超高分子量聚乙烯在小阻力扣件系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、株洲時代新材料科技股份有限公司 彈性元件事業(yè)本部開發(fā)中心 電話：(86)731-22837864株洲市天元區(qū)海天路18號 傳真：(86)731-22837902郵編：412007 Email：Suguoying超高分子量聚乙烯在小阻力扣件系統(tǒng)中的應(yīng)用宿國英 鄧嬌 劉剛株洲時代新材料科技股份有限公司 湖南省株洲市 412007摘要：超高分子量聚乙烯作為高架線小阻力扣件系統(tǒng)中的軌下墊板，是新型材料在軌道交通中的一種成功應(yīng)用，它可以提供足夠小的摩擦系數(shù)，強度高,耐磨性好,質(zhì)量輕，造價低，免維護，使用壽命長，具有很好的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：高架線 小阻力扣件系統(tǒng) 超高分子量聚乙烯 軌下墊板 縱向阻力第 4

2、 頁 共4 頁一、引論軌道交通高架線無碴軌道鋪設(shè)無縫線路，當溫度變化或橋梁承受機車車輛荷載產(chǎn)生撓曲時，橋面與鋪設(shè)于其上的焊接長鋼軌要發(fā)生相對位移，鋼軌要縱向移動，必須克服鋼軌與扣壓件及鋼軌與軌下膠墊間的摩擦阻力。阻力越大，橋面與鋼軌之間的相互作用力越大。減小這種阻力，可使橋墩受力減小，從而降低橋梁工程造價。減小這種相互作用力的有效方法是減小扣件阻力，日本山陽新干線橋上板式軌道就是采用這種辦法。我國以往在普通鐵路橋上采取的辦法是扣件松緊搭配，即每隔若干軌枕布置扣緊的扣件，其它軌枕采用零扣壓力或扣壓力極小的扣件。這種方式使扣件類型繁多，運營中扣件受力往往不均。而小阻力扣件系統(tǒng)采用同一種較低阻力的扣

3、件，可以保證每個扣件受力較均勻。減小彈條的扣壓力，降低軌下墊板的摩擦系數(shù)，是實現(xiàn)高架橋上扣件系統(tǒng)低阻力的關(guān)鍵。二、超高分子量聚乙烯軌下墊板我國軌下墊板的形式常采用橡膠墊板，為減小摩擦力，也常采用橡膠墊板上粘貼不銹鋼板的復合膠墊。超高分子量聚乙烯(簡稱UHMWPE)是一種耐磨性很好的熱塑性工程塑料，因為它的摩擦因數(shù)很低，僅為0.050.11，所以作者在2005年將它壓制成軌下墊板進行試驗。結(jié)合軌下墊板的實際使用環(huán)境和受力情況，作者選用了分子量200萬的材料將其壓制成軌下墊板，其物理性能如表1。UHMWPE軌下墊板的結(jié)構(gòu)示意如圖1。 墊板中間的光滑平板部分為承軌面，兩側(cè)凹槽為放置軌距塊而設(shè)計，A值

4、限定的凹槽用于卡住減振器的鐵座，限制墊板的左右及沿軌向的移動；B值根據(jù)軌距塊的尺寸來設(shè)定；尺寸168是UIC60軌使用軌距塊時的尺寸。墊板表面光滑平整。我們對其進行了大量的試驗并在試驗成功后將其應(yīng)用于線路。表1 項目單位數(shù)值分子量1025050密度g/cm30.935-0.940熔點130136吸水率%0.01顆粒度(過20目)%98熱變型溫度（0.46mpa)85表觀密度g/cm30.35懸臂梁沖擊強度（缺口）Kg/m不斷裂簡支梁沖擊強度Kg/m295拉伸斷裂強度MPa32拉伸斷裂伸長率%300圖1 UHMWPE軌下墊板的結(jié)構(gòu)示意圖三、試驗情況1、縱向阻力試驗在扣壓件的扣壓力相同及扣壓件和鋼

5、軌的接觸情況相同時，鋼軌軌底和軌下墊板的摩擦系數(shù)可以通過系統(tǒng)的縱向阻力試驗來體現(xiàn)。鋼軌扣件系統(tǒng)的縱向阻力試驗按照EN13146-1:2002進行。我們使用深圳地鐵3號線使用的“科隆蛋”軌道減振器扣件系統(tǒng)，扣壓件采用扣壓力為（67）KN的小阻力彈條（扣壓力按照EN13146-7測定）。軌下墊板分別采用了超高分子量聚乙烯、粘有不銹鋼板的復合墊板和橡膠，每種材料選兩件樣品，下稱樣品1和樣品2。圖2 縱向阻力試驗組裝圖將約500mm長短鋼軌用扣件組裝在減振器承軌臺上，減振器用螺栓在試驗臺上固定（圖2）。對鋼軌施加縱向拉力，記錄荷載及鋼軌相對于軌枕的縱向位移。當鋼軌滑移時卸載。從荷載-位移曲線（圖3）上

6、可得出產(chǎn)生非彈性位移之前鋼軌所承受的最大縱向力。圖3 縱向阻力試驗荷載-位移曲線三種不同材料的墊板縱向阻力（每組扣件）試驗結(jié)果見表2。表2墊板材料UHMWPE 復合墊板橡膠縱向阻力樣品13.605.929.83樣品23.965.4410.64深圳3號線小阻力扣件系統(tǒng)的縱向阻力設(shè)計值為（34）KN/組扣件，從表中的分析可以看出，僅UHMWPE墊板可以滿足使用要求。復合墊板的摩擦力也較小，因此，它在很多線路上有大量的應(yīng)用。2、疲勞試驗為保證墊板在系統(tǒng)組裝情況下的性能和耐久性，保證運行的安全，我們對其進行了組裝疲勞試驗（圖4）。圖4 產(chǎn)品組裝疲勞試驗鋼軌扣件系統(tǒng)的組裝試驗按照EN13146-4:20

7、02進行。垂向載荷840KN，橫向載荷為垂向載荷的0.5倍，300萬次循環(huán)加載，加載頻率（35）HZ，扣件系統(tǒng)的各個部件均未損壞。軌底橫向移動量不大于2.5，軌距擴張單邊（即軌頭移動）不超過4。完全復合設(shè)計的要求。四、實際應(yīng)用狀況UHMWPE用于高架橋，作為軌下墊板使用，在國內(nèi)最早是北京地鐵5號線，此線路自2007年10月開通至今，運行狀況良好，軌下墊板未發(fā)現(xiàn)磨損。2008年建設(shè)的深圳地鐵3號線也大量采用了這種墊板，現(xiàn)在正在修建的北京地鐵大興線、亦莊線、昌平線等的高架橋路段也已經(jīng)確定了采用這種結(jié)構(gòu)。五、社會效益與經(jīng)濟效益UHMWPE軌下墊板與大量在小阻力扣件系統(tǒng)中使用的復合墊板相比，除了摩擦系

8、數(shù)較小外，其他方面特點對比如表3：表3UHMWPE墊板復合墊板UHMWPE墊板優(yōu)點質(zhì)量約0.2 Kg /件約0.7 Kg/件質(zhì)量小，便于運輸安裝，節(jié)省人力物力價格約10元/件約35元/件價格低結(jié)構(gòu)一次整體成型，有很好的耐應(yīng)力開裂性橡膠和不銹鋼板硫化，受工藝和受力影響，兩者容易分開結(jié)構(gòu)簡單，受力不會開裂，使用壽命長工藝模壓成型需要硫化工藝簡單，生產(chǎn)周期較短防腐耐水、耐油耐化學腐蝕很多橡膠配方浸油后體積會膨脹免維護，使用壽命長疲勞有良好的耐高溫蠕變性和抗疲勞性日曬后橡膠容易老化，且反復受力會產(chǎn)生蠕變耐久性好，不需更換此外，超高分子量聚乙烯還有極好的耐磨性，突出的抗沖擊性、自潤滑性、噪音阻尼性、耐核

9、輻射性等。它無毒、無味，其制品已經(jīng)可以代替碳鋼、不銹鋼、青銅等材料用于紡織、食品機械、運輸、醫(yī)療等部門 ，并且正逐步顯示出它的優(yōu)越性。綜上，使用超高分子量聚乙烯作為軌下墊板可以達到更好的使用性能且有很多優(yōu)異的特點，近年來，隨著超高分子量聚乙烯加工技術(shù)的不斷發(fā)展，相信它作為軌下墊板使用有很好的前景。六、參考文獻1肖俊恒 趙汝康 杜功立. 高架橋無碴軌道用小阻力彈性扣件的設(shè)計研究J.鐵道建筑，2002年09期，1821頁.2劉尚溫. 鋼橋鋪設(shè)無縫線路為什么要用K型扣件,且有緊有松J.鐵道建筑,1983年04期.3田品華,程振廷.武漢軌道交通1號線一期工程車站及高架線設(shè)計J.現(xiàn)代城市軌道交通,2004年05期,2628頁.4李桂保,張建峰.我國重載鐵路使用熱塑性彈性體軌下墊板的探討J.鐵道建筑,2007年10期,8284頁.5蔡成標,翟婉明,王其昌.高速列車與高架橋上無碴軌道相互作用研究J.