小半徑曲線熱塑性彈性體墊板的研究

陳正軍

(南寧鐵路局 百色工務(wù)段，百色 533000)

小半徑曲線熱塑性彈性體墊板的研究

陳正軍

(南寧鐵路局 百色工務(wù)段，百色 533000)

通過對橡膠材料和熱塑性彈性體材料進(jìn)行比較，選擇熱塑性彈性體材料作為小半徑曲線墊板材料，通過加寬墊板寬度和設(shè)計墊板坡度，調(diào)整墊板的結(jié)構(gòu)，很好地解決了小半徑曲線地段墊板短時間內(nèi)壓潰和軌枕切槽現(xiàn)象。

小半徑 熱塑性彈性體 軌枕切槽

長期以來，曲線區(qū)段的線路維護(hù)一直是困擾工務(wù)系統(tǒng)的難題之一，列車通過曲線地段時，列車對軌道的破壞作用會加劇。一般來講，列車以較低速度通過時，重心的偏移會對鋼軌內(nèi)股產(chǎn)生更大的壓力，列車以較高速度通過時，離心力的作用會使鋼軌的外股受到更大的力。這些額外的力的作用，會使工務(wù)設(shè)備損壞嚴(yán)重，軌道幾何尺寸難以保證，養(yǎng)護(hù)周期大大縮短。我國鐵路里程中，曲線軌道占有很大的比例，尤其是穿越山區(qū)的鐵路，由于限制坡度大，小曲線半徑的彎道很多，在實際運營過程中，小半徑曲線地段存在較多的病害，主要為:①小半徑曲線上股鋼軌由于受到橫向力的作用，側(cè)磨非常嚴(yán)重，膠墊被壓潰，極易造成鋼軌外翻，致使軌距擴(kuò)大;②小半徑曲線下股，由于列車重心偏移受到更大的垂向力，鋼軌壓潰現(xiàn)象明顯，膠墊短時間內(nèi)就被壓潰，鋼軌外翻，軌距變大。③鋼軌外翻嚴(yán)重時，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)鋼軌切槽現(xiàn)象，即鋼軌外側(cè)軌底角直接與軌枕的承軌槽接觸，把軌枕切斷，如圖1所示。

1 熱塑性彈性體墊板材料研究

目前鐵路應(yīng)用的墊板材料主要為橡膠材料，橡膠材料具有較好的彈性和強力性能，但是在使用過程中也存在較多的問題，尤其是小半徑曲線區(qū)段，橡膠墊板表現(xiàn)出短時間內(nèi)被壓潰等問題。

熱塑性彈性體是一種兼具橡膠和熱塑性塑料特性的材料，在室溫下顯示橡膠特性，在高溫下又能塑化成型。與橡膠相比，它具有更好的加工性能和更長的使用壽命;與工程塑料相比，它同樣具有強度高的特點，而柔韌性和動態(tài)力學(xué)性能更好。表1顯示的是橡膠材料和熱塑性彈性體材料的性能對比，從表1中可以看出，熱塑性彈性體材料具有更高的強力和更好的耐老化性能。

圖1 小半徑曲線發(fā)生的軌枕切槽現(xiàn)象

表1 橡膠與熱塑性彈性體材料性能

對熱塑性彈性體墊板和橡膠墊板進(jìn)行了300萬次疲勞試驗，試驗下限載荷為20 kN，上限載荷為 120 kN;試驗頻率為4 Hz。經(jīng)過疲勞試驗后熱塑性彈性體墊板靜剛度變化率為 +5%左右，產(chǎn)生的永久變形很小，只有0.1 mm。而橡膠墊板靜剛度變化達(dá)19%，橡膠墊板疲勞完畢后，溝槽內(nèi)出現(xiàn)了融膠現(xiàn)象，如圖2所示。

2 熱塑性彈性體墊板結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖2 橡膠墊板疲勞完后溝槽內(nèi)出現(xiàn)融膠

圖3 寬度為149 mm的墊板與鋼軌配合示意

普通墊板的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，墊板的寬度與鋼軌底部的寬度是一致的。在曲線地段鋼軌外傾時，鋼軌底部很容易直接壓到軌枕上，造成軌枕切槽。結(jié)構(gòu)設(shè)計之一就是將墊板寬度加寬，即使鋼軌外傾，鋼軌底部也只是與墊板接觸，而不會接觸到軌枕上，如圖4所示。

圖4 寬度為165 mm的墊板與鋼軌配合示意

另外熱塑性彈性體墊板設(shè)計帶有坡度，坡度大小需根據(jù)現(xiàn)場超高和受力情況確定，這樣就可以使輪軌更好的接觸，防止鋼軌偏磨及外傾，圖5為帶有坡度的墊板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5 帶有坡度的墊板結(jié)構(gòu)示意

3 現(xiàn)場應(yīng)用

2008年8月，百色工務(wù)段在南昆鐵路K13+080～K13+580，K63+800 ～K64+200，K126+753 ～K128+103等三個曲線區(qū)段進(jìn)行了熱塑性彈性體墊板的試鋪，經(jīng)過1年零6個月的運用考核，列車通過總重達(dá)1 000萬t，現(xiàn)場使用效果良好，鋼軌磨耗和傷損情況明顯改善，現(xiàn)場拆換墊板進(jìn)行觀測，墊板外觀質(zhì)量良好，厚度變化不足0.1 mm。

4 結(jié)論

熱塑性彈性體材料與傳統(tǒng)的橡膠材料相比，具有更好的耐老化和耐疲勞特性，具有更長的使用壽命。通過改進(jìn)墊板的結(jié)構(gòu)，可以有效防止小半徑曲線發(fā)生軌枕切槽事故，延長墊板的使用壽命。通過在百色工務(wù)段南昆線上試用，研制的小半徑曲線熱塑性彈性體墊板試用效果良好。

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U213.5+32

B

1003-1995(2010)05-0118-02

2010-01-20;

2010-02-25

陳正軍(1973— )，男，貴州遵義人，工程師。

(責(zé)任審編 王 紅)