Optimalisatieontwerp en materiaalafstemmingstechnologie voor de grensvlakspanning tussen railkussens en dwarsliggers
Wat zijn de belangrijkste distributiekarakteristieken van de grensvlakspanning tussen onder-railpads en betonnen dwarsliggers?
De grensvlakspanning tussen onder-railkussens en betonnen dwarsliggers vertoont een distributiekarakteristiek van "centrale concentratie en randverzwakking", waarbij het kernspanningsgebied geconcentreerd is in het contactgebied tussen het midden van het kussen en direct onder de rail. Dit kenmerk wordt bepaald door de stijve eigenschappen van betonnen dwarsliggers en de transmissiemodus van wiel-railbelastingen. De belasting van het treinwiel-rail wordt via de rail overgebracht naar het midden van het onder-railpad. Betonnen dwarsliggers hebben een hoge stijfheid en een kleine vervorming, en kunnen de belasting niet verspreiden door hun eigen vervorming, waardoor de belasting zich concentreert in het contactgebied tussen het midden van het kussen en de dwarsligger. De spanningswaarde in het kerngebied is 3-4 maal die van het randgebied. Er zijn ook verschillen in de laterale verdeling van grensvlakspanning. De spanning direct onder het railweb is groter dan die buiten de railkop, en de zijdelingse spanningsafwijking kan 20% bereiken omdat het railweb het hoofdkanaal is voor belastingoverdracht en de spanning directer is. Tegelijkertijd verandert de grensvlakspanning naarmate de snelheid van de trein toeneemt. Bij hoge snelheid wordt de impact van de belasting vergroot, neemt de spanningsamplitude in het spanningsconcentratiegebied met 15% -20% toe en neemt de spanningsfluctuatiefrequentie toe. In het bochtspoorgedeelte zal de grensvlakspanning naar de buitenkant van de bocht verschuiven, en de spanning aan de buitenkant is ongeveer 25% hoger dan die aan de binnenkant als gevolg van de excentrische belasting veroorzaakt door de zijdelingse kracht wiel-rail in het bochtgedeelte. Bovendien houdt de uniformiteit van de grensvlakspanning verband met de pasgraad van het kussen. Stressmutaties zullen optreden in delen met een slechte aanpassingsgraad, waardoor de lokale spanningsconcentratie verder wordt verergerd, wat ook het kerndoel is van grensvlakstressoptimalisatie.
Wat is het verbeterende effect van de contactformulieroptimalisatie van onder-railpads op de interfacespanningsverdeling?
De optimalisatie van de contactvorm van onder-railpads is het belangrijkste middel om de spanningsverdeling van het grensvlak met dwarsliggers te verbeteren, en de effecten ervan worden voornamelijk weerspiegeld in drie aspecten: spanningsspreiding, verzwakking van het concentratiegebied en verbetering van de spanningsuniformiteit, waardoor lokale spanningsconcentratie op het grensvlak effectief kan worden geëlimineerd. Door de traditionele platte contactvorm van het kussen te optimaliseren tot een boogcontactvorm met een enigszins convex midden en een geleidelijk dunner wordende rand, kan de centraal geconcentreerde belasting in het midden langzaam naar de rand worden overgebracht, waardoor de spanning in het kerngebied met 25% -30% wordt verminderd en het spanningsverschil tussen het kerngebied en het randgebied wordt verkleind. Het optimaliseren van het contactoppervlak van het kussen en het aannemen van een breed kussenontwerp om het contactoppervlak met 20% te vergroten, kan de interfacebelasting verder verspreiden, de spanningswaarde per oppervlakte-eenheid verminderen en voorkomen dat de lokale spanning de draaglimiet van de dwarsligger overschrijdt. Door lokale groeven voor het aanpassen van de stijfheid op het kussen te ontwerpen om de stijfheidsverdeling te optimaliseren, wordt de stijfheid afgestemd op de spanningsverdeling, heeft het midden met hoge spanning een hoge stijfheid en heeft de rand met lage spanning een lage stijfheid, waardoor de uniforme overdracht van spanning wordt gerealiseerd en de spanningsconcentratie wordt geëlimineerd die wordt veroorzaakt door plotselinge stijfheidsveranderingen. Tegelijkertijd kan het ontwerpen van de contactrand tussen het kussen en de dwarsligger als een boogovergang met een boogstraal van R8-R10 de spanningsconcentratie bij de scherpe randhoek elimineren en de randspanningspiek met ongeveer 15% verminderen. Na de optimalisatie van de contactvorm wordt de uniformiteit van de interfacespanning met meer dan 40% verbeterd, wordt het fenomeen van de lokale spanningsconcentratie aanzienlijk verbeterd en wordt de levensduur van het kussen en de dwarsligger verlengd.
Welke kerneigenschappen moet de materiaalformule van onder-railpads voor houten dwarsliggers hebben?
Gericht op de kenmerken van houten dwarsliggers zoalszachte textuur, gemakkelijke vochtopname en vervorming, en slechte schuifweerstand, moet de materiaalformule van onder-railpads voor houten dwarsliggers worden ontworpen met kerneigenschappen van elastische buffering, anti-slip- en slijtvastheid, corrosie- en vochtbestendigheid, terwijl rekening wordt gehouden met de pasvorm en het coöperatieve vervormingsvermogen van houten dwarsliggers. Houten dwarsliggers hebben een zachte textuur, dus de kussens hebben uitstekende elastische bufferprestaties nodig met een elastische modulus gecontroleerd op 80-100 MPa, die belastingen kunnen verspreiden door hun eigen vervorming, de lokale spanning op het grensvlak van de houten dwarsliggers verminderen en het verpletteren van houten dwarsliggers voorkomen. Omdat houten dwarsliggers gevoelig zijn voor vochtabsorptie en vervorming, moet het materiaal van het kussen een lage hygroscopiciteit hebben met een waterabsorptiesnelheid van minder dan of gelijk aan 3% om ongelijkmatige grensvlakspanning veroorzaakt door hygroscopische uitzetting van het kussen te voorkomen. Er moeten anti-corrosie- en anti- schimmelcomponenten worden toegevoegd om schimmel en corrosie van houten dwarsliggers als gevolg van vochtopname van het kussen te voorkomen, waardoor de levensduur van houten dwarsliggers wordt verlengd. Het contactoppervlak tussen het kussen en de houten dwarsligger is gevoelig voor uitglijden als gevolg van trillingen, dus de materiaalformule moet de antislipprestaties van het kussen verbeteren, met een Shore-hardheid gecontroleerd op A55-A60. Er zijn antisliplijnen ontworpen op het oppervlak van het kussen om de wrijving tussen het kussen en de slijtage van houten dwarsliggers als gevolg van uitglijden te vergroten. Houten dwarsliggers hebben een slechte schuifweerstand, dus het materiaal van het kussen moet een goede schuifsterkte hebben groter dan of gelijk aan 8 MPa om de laterale schuifkracht op het grensvlak te kunnen dragen en excentrische belasting veroorzaakt door schuifvervorming van het kussen te voorkomen. Bovendien moet het kussenmateriaal een goede weersbestendigheid hebben en zich kunnen aanpassen aan temperatuurveranderingen van -30 graden tot 50 graden zonder broze breuk of verzachting, waardoor aanpassingsvermogen met houten dwarsliggers in verschillende omgevingen wordt gegarandeerd.
Wat zijn de kernvereisten voor de materiaalafstemming tussen kunststof dwarsliggers en onder-railpads?
Zowel plastic dwarsliggers als onder{0}}railpads zijn elastische materialen, en de kernvereisten voor de bijpassende materialen zijn erop gerichtstijfheidscoördinatie, synchrone vervorming en grensvlakbindingom ervoor te zorgen dat de twee een elastisch coördinatiesysteem vormen en spanningsfalen op het grensvlak, veroorzaakt door verschillen in materiaaleigenschappen, voorkomen. Stijfheidscoördinatie is de belangrijkste vereiste: de elasticiteitsmodulus van kunststof dwarsliggers is ongeveer 200-300 MPa, en de elasticiteitsmodulus van onder-railpads moet worden gecontroleerd op 100-150 MPa, wat 1/2-2/3 is van die van kunststof dwarsliggers, waardoor een redelijke stijfheidsgradiënt ontstaat om een stabiele belastingoverdracht van het kussen naar de dwarsligger te garanderen zonder plotselinge stijfheidsveranderingen. Synchrone vervorming is de kernvereiste: de nominale vervorming van het kussen en de plastic dwarsligger moet consistent zijn, beide gecontroleerd op 10-15 mm, en de twee vervormen synchroon onder treinbelasting om losraken van het grensvlak veroorzaakt door vervormingsverschillen te voorkomen en de continuïteit van grensvlakspanning te garanderen. Interfacebinding is een belangrijke vereiste: het materiaal van het kussen moet een goede hechtbaarheid hebben met het kunststof dwarsliggermateriaal met een hechtsterkte groter dan of gelijk aan 2 MPa om relatieve slip tussen het kussen en de dwarsligger onder trillingsbelasting te voorkomen, en de hechtlaag moet een zekere elasticiteit hebben zonder de synchrone vervorming van de twee te beïnvloeden. Bovendien moeten de twee materialen dezelfde anti-verouderingsprestaties hebben met een verouderingssnelheidsafwijking van minder dan of gelijk aan 5% om ervoor te zorgen dat de coördinatie van stijfheid en vervorming na langdurig gebruik nog steeds kan worden gehandhaafd zonder dat de prestaties worden verbroken. Tegelijkertijd moet de temperatuurbestendigheid van de materialen op elkaar zijn afgestemd, zodat stabiele prestaties binnen hetzelfde temperatuurbereik kunnen worden gehandhaafd, waarbij grensvlakspanningsconcentraties worden vermeden die worden veroorzaakt door verschillen in temperatuurvervorming.
Hoe realiseert het stijfheidsgradiëntontwerp van onder-railpads de spanningscoördinatie met dwarsliggers?
Het stijfheidsgradiëntontwerp van onder{0}}railpads realiseert de spanningscoördinatie met dwarsliggers er doorheennauwkeurige afstemming van stijfheid en grensvlakspanningsverdeling, en geleidelijke verandering van de stijfheid langs de richting van de belastingoverdracht, waardoor het kussen en de dwarsligger een geïntegreerd stresssysteem vormen en de algehele lagerprestaties verbeteren. Volgens de distributiekarakteristiek vanhoge spanning in het midden en lage spanning aan de randvan de dwarsliggerinterface is het kussen ontworpen als een gradiëntstructuur met hoge stijfheid in het midden en lage stijfheid aan de rand, en de elastische modulus in het midden is 30%-40% hoger dan die aan de rand, zodat het gebied met hoge stijfheid geconcentreerde belastingen ondergaat en het gebied met lage stijfheid de randbelastingen verspreidt om een uniforme spanningsverdeling te realiseren. Langs de richting van de belastingoverdracht is het kussen ontworpen als een gradiëntstructuur met geleidelijk afnemende stijfheid van het bovenoppervlak in contact met de rail naar het onderoppervlak in contact met de dwarsligger: het bovenoppervlak heeft een hoge stijfheid om de geconcentreerde belasting van de rail te dragen, en het onderoppervlak heeft een lage stijfheid om zich aan te passen aan de spanningskenmerken van de dwarsligger, zodat de belasting stabiel wordt overgedragen van de rail naar de dwarsligger zonder spanningsmutaties. In het bochtspoorgedeelte wordt, afhankelijk van de kenmerken van de excentrische belasting van grensvlakspanning, de stijfheid van de buitenkant van de padkromme met 20% -25% verhoogd, terwijl de stijfheid van de binnenkant onveranderd blijft, waardoor de spanningsonevenwichtigheid wordt gecompenseerd die wordt veroorzaakt door laterale excentrische belasting en het realiseren van de grensvlakspanningscoördinatie van het bochtgedeelte. Tegelijkertijd wordt rond het boutgat van het kussen een plaatselijk gebied met hoge stijfheid ontworpen, met een stijfheid die 50% hoger is dan die van het omliggende gebied, om de lokale belasting veroorzaakt door de voorspankracht van de bout te dragen en spanningsconcentratie rond het gat te voorkomen. Door het coöperatieve effect van verschillende stijfheidsgebieden houdt het ontwerp van de stijfheidsgradiënt de interfacespanning tussen het kussen en de dwarsligger te allen tijde uniform, elimineert lokale spanningsconcentratie, realiseert de coöperatieve spanning van de twee en verbetert de stabiliteit van de spoorstructuur.