Technologie zur Bewertung der Alterung von Schienenpolstern und Methode zur Lebensdauervorhersage
Was sind die Kernparameter und Prüfmethoden für beschleunigte Alterungstests von Schienenbelägen?
Die Kernparameter für beschleunigte Alterungstests von Schienenpolstern umfassen vier Aspekte: Temperatur, Luftfeuchtigkeit, UV-Intensität und Testzeit. Durch die Anpassung dieser Parameter kann der Alterungsprozess unter verschiedenen klimatischen Umgebungen simuliert werden. Die Temperatur wird auf 60 bis 80 Grad geregelt. Höhere Temperaturen führen zu einer schnelleren Alterung und kürzeren Testzeiten. Zu hohe Temperaturen können jedoch den Alterungsmechanismus der Pads verändern und die Testergebnisse verfälschen. Die Luftfeuchtigkeit wird auf 80 % bis 90 % geregelt. Hohe Luftfeuchtigkeit beschleunigt die hydrolytische Alterung der Pads und eignet sich zur Simulation von Alterungsbedingungen in Bereichen mit hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit. Die UV-Intensität wird zwischen 0,7 und 1,0 W/m² geregelt. UV-Strahlung ist der Hauptfaktor für die photooxidative Alterung von Pads und eignet sich zur Simulation der Alterungsbedingungen von Eisenbahnstrecken im Freien. Die Testmethode verwendet eine Xenonlampen-Alterungstestkammer. Die Kissenproben werden in die Kammer gelegt und nach Einstellung der Kernparameter wird der Test kontinuierlich 1000–2000 Stunden lang durchgeführt. In regelmäßigen Abständen werden Proben entnommen, um den Elastizitätsmodul, die Härte und die Zugfestigkeit der Proben zu testen, und die Daten zur Leistungsänderung werden aufgezeichnet.
Was sind die Bewertungsindikatoren und Beurteilungskriterien für das Alterungsverhalten von Schienenpolstern?
Die Bewertungsindikatoren für die Alterungsleistung von Schienenpolstern umfassen vier Kernindikatoren: Änderungsrate des Elastizitätsmoduls, Änderungsrate der Härte, Beibehaltung der Zugfestigkeit und Grad der Oberflächenrissbildung. Jeder Indikator hat einen klaren Beurteilungsstandard. Eine Änderungsrate des Elastizitätsmoduls von weniger als oder gleich ±10 % wird als akzeptabel angesehen. Eine zu hohe Änderungsrate des Elastizitätsmoduls führt zu einer Verschlechterung der Vibrationsdämpfungsleistung des Pads und erfüllt nicht mehr die Anforderungen für den Einsatz auf der Rennstrecke. Eine Härteänderungsrate von weniger als oder gleich ±5 % gilt als akzeptabel. Eine erhöhte Härte führt zu einer verringerten Elastizität des Polsters, während eine verringerte Härte zu einer übermäßigen Verformung führt. Eine Beibehaltung der Zugfestigkeit von mehr als oder gleich 80 % gilt als akzeptabel. Eine geringe Beibehaltung der Zugfestigkeit weist auf eine starke Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften des Pads hin, wodurch es anfällig für Bruch ist. Der Grad der Oberflächenrissbildung wird anhand der Länge und Anzahl der Risse beurteilt. Risse mit einer Länge von weniger als oder gleich 2 mm und einer Anzahl von weniger als oder gleich 3 gelten als akzeptabel. Zu viele oder zu lange Risse führen zum Versagen des Pads. Die Bewertung muss alle vier Indikatoren umfassend berücksichtigen; Nur wenn alle Indikatoren den Standards entsprechen, kann das Alterungsverhalten des Pads als akzeptabel angesehen werden.
Welche Unterschiede gibt es in den Alterungsmechanismen von Schienenunterlagen aus unterschiedlichen Materialien?
Die Alterungsmechanismen von Bodenplatten aus unterschiedlichen Materialien unterscheiden sich deutlich. Die Hauptmaterialien sind Polyurethan, Gummi und EPDM-Gummi. Polyurethan-Pads altern hauptsächlich durch hydrolytische Alterung und photo-oxidative Alterung. Unter hydrolytischer Alterung versteht man den Bruch von Polyurethan-Molekülketten unter dem Einfluss von Wasser, was zu einem Leistungsabfall führt. Unter photo-oxidativer Alterung versteht man den oxidativen Abbau von Polyurethan-Molekülketten unter ultravioletter Strahlung, der zu Oberflächenpulverisierung und Rissbildung führt. Gummipolster altern hauptsächlich durch thermo-oxidative Alterung und Ermüdungsalterung. Unter thermo-oxidativer Alterung versteht man die Vernetzungsreaktion von Gummimolekülketten unter hoher Temperatur und Sauerstoff, wodurch der Gummi aushärtet und spröde wird. Unter Ermüdungsalterung versteht man die Bildung von Mikrorissen im Gummi bei wiederholter Belastung, die sich ausbreiten und zum Versagen des Bremsbelags führen. EPDM-Gummipolster altern hauptsächlich durch foto-oxidative Alterung. Während ihre Molekülstruktur stabil ist und sie eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Hydrolyse und thermooxidative Alterung aufweisen, unterliegen sie dennoch einem oxidativen Abbau unter ultravioletter Strahlung, was zu einem Leistungsabfall führt. Diese unterschiedlichen Alterungsmechanismen bestimmen die geeignete Umgebung für die Pads: Polyurethan-Pads eignen sich für trockene Bereiche, Gummi-Pads eignen sich für Bereiche mit niedrigen Temperaturen und EPDM-Gummi-Pads eignen sich für Bereiche mit hohen Temperaturen im Freien.
Welche Methoden und welchen Anwendungswert bietet die Erstellung eines Modells zur Vorhersage der Lebensdauer von Schienenpolstern?
Das Vorhersagemodell für die Lebensdauer von Schienenpolstern wird mithilfe der Methode „Testdaten für beschleunigte Alterung + lineare Regressionsanalyse“ erstellt. Zunächst werden beschleunigte Alterungstests durchgeführt, um Leistungsdaten der Pads zu verschiedenen Testzeiten zu erhalten, wie z. B. Elastizitätsmodul und Zugfestigkeit. Anschließend wird mit der Testzeit als unabhängiger Variable und Leistungsindikatoren als abhängiger Variable eine lineare Regressionsanalyse durchgeführt, um eine funktionale Beziehung zwischen Leistungsindikatoren und Zeit herzustellen. Anschließend wird basierend auf der Umrechnungsbeziehung zwischen beschleunigten Alterungstests und tatsächlichen Betriebsumgebungen die beschleunigte Testzeit mithilfe der Formel in tatsächliche Betriebszeit umgerechnet: tatsächliche Beschleunigung, wobei K der Beschleunigungsfaktor ist, der auf der Grundlage von Parametern wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit bestimmt wird. Abschließend wird anhand der Ausfallschwelle der Leistungsindikatoren die tatsächliche Lebensdauer des Pads berechnet. Der Anwendungswert des Lebensvorhersagemodells ist erheblich. Es kann den Betriebs- und Wartungsplan der Linie leiten, im Voraus Pläne für den Austausch von Pads formulieren und Linienfehler vermeiden, die durch Pad-Ausfälle verursacht werden. Gleichzeitig können Auswahl und Design der Belagmaterialien optimiert, die Lebensdauer der Beläge verbessert und die Betriebs- und Wartungskosten gesenkt werden.
Was sind die Austauschstrategien und wichtigsten Konstruktionspunkte für alternde Schienenpolster?
Die Austauschstrategie für gealterte Schienenpolster basiert auf einer Kombination aus „präventivem Austausch und zustandsbasiertem Austausch“. Unter vorbeugendem Austausch versteht man den Austausch der Bremsbeläge vor Erreichen ihrer vorgesehenen Lebensdauer, in der Regel sechs Monate im Voraus, basierend auf einem Lebensdauervorhersagemodell, um einen plötzlichen Leistungsabfall in späteren Betriebsphasen zu vermeiden. Der zustandsbasierte Austausch umfasst den rechtzeitigen Austausch von Bremsbelägen mit stark beeinträchtigter Leistung durch regelmäßige Inspektionen. Zu den Inspektionsindikatoren gehören Elastizitätsmodul, Härte und Oberflächenrisse; Wenn ein Indikator den Standard nicht erfüllt, ist ein Austausch erforderlich. Zu den wichtigsten Konstruktionspunkten gehören drei Hauptaspekte: Erstens müssen vor dem Bau Schmutz und Ölflecken auf der Schwellenoberfläche entfernt werden, um einen festen Sitz zwischen der neuen Unterlage und der Schwelle zu gewährleisten. Zweitens müssen beim Austausch Spezialwerkzeuge verwendet werden, um eine Beschädigung der Schienen und Befestigungselemente zu vermeiden. Und drittens muss nach dem Austausch die Vorspannung der Befestigungselemente angepasst werden, um sicherzustellen, dass sie den Gleisanforderungen entspricht. Nach dem Bau muss eine Gleisglätteprüfung durchgeführt werden und erst nach bestandener Prüfung darf die Strecke in Betrieb genommen werden.