高速铁路的建设,对轨距块提出了新要———如何让轨距块更耐压、更抗冲?
华侨大学携手泉州本土企业共同攻克了这一难关。他们通过聚合物原位增强增韧的方法改性尼龙6,制备出铁路用加强型绝缘轨距块产品。这种新型的轨距块具有很高的抗压缩及弯曲强度,在正常冲态下,可承受380万次冲击,最高冲击数可达410万。这是目前国内同类型加强型绝缘轨距块中强度最高的。
据了解,该相关技术已获多项发明专利授权。
高铁对轨距块有新要求
泉州企业福建昂牛集团长期为我国铁路建设提供紧固扣件材料。轨距块是铁轨铺设中常用的紧固扣件之一,用于保持轨距,防止轨底在横向力作用下发生横向位移,轨距扩大。
当普通铁路提速到高速铁路时,原先使用的轨距块露怯了———在列车提速试验中不断出现破裂、翘头、弯曲变形等问题,无法保证提速后列车正常行驶。究其原因,轨距块由橡胶制成,在使用中很容易产生压缩曲折、断裂,特别是在夏天高温期,轨距块受热变软,产生形变,产品的使用效果大为降低。列车提速后,由高速运动所带来的冲击力十分惊人。特别是在山区小半径曲线和直线大半径上的提速,试想一下,以目前高速列车平均时速200公里的运行速度,进行弯道变线时,对铁轨造成的横向作用力会对铁轨造成多大的冲击和破坏。在这种情况下,如果轨距块的强度不够,那铁轨就很容易发生位移变形,对铁道安全造成极大隐患。
昂牛集团亟需寻找一种高强度新材料来进行替代。他们最后找上了华侨大学材料科学与工程学院。
尼龙也能用在铁轨上
“高速铁路要求轨距块的制造材料能做到又刚又韧,刚则易折,韧易变形,刚柔如何并济,最后我们将视线放在尼龙6材料的改性上。”华侨大学材料科学与工程学院副院长林志勇教授说。
提到尼龙,人们可能第一个印象就是纺织品、服装。但您可能不知道,尼龙与其他聚合物共混后,其强度、耐磨性等大大加强,广泛用作金属、木材等传统材料代用品。尼龙已成为目前最重要的工程塑料,产量在五大通用工程塑料中居首位。而尼龙6又是尼龙的主要品种,占绝对主导地位。
林志勇教授介绍,国外一些先进国家早在20世纪70年代就开始将改性尼龙工程塑料应用在铁路轨道用的紧固件中。目前改性尼龙工程塑料已经广泛地应用到了轨距块、挡板座和套筒等紧固件中。尼龙用于高速铁路上,可以有效解决机车抖动、噪音大的问题,并能确保轴距稳定,减少维修次数,特别是它具有优良的抗振性,对保障高速铁路机车的平稳运行至关重要。与金属部件比,尼龙部件有质轻、防锈、抗振、抗冲击、长期热稳定性和绝缘性好,而且流动性高、加工性能优异,设计灵活性大,易于实现部件一体化,减少了部件数和组装工序,提高了安装效率,易维修。
而由林志勇教授领导的研发团队,则在尼龙6的基础上进一步改进,通过聚合物原位增强增韧的方法改性尼龙6,制备出高性能的弹条IIIb型扣件加强型绝缘轨距块产品。
据了解,该相关技术已获多项发明专利授权。
新型轨距块有高强度
这种用新材料制作出来的轨距块有何新性能呢?
林志勇教授说,新型轨距块受压面积大,具有很高的抗压缩及弯曲强度,又能有效地保护靠预埋铁座侧棱及该侧棱两端挡肩,使其免受损坏,提高产品使用寿命,同时也能防止绝缘轨距块体被钢轨挤压、损坏,减少钢轨受热升温对轨距块的破坏。据了解,正常冲态下,新型轨距块可承受380万次冲击,最高冲击数可达410万。这是目前国内同类型加强型绝缘轨距块中强度最高的。
可别小看这耐冲击性,以往普通轨距块只能承受差不多200万次的冲击,现在这一数值提升了1倍,这意味着新型轨距块能承受更高速的列车运行冲击,其使用寿命也就得到了极大延长。
“一旦轨距块变形,没有及时更换,很容易造成铁路交通事故。但更换轨距块往往要花费大量的人力物力,新材料延长了轨距块的使用寿命,每年就可为铁路维护节省下大笔经费。”据林志勇教授介绍,目前这种新型轨距块已经投人规模生产,并在我国西南铁路线上得到了大面积应用。据成都铁路局传回来的使用情况表明,在长时间使用后,加强型轨距块没有出现破裂、翘头、弯曲变形等问题,使用效果很好,而且使用寿命可提高4倍以上。
此外,经济效益分析表明,采用新型轨距块,在小半径曲线上每公里可节省材料费1.2万元以上,节约修费用约5000元,具有明显的经济效益。
按照铁道部提出的最新规划,2010~2012年,我国新建线投产达2.6万公里,其中客运专线9200公里。目前我国铁路规划建设配套用尼龙工程塑料量每公里7吨以上,仅紧固扣件一项每公里就要用到5000套。可以预见,新型轨距块的应用空间十分广阔。
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