Dinamička krutost Frekvencijske karakteristike podmetača tračnica i-kontrola vibracija tračnica
Koja je razlika između dinamičke krutosti i statičke krutosti pod-podmetača tračnica i zašto je dinamička krutost više važna u inženjerskim primjenama?
Statička krutost podloška ispod{0}}šine mjeri se pod polaganim opterećenjima, primarno odražavajući statičku kompresiju materijala. Dinamička krutost, međutim, mjeri se pod cikličkim izmjeničnim opterećenjima (vibracije) i odražava otpornost materijala u dinamičkim radnim uvjetima. Osnovna razlika leži u brzini opterećenja i gubitku energije; dinamička krutost obično je 30%-80% veća od statičke krutosti. U inženjerskim primjenama rad vlaka predstavlja tipično dinamičko opterećenje, a podloga je uvijek pod klipnom kompresijom visoke-frekventnosti. Statička krutost ne može stvarno odražavati izvedbu jastučića u stvarnom radu. Odabir podmetača koji se temelji isključivo na statičkoj krutosti može podcijeniti njegovu krutost u stvarnim dinamičkim uvjetima, što dovodi do pretjerano krute ukupne strukture gusjenice i slabog smanjenja vibracija. Stoga dinamička krutost mora biti ključni pokazatelj za dizajn i odabir kako bi se osiguralo da izvedba jastučića zadovoljava zahtjeve u vibrirajućem okruženju.
Zašto je stopa rasta dinamičke krutosti poliuretanskih jastučića obično manja nego kod gumenih jastučića?
Niža dinamička stopa rasta krutosti poliuretanskih jastučića u usporedbi s gumenim jastučićima proizlazi iz njihove različite molekularne strukture i viskoelastičnih svojstava. Gumeni materijali pokazuju veliki gubitak unutarnjeg trenja. Kako se frekvencija vibracija povećava, kretanje gumenih molekularnih lanaca zaostaje za promjenama opterećenja, pogoršavajući unutarnje molekularno trenje i uzrokujući nagli porast dinamičke krutosti. Nasuprot tome, poliuretanski molekularni lanci su fleksibilniji i imaju bolju sposobnost rasipanja energije. Pod visoko-frekventnim opterećenjima, molekularni lanci mogu reagirati i deformirati se brže, što rezultira relativno stabilnim gubitkom unutarnjeg trenja. Osim toga, poliuretan ima nižu temperaturu staklastog prijelaza, ostaje u vrlo elastičnom stanju na sobnoj temperaturi i manje je podložan promjenama frekvencije. Ova karakteristika čini poliuretanske jastučiće stabilnijima u krutosti u širokom frekvencijskom rasponu, što ih čini idealnim za-brze željeznice i preciznu konstrukciju tračnica sa strogim zahtjevima za smanjenje vibracija.
Kakve učinke ima pretjerano visoka ili niska dinamička krutost ispod-podmetača tračnice na vibracije kotača-tračnice?
Pretjerano visoka dinamička krutost čini cjelokupnu strukturu staze previše "krutom", smanjujući njenu sposobnost apsorpcije udaraca. Tijekom rada vlaka, udarne vibracije između kotača i tračnice ne mogu se učinkovito apsorbirati, a većina energije prenosi se na pragove, stazu i konstrukcije mosta, pogoršavajući strukturalne vibracije i skraćujući radni vijek komponenti. Istodobno, velika krutost povećava kontaktno naprezanje kotača-tračnice, izazivajući valovitost tračnice i pljosnate kotače. Nasuprot tome, preniska dinamička krutost čini kolosijek previše "mekanim", uzrokujući pretjerano slijeganje tračnice pod opterećenjem, što narušava geometrijsku glatkoću kolosijeka. Pretjerano slijeganje mijenja kontaktnu točku kotača-tračnice, stvarajući dodatne vibracije i buku. U teškim slučajevima može utjecati na stabilnost vožnje vlaka i povećati rizik od iskliznuća. Stoga se dinamička krutost mora kontrolirati unutar razumnog raspona kako bi se uravnotežila kontrola vibracija i stabilnost kolosijeka.
Kako se zahtjevi za frekvencijske karakteristike dinamičke krutosti podloške ispod tračnice razlikuju u različitim klasama brzine pruge?
Različite klase brzine pruge odgovaraju različitim dominantnim frekvencijama vibracija kotača-tračnice, što dovodi do različitih zahtjeva za frekvencijske karakteristike dinamičke krutosti podloge. Za obične-brzine pruge ispod 120 km/h, dominantna frekvencija vibracija je niska (10-50 Hz). Jastučići moraju imati nisku dinamičku krutost pri niskim frekvencijama kako bi učinkovito apsorbirali udare kotača-tračnice. Za -brze željeznice od 200-350 km/h, vlakovi voze glatko, a dominantna frekvencija vibracija je viša (50-150 Hz). Jastučići moraju održavati stabilnu dinamičku krutost u srednjem do visokom frekvencijskom rasponu, sa stopom rasta koja ne prelazi 50%, kako bi se izbjegle nagle promjene u krutosti tračnica. Za gradski željeznički prijevoz (podzemne željeznice), karakteriziran brojnim zavojima i okruženjima zatvorenih tunela, frekvencije vibracija su široke, a kontrola buke je kritična. Kompozitni jastučići s optimalnim frekvencijskim karakteristikama neophodni su kako bi se osigurala izvrsna redukcija vibracija i buke u cijelom frekvencijskom spektru.
Kako se stabilnost frekvencije dinamičke krutosti može poboljšati optimizacijom formulacije jastučića?
Poboljšanje frekvencijske stabilnosti dinamičke krutosti podloške ispod tračnice primarno se postiže optimizacijom gumenih ili poliuretanskih formulacija. Prvo, dodavanje odgovarajuće količineplastifikatoripovećava fleksibilnost molekularnog lanca, smanjuje unutarnje trenje i minimizira povećanje dinamičke krutosti s frekvencijom. Drugi,tehnologija modifikacije punilakoristi aktivni kalcijev karbonat ili punila čađe, ravnomjerno raspršena u materijalu matrice, kako bi se ograničilo prekomjerno kretanje molekularnog lanca i poboljšala strukturna stabilnost na visokim frekvencijama. Dodatno,modifikacija miješanjakombinira dva ili više polimera kako bi se iskoristile njihove prednosti-na primjer, kombinirajući visoku elastičnost gume s niskom frekvencijskom ovisnošću poliuretana kako bi se stvorio kompozitni materijal vrhunske izvedbe. Konačno, prilagodbapostupak vulkanizacijeparametri za kontrolu-gustoće unakrsnog povezivanja i stvaranje racionalnije strukture molekularne mreže ključna su metoda za optimizaciju frekvencijskih karakteristika.