Rajapadja elastsuse sobitamine on seotud raja siledusega
Millised on peamised erinevused elastsusmoodulis ja vananemiskindluses kolme rööbastee padjandite jaoks tavaliselt kasutatava materjali vahel: kumm, EVA ja polüuretaan?
Kolmel rööbastee padjanditeks tavaliselt kasutataval materjalil -kummist, EVA-st ja polüuretaanist- on olulisi erinevusi elastsusmoodulis ja vananemiskindluses. Mis puutub elastsusmoodulisse, siis kummipatjade elastsusmoodul on 0,8-1,5 MPa, millel on suurepärane elastsuse taastumine ja need neelavad tõhusalt-kõrgsageduslikke vibratsioone, pakkudes parimat pehmendusefekti. EVA-patjadel on veidi kõrgem elastsusmoodul 1,2-2,0 MPa, pakkudes head elastset stabiilsust ja vähem vastuvõtlikkust temperatuurimuutustele. Polüuretaanpatjadel on kõrgeim elastsusmoodul, mis ulatub 2,5–4,0 MPa-ni, millel on kõrge jäikus ja suurepärane kandevõime. Vananemiskindluse osas on kummipadjad ultraviolettvalguse ja hapniku toimel altid lagunemisele. Tavaliste looduslike kummipatjade vananemiskindlus on umbes 5-8 aastat, modifitseeritud neopreenkummi oma võib pikendada üle 10 aasta. Tänu oma stabiilsele molekulaarstruktuurile on EVA-padjadel parem ilmastikukindlus kui tavalisel kummil, nende jõudluse muutused keskkonnas vahemikus -40 kraadi kuni 60 kraadi on minimaalsed ja vananemiskindlus on 12-15 aastat. Polüuretaanpatjadel on parim vananemiskindlus; nende molekulaarsed ahelad sisaldavad tugevalt polaarseid rühmi, tagades tugeva vastupidavuse ultraviolettvalgusele ja keemilisele korrosioonile. Karmides keskkondades võib nende vananemiskindlus ületada 20 aastat ning nad on vähem altid pragunemisele, kõvenemisele ja muudele vananemisnähtustele. Need erinevused võimaldavad kohandada kolme materjali erinevate kliima- ja rajanõuetega.
Kuidas mõjutab rööpapadja jäikuse valik rööbastee vertikaalset nihet ja ratta{0}}rööpa dünaamilist koormust?
Rööpapadja jäikuse valik mõjutab oluliselt rööbastee vertikaalset nihet ja ratta{0}}rööpa dünaamilist koormust; need kaks on pöördvõrdelises seoses. Kui rööpapadja jäikus on liiga madal, tekitab see ratta-rööpakoormuse all suure vertikaalse nihke. Kuigi see võib tõhusalt puhverdada vibratsiooni ja vähendada hetkelist kokkupõrget ratta ja rööpa vahel, suurendab liigne nihe rööpa vertikaalset amplituudi, mõjutades rööbastee sujuvust. Pikaajaline{5}}kasutus võib põhjustada selliseid probleeme nagu toetamata liiprid ja ballastikihi tiheduse vähenemine. Kui rööbastee padjandi jäikus on liiga kõrge, väheneb vertikaalne nihe oluliselt ja rööbastee geomeetria on stabiilsem. Puhverdusvõime aga nõrgeneb ning ratta ja rööpa dünaamiline koormus suureneb oluliselt. See kiirendab rööbaste ja rataste kulumist ning samal ajal allutab liiprid ja ballastivoodi suuremale löögijõule, lühendades nende kasutusiga. Sobiv jäikuse valik tuleb kohandada vastavalt rööbastee teljekoormusele ja kiirusele. Näiteks kiire{11}}raudtee väikese teljekoormuse ja suure kiirusega nõuab nihke ja dünaamilise koormuse tasakaalustamiseks mõõduka jäikusega (15-25 kN/mm) rööbasteepadja; raskeveoraudtee oma suure teljekoormusega vajab vertikaalnihke kontrollimiseks ja rööbastee liigse deformatsiooni vältimiseks suurema jäikusega (25–35 kN/mm) rööbasteepadjandit; tavaraudteel saab puhverdusefekti eelistamiseks kasutada madalama jäikusega (10-20 kN/mm) rööbasteepadju.
Millised on ranged nõuded rööbasteede tasasuse ja paksuse hälbele -kiirraudteeliinidel? Miks on need nõuded nii karmid?
Kiir{0}}raudteeliinidel on rööbasteede tasasuse ja paksuse hälbe suhtes äärmiselt ranged nõuded. Tasasuse hälvet tuleb kontrollida 0,1 mm/m piires ja paksuse hälbe vahemik on ±0,2 mm, mis ületab tunduvalt tavaraudtee nõudeid. Need ranged nõuded tulenevad kiirrongide tööomadustest:-kiirrongid sõidavad suurtel kiirustel ning rataste ja rööbaste vaheline dünaamiline reaktsioon on äärmiselt tundlik. Rööpapatjade ebapiisav tasapinnalisus võib rööpa tugipinnal tekitada väikseid kõrguste erinevusi, mille tulemuseks on ebaühtlane kohalik pinge rööbastele. See põhjustab rongi möödumisel perioodilisi ratta{9}}rööpa lööke, mis mõjutab sõidu stabiilsust ja võib põhjustada rööbastee vibratsioonihäireid. Liigne paksuse kõrvalekalded põhjustavad sama lõigu erinevate rööpapatjade ebaühtlast jäikust, mis põhjustab rööbaste asünkroonset vertikaalset nihkumist koormuse all. See häirib üldist rööbastee sujuvust, avaldab rongi rattapaaridele täiendavat dünaamilist koormust ning suurendab rataste{12}}rööpa kulumist ja rööbastee struktuuri väsimuskahjustusi. Lisaks esitavad kiirrongid reisijate mugavusele väga kõrged nõuded; isegi väikesed kõrvalekalded rööpapadjandites võimenduvad vaguni sees, mõjutades reisijate kogemust. Samal ajal on ranged mõõtmete nõuded üliolulised, et tagada tihe sobivus rööpapatjade ning siinide ja liiprite vahel, vältides lünki, mis võivad põhjustada liigset kohalikku pinget ja enneaegset riket.
Milliseid jõudlusprobleeme võib rööpapadjakeste korral madalal{0}}temperatuuril esineda? Kuidas saab neid probleeme materiaalsete täiustuste abil lahendada?
Rööpapadjad on madalal{0}}temperatuurilises keskkonnas (alla -20 kraadi) altid kolmele suurele jõudlusprobleemile: elastsuse halvenemine, suurenenud rabedus ja mõõtmete kokkutõmbumine. Elastsuse halvenemine viib padja amortisatsioonivõime vähenemiseni ja ratta{5}}rööpa dünaamilise koormuse suurenemiseni; suurenenud rabedus muudab padja vibratsiooni ja löökide mõjul pragunemiseks ja purunemiseks; mõõtmete kokkutõmbumine võib põhjustada lünki padja ja liipri vahel, mis mõjutab toe stabiilsust. Neid probleeme saab tõhusalt lahendada materjalide täiustamisega: kummipatjade jaoks võib osa loodusliku kautšuki asendamiseks lisada tugeva külmakindlusega nitriilkummi või silikoonkummi, samas kui molekulaarse ahela paindlikkuse parandamiseks ja klaasistumistemperatuuri alandamiseks saab lisada plastifikaatoreid, et padjake säiliks hea elastsus ka madalatel temperatuuridel; EVA-patjade puhul saab madalal temperatuuril -haprust parandada, reguleerides etüleeni ja vinüülatsetaadi suhet, suurendades vinüülatsetaadi sisaldust või lisades elastomeerseid modifikaatoreid; polüuretaanpatjade puhul saab kasutada kopolümerisatsiooni modifitseerimistehnoloogiat, et viia molekulaarsesse ahelasse paindlikud segmendid, nagu polüeeterpolüoolid, et parandada elastset taastumist madalatel temperatuuridel, samas kui antifriisi ja antioksüdante saab lisada, et pidurdada madalal temperatuuril vananemist ja jõudluse halvenemist. Lisaks võib materjali pinnale madala temperatuurikindla katte kandmine vähendada madalate temperatuuride mõju rööpapatjade pinnaomadustele ja pikendada nende kasutusiga.
Millised on rööpapatjade vananemise ja rikke astmelised mõjud rööbastee struktuurile ja rongi tööle? Kuidas teha kindlaks, kas asendamine on vajalik?
Rööpapadjandite vananemine ja rike võivad vallandada mitmeid kaskaadprobleeme nii rööbastee struktuuris kui ka rongi töös. Rööbastee struktuuri puhul võimaldab vananemisest põhjustatud elastne lagunemine ratta{1}}rööpa koormuse otse liipritele ja ballastile üle kanda, suurendades liiprite pragunemist ja ballastiosakeste peenestamist. Samal ajal võib patjade kõvenemine või kahjustamine põhjustada ebatasasusi rööpa tugipunktides, mis toob kaasa kõrvalekaldeid rööbastee geomeetrias ja suurendab rööpa kahjustamise ohtu. Rongi käitamise puhul suurendab amortisatsioonijõudlus rataste{4}}dünaamilist koormust ja rongi vibratsiooni, vähendades sõidumugavust ja kiirendades selliste komponentide kulumist nagu pöördvankrid, suurendades seadmete hoolduskulusid. Rasketel juhtudel võivad ebaõnnestunud padjandite tekitatud tugivahed põhjustada rööbastee hetkelise ebastabiilsuse, mis ohustab rongi ohutust. Padja asendamise otsus peaks põhinema visuaalse kontrolli ja jõudluskontrolli kombinatsioonil: visuaalselt, kui padjal on ilmsed praod, kõvenemine, paksuse vähenemine üle 10% või katkised või eraldunud servad, tuleks see kohe välja vahetada; jõudluse osas tuleks amortisatsiooni jõudlust testida kukkumisvasara testiga. Kui löögi neeldumismäär langeb alla 60% algväärtusest või kui kohapeal mõõdetud padja jäikuse hälve ületab 30% kavandatud väärtusest, tuleks alustada partii asendamist.