcucha molekularnego i większą zdolność do odwracalnego odkształcania, podczas gdy materiały gumowe są podatne na nieodwracalne pełzanie. W przypadku konwencjonalnych linii szybkiego ruchu o małej liczbie cykli obciążenia można zastosować podkładki gumowe; w przypadku linii-o dużej prędkości i dużym obciążeniu należy stosować podkładki poliuretanowe, aby zapewnić długotrwałe tłumienie drgań.
Dlaczego na liniach dużych prędkości-preferowane są podkładki poliuretanowe zamiast modyfikowanych podkładek gumowych?
Linie kolejowe- dużych prędkości podlegają 20 milionom cykli obciążenia rocznie. Zmodyfikowane podkładki gumowe wykazują 20% spadek skuteczności tłumienia drgań po 10 milionach cykli, nie spełniając wymagań dotyczących redukcji wibracji przy dużych-prędkościach. Podkładki poliuretanowe, charakteryzujące się dużą gęstością usieciowania-łańcuchów molekularnych i silnym odzyskiem sprężystym, wykazują odwracalne odkształcenie pod wpływem cykli obciążenia, co skutkuje jedynie 15% spadkiem skuteczności tłumienia drgań. Co więcej, podkładki poliuretanowe mają wytrzymałość na ściskanie większą lub równą 30 MPa i są w stanie wytrzymać uderzenia-o wysokiej częstotliwości pociągów- dużych prędkości, zmniejszając naprężenia stykowe-koła z szyną o 10%. Ponadto podkładki poliuretanowe mają dwukrotnie większą odporność na zużycie niż modyfikowana guma, wydłużając żywotność o 50%, co czyni je optymalnym wyborem dla linii dużych-prędkości.
Jaki trend będzie wykazywać skuteczność tłumienia drgań-podkładek podszynowych po ponad 20 milionach cykli obciążenia?
Po ponad 20 milionach cykli obciążenia tempo degradacji skuteczności tłumienia drgań przez klocki wzrasta wykładniczo. Szybkość degradacji podkładek gumowych wzrasta z 0,01%/10 000 cykli do 0,03%/10 000 cykli, osiągając 35% degradacji po 15 milionach cykli. Szybkość degradacji poliuretanowych nakładek gąsienic wzrosła z 0,005%/10 000 cykli do 0,015%/10 000 cykli, a degradacja pozostała mniejsza lub równa 20% po 15 milionach cykli. Dzieje się tak, ponieważ długotrwałe-obciążenia o wysokiej-częstotliwości przyspieszają starzenie się materiałów, przerywają łańcuchy molekularne i ograniczają powrót sprężystości. Po ponad 20 milionach cykli należy wymienić podkładki gąsienic; w przeciwnym razie nastąpią nagłe zmiany sztywności toru, wpływające na stabilność jazdy pociągu.
W jaki sposób można łatwo określić na miejscu- stopień pogorszenia tłumienia drgań przez podkładki gąsienic?
Na miejscu-można zastosować metodę badania osiadania, aby zmierzyć osiadanie szyny pod obciążeniem znamionowym. Redukcja osiadania o więcej niż 20% w stosunku do wartości początkowej wskazuje na pogorszenie skuteczności tłumienia drgań większe lub równe 15%. Można również zastosować metodę stukania; stukanie w trackpad i słuchanie dźwięku wskazuje na dobrą elastyczność, natomiast tępy dźwięk wskazuje na starzenie się i degradację. Ponadto obserwacja powierzchni podkładki gąsienicy ujawnia widoczne wgniecenia, pęknięcia i stwardnienia, co wskazuje na poważnie obniżoną skuteczność tłumienia drgań. W przypadku podkładek poliuretanowych, jeśli nie ma widocznych uszkodzeń powierzchni, a osiadanie zmniejszy się o mniej niż 10%, można je nadal stosować; gumowe podkładki gąsienic należy jednak niezwłocznie wymienić.
Jak zrównoważyć skuteczność redukcji drgań, koszty i żywotność przy wyborze materiałów podkładek gąsienicowych?
W przypadku konwencjonalnych linii kolei śródlądowych z liczbą cykli obciążenia mniejszą lub równą 5 milionów razy/rok, gumowe podkładki pod gąsienice są najbardziej opłacalną-opcją, oferującą żywotność większą lub równą 5 lat. Na liniach średniej-prędkości, w których liczba cykli obciążenia wynosi 10-15 milionów razy rocznie, stosuje się modyfikowane gumowe podkładki gąsienic. Choć kosztują o 20% więcej niż guma, oferują doskonałą skuteczność redukcji wibracji i o 30% dłuższą żywotność. W przypadku-ciężkich-linii ładunkowych o liczbie cykli obciążenia większej lub równej 20 milionów razy/rok stosuje się podkładki gąsienic z poliuretanu. Choć kosztują o 50% więcej niż guma, oferują stabilną redukcję drgań, żywotność większą lub równą 8 lat oraz niższe długoterminowe koszty konserwacji.