小半径曲线热塑性弹性体垫板的研究

2010-09-04陈正军

铁道建筑 2010年5期

关键词：橡胶垫橡胶材料热塑性

陈正军

(南宁铁路局百色工务段，百色 533000)

小半径曲线热塑性弹性体垫板的研究

陈正军

(南宁铁路局百色工务段，百色 533000)

通过对橡胶材料和热塑性弹性体材料进行比较，选择热塑性弹性体材料作为小半径曲线垫板材料，通过加宽垫板宽度和设计垫板坡度，调整垫板的结构，很好地解决了小半径曲线地段垫板短时间内压溃和轨枕切槽现象。

小半径热塑性弹性体轨枕切槽

长期以来，曲线区段的线路维护一直是困扰工务系统的难题之一，列车通过曲线地段时，列车对轨道的破坏作用会加剧。一般来讲，列车以较低速度通过时，重心的偏移会对钢轨内股产生更大的压力，列车以较高速度通过时，离心力的作用会使钢轨的外股受到更大的力。这些额外的力的作用，会使工务设备损坏严重，轨道几何尺寸难以保证，养护周期大大缩短。我国铁路里程中，曲线轨道占有很大的比例，尤其是穿越山区的铁路，由于限制坡度大，小曲线半径的弯道很多，在实际运营过程中，小半径曲线地段存在较多的病害，主要为:①小半径曲线上股钢轨由于受到横向力的作用，侧磨非常严重，胶垫被压溃，极易造成钢轨外翻，致使轨距扩大;②小半径曲线下股，由于列车重心偏移受到更大的垂向力，钢轨压溃现象明显，胶垫短时间内就被压溃，钢轨外翻，轨距变大。③钢轨外翻严重时，经常发现钢轨切槽现象，即钢轨外侧轨底角直接与轨枕的承轨槽接触，把轨枕切断，如图1所示。

1 热塑性弹性体垫板材料研究

目前铁路应用的垫板材料主要为橡胶材料，橡胶材料具有较好的弹性和强力性能，但是在使用过程中也存在较多的问题，尤其是小半径曲线区段，橡胶垫板表现出短时间内被压溃等问题。

热塑性弹性体是一种兼具橡胶和热塑性塑料特性的材料，在室温下显示橡胶特性，在高温下又能塑化成型。与橡胶相比，它具有更好的加工性能和更长的使用寿命;与工程塑料相比，它同样具有强度高的特点，而柔韧性和动态力学性能更好。表1显示的是橡胶材料和热塑性弹性体材料的性能对比，从表1中可以看出，热塑性弹性体材料具有更高的强力和更好的耐老化性能。

图1 小半径曲线发生的轨枕切槽现象

表1 橡胶与热塑性弹性体材料性能

对热塑性弹性体垫板和橡胶垫板进行了300万次疲劳试验，试验下限载荷为20 kN，上限载荷为 120 kN;试验频率为4 Hz。经过疲劳试验后热塑性弹性体垫板静刚度变化率为 +5%左右，产生的永久变形很小，只有0.1 mm。而橡胶垫板静刚度变化达19%，橡胶垫板疲劳完毕后，沟槽内出现了融胶现象，如图2所示。

2 热塑性弹性体垫板结构设计

图2 橡胶垫板疲劳完后沟槽内出现融胶

图3 宽度为149 mm的垫板与钢轨配合示意

普通垫板的结构示意图如图3所示，垫板的宽度与钢轨底部的宽度是一致的。在曲线地段钢轨外倾时，钢轨底部很容易直接压到轨枕上，造成轨枕切槽。结构设计之一就是将垫板宽度加宽，即使钢轨外倾，钢轨底部也只是与垫板接触，而不会接触到轨枕上，如图4所示。

图4 宽度为165 mm的垫板与钢轨配合示意

另外热塑性弹性体垫板设计带有坡度，坡度大小需根据现场超高和受力情况确定，这样就可以使轮轨更好的接触，防止钢轨偏磨及外倾，图5为带有坡度的垫板的结构示意图。

图5 带有坡度的垫板结构示意

3 现场应用

2008年8月，百色工务段在南昆铁路K13+080～K13+580，K63+800 ～K64+200，K126+753 ～K128+103等三个曲线区段进行了热塑性弹性体垫板的试铺，经过1年零6个月的运用考核，列车通过总重达1 000万t，现场使用效果良好，钢轨磨耗和伤损情况明显改善，现场拆换垫板进行观测，垫板外观质量良好，厚度变化不足0.1 mm。