Tà vẹt đường sắt bằng vật liệu mới composite
Một loại tà vẹt composite mới
-
Đặc trưng của tà vẹt composite
Tà vẹt composite có thể dùng để đỡ đường ray xe lửa. Vật liệu lõi bên trong của tà vẹt là vật liệu composite gỗ-nhựa. Sợi thủy tinh tổng hợp được gia cường nhựa polyester chưa bão hòa được quấn quanh lõi tạo nên composite gỗ-nhựa. Bề mặt xử lý chất kết dính và vải đa trục sợi thủy tinh tẩm nhựa polyurethane và sợi thủy tinh được bọc, và lớp ngoài được gia cố bằng vải sợi thủy tinh đa trục và vật liệu nhựa không tạo bọt. Mô hình tiện ích này giúp tiết kiệm đáng kể việc sử dụng nhựa polyurethane, giảm chi phí, tránh hư hỏng do cắt giữa các lớp khi tà vẹt bị uốn cong dưới tác dụng của lực và giải quyết hiệu quả vấn đề của tà vẹt composite polyurethane và đá dăm (sỏi). Vấn đề mài mòn. do ma sát, tuổi thọ của nó được kéo dài rất nhiều. Ngoài ra còn có đặc tính hấp thụ tiếng ồn và giảm xóc tốt.
Hình ảnh ( 1 )
Phát minh bởi
Kỹ sư: Chu Văn Kỳ
- Miêu tả chi tiết:
Một loại tà vẹt composite mới
Lĩnh vực kỹ thuật
Mô hình tiện ích liên quan đến lĩnh vực vật liệu composite và đặc biệt phù hợp với tà vẹt composite hỗ trợ đường ray trong các tuyến đường sắt.
Kỹ thuật nền
Chức năng của tà vẹt là hỗ trợ đường ray và duy trì hình dạng hình học như khổ đường, độ cao, chiều cao và hướng giữa hai hoặc nhiều dải đường ray thông qua các bộ phận được kết nối với nhau và các tải trọng khác nhau do đường ray chịu được phân bổ đều trên đường ray giường. về cơ bản. Do đó, tà vẹt phải chắc chắn, bền bỉ và đàn hồi.
Trong các dự án xây dựng đường sắt, gỗ, bê tông cốt thép, thép và vật liệu composite thường được sử dụng làm vật liệu tà vẹt để đỡ đường ray.
- Chúng ta cùng tìm hiểu phân tích các loại tà vẹt đang được sử dụng hiện nay, so sánh ưu nhược điểm
- Tà vẹt gỗ truyền thống
Tà vẹt gỗ được biết đến được sử dụng rộng rãi ở các khu vực đặc biệt như cầu, công tắc do có độ đàn hồi tốt, dễ gia công và sử dụng thuận tiện. Tuy nhiên, do chất liệu sử dụng nên độ bền và độ bền của tà vẹt gỗ không đồng đều sẽ làm tăng hiệu ứng động của bánh xe và ray, khiến tuổi thọ của tà vẹt gỗ bị rút ngắn. Chịu ảnh hưởng của môi trường, khí hậu trong điều kiện ngoài trời, tà vẹt gỗ rất dễ bị lão hóa, mục nát, nứt nẻ, một khi lớp chống ăn mòn của tà vẹt gỗ trong quá trình thi công bị hư hỏng thì hiện tượng lão hóa, mục nát này sẽ trầm trọng hơn đáng kể. Dưới tác động và lăn của tải trọng tàu dài hạn dễ gây mòn cơ học tà vẹt gỗ, tuổi thọ sử dụng bị rút ngắn, độ đàn hồi không đồng đều. Các lỗ đinh trên tà vẹt gỗ sẽ bị lỏng do sử dụng lâu ngày, khả năng giữ đinh sẽ giảm, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn cho người lái xe. Ngoài ra, nguồn tài nguyên gỗ chất lượng cao tương đối khan hiếm, nguồn cung nguyên liệu gỗ ngày càng giảm và ngày càng không phù hợp với yêu cầu bảo vệ môi trường, bảo vệ sinh thái.
- Tà vẹt bê tông cốt thép
Tà vẹt bê tông cốt thép cũng là loại tà vẹt được sử dụng phổ biến, khắc phục được những khuyết điểm của tà vẹt gỗ, có đặc tính tuổi thọ cao và ổn định tốt, tuy nhiên do loại tà vẹt này có độ cứng cao nên độ đàn hồi kém, khả năng giảm âm và giảm tiếng ồn. Hiệu quả hấp thụ chấn động còn kém, kém, sau một thời gian sử dụng dễ xảy ra các vết nứt, ảnh hưởng đến việc vận hành an toàn của đường sắt.
Tà vẹt thép nặng và cồng kềnh hơn nhiều so với tà vẹt gỗ nên việc lắp đặt, bảo trì và vận chuyển trở nên bất tiện. Hơn nữa, giá thành sản xuất tà vẹt thép rất cao và không thể sử dụng rộng dãi. Ma sát giữa mặt đường và tàu tạo ra nhiều tiếng ồn.
Ngoài ra, do đặc tính cách nhiệt của tà vẹt bê tông và tà vẹt thép tương đối kém nên tà vẹt bê tông cốt thép và thép cần có lớp cách nhiệt thứ cấp trong quá trình sử dụng, đặc biệt trong đường dây điện khí hóa, yêu cầu cách nhiệt cao hơn. Ngoài ra, một lượng lớn CO 2 được thải ra trong quá trình chuẩn bị nguyên liệu xi măng và thanh thép … Theo báo cáo, lượng CO 2 thải ra trong quá trình chuẩn bị xi măng và thanh thép gấp 10 lần và 200 lần so với tà vẹt gỗ tương ứng, gây ô nhiễm môi trường và không phù hợp với bảo vệ môi trường và yêu cầu Carbon thấp.
- Tà vẹt composite
Với sự phát triển của công nghệ, tà vẹt composite đã trở thành tà vẹt mới nổi, đặc biệt là tà vẹt composite polyurethane gia cố bằng sợi thủy tinh, có độ đàn hồi tốt, cải thiện đáng kể độ đàn hồi tổng thể của kết cấu đường ray và giảm tác động rung động của tàu lên nền đường và tiếng ồn. ô nhiễm môi trường; nó có hiệu suất cách nhiệt tốt và sẽ không có bất kỳ tác động nào đến mạch đường ray, đảm bảo vận hành an toàn của tàu; nó cũng có các đặc tính tuyệt vời về khả năng chống thủy phân, chống dầu mỡ và khả năng chống chịu thời tiết độc đáo trong môi trường phong hóa.
Sau thời gian đầu tư nghiên cứu vật liệu composite, các nước trên thế giới như Trung Quốc, Nhật Bản… đứng đầu về nghành đường sắt, kỹ sư Chu Văn Kỳ công ty Đại Phát giới thiệu tà vẹt composite polyurethane được gia cố bằng sợi thủy tinh, nhược điểm chính của nó là chi phí sản xuất cao, hạn chế ứng dụng phổ biến, hiện chỉ được sử dụng trong các khu vực đặc biệt như giao lộ đường ray và cầu. Ngoài ra, việc sắp xếp các sợi thủy tinh trong tà vẹt composite là sự sắp xếp theo chiều dọc duy nhất nên các vị trí nằm ngang không có cốt thép chịu cắt dễ gây ra hư hỏng cắt giữa các lớp do uốn cong, gây ra các vết nứt trên tà vẹt và hư hỏng tổng thể. Khi đặt và sử dụng loại tà vẹt này, nếu bề mặt mặt đá balát (sỏi) đặt trên đường ray tiếp xúc một phần với đá ba lát thì khi tàu đi qua, đá ba lát sẽ cọ xát vào tà vẹt, gây hao mòn tà vẹt, từ đó rút ngắn tuổi thọ sử dụng. .
Bằng sáng chế Hoa Kỳ US 6605343 B1 giới thiệu tà vẹt làm bằng vật liệu composite.Tà vẹt cũng được làm từ chất độn và nhựa để tạo thành vật liệu lõi bên trong. Lớp ngoài được bọc bằng vật liệu composite nhựa gia cố sợi thủy tinh.Các sợi cũng được sắp xếp thành một hướng dọc duy nhất, do đó cũng có Do hiện tượng phá hủy lực cắt giữa các lớp khi tà vẹt bị uốn dưới tác dụng của lực nên tà vẹt sẽ bị phá hủy toàn bộ.
Bằng sáng chế CN 101851880 A giới thiệu tà vẹt composite lõi gỗ, mặc dù sử dụng lõi gỗ và lớp bánh sandwich nhựa polyester không bão hòa được gia cố bằng sợi thủy tinh nhưng nó giúp tiết kiệm đáng kể việc sử dụng polyurethane và giải quyết hiệu quả các vấn đề trên. chi phí trong bằng sáng chế, việc sử dụng vải sợi thủy tinh ở lớp ngoài cùng giúp cải thiện hiệu quả độ bền cắt để nó không bị hư hỏng do cắt giữa các lớp khi chịu ứng suất uốn, nhưng nó là lõi gỗ do vật liệu được sử dụng. Lý do là rằng cường độ và độ bền của tà vẹt gỗ không đủ đồng đều sẽ làm tăng hiệu ứng động của bánh xe và đường ray, gây ra độ đàn hồi không đồng đều, dẫn đến tuổi thọ của tà vẹt gỗ ngắn. Ngoài ra, nguồn tài nguyên gỗ chất lượng cao tương đối khan hiếm, nguồn cung nguyên liệu gỗ ngày càng giảm, giá cả ngày càng tăng và ngày càng không phù hợp với yêu cầu bảo vệ môi trường, bảo vệ sinh thái.
Bằng sáng chế CN 201756664 U giới thiệu vật liệu composite nhựa polyester không bão hòa được gia cố bằng sợi thủy tinh, vật liệu composite dựa trên nhựa phenolic được gia cố bằng cặn gỗ hoặc vật liệu composite cao su-nhựa làm lõi bên trong và lớp ngoài được làm bằng vải sợi thủy tinh nhiều trục -vật liệu polyurethane gia cố. Việc sử dụng vật liệu tổng hợp polyester không bão hòa được gia cố bằng sợi thủy tinh làm lõi bên trong giúp giảm chi phí, nhưng chi phí sản xuất của nó vẫn tương đối cao, điều này hạn chế việc phổ biến và sử dụng nó; việc sử dụng cặn gỗ để gia cố vật liệu tổng hợp dựa trên nhựa phenolic có nhược điểm là phá rừng có tác dụng dẫn động nhất định, do độ bền và khả năng xử lý của vật liệu kém nên bị hạn chế trong việc ép đùn một số sản phẩm tương đối đơn giản và có độ bền thấp.Đồng thời, do khả năng xử lý kém nên chi phí xử lý cao, sử dụng cao su-nhựa vật liệu composite, nhược điểm của nó là vật liệu composite cao su-nhựa là vật liệu composite được làm từ lốp thải hoặc nhựa tái chế.Mặc dù có thể giảm chi phí sản xuất và tái chế lốp thải và nhựa phế thải nhưng nó có ý nghĩa môi trường, nhưng quá trình tái chế của sản phẩm này là phức tạp, và đối với việc tái chế lốp radial có chứa dây thép phức tạp hơn. Ngoài ra, nguồn nguyên liệu thô nói trên không ổn định, thành phần chứa trong lốp cũng khác nhau, dẫn đến hiệu suất chênh lệch lớn giữa các lô sản xuất. vật liệu composite cao su-nhựa, dẫn đến độ đàn hồi và độ bền của các lô sản phẩm khác nhau không nhất quán.
Nội dung mô hình tiện ích
Vấn đề đầu tiên được giải quyết bằng mô hình tiện ích là chi phí tà vẹt cao do sử dụng rộng rãi vật liệu polyurethane trong tà vẹt composite polyurethane được gia cố bằng sợi thủy tinh hiện có, và do đó cung cấp tà vẹt có hiệu suất tương tự như tà vẹt composite polyurethane, và Tà vẹt thấp -chi phí tà vẹt composite.
Vấn đề kỹ thuật thứ hai được giải quyết bằng mô hình tiện ích là khi lắp đặt và sử dụng tà vẹt composite polyurethane gia cố bằng sợi thủy tinh trong tình trạng kỹ thuật trước đây, có vấn đề là bề mặt của mặt dằn (sỏi) nằm trên đường ray và phần dằn. gây va chạm với tàu, đá dằn cọ xát vào tà vẹt khi đi qua, gây hao mòn tà vẹt, từ đó rút ngắn tuổi thọ sử dụng của tà vẹt.
Vấn đề kỹ thuật thứ ba được giải quyết bằng mô hình tiện ích là vấn đề độ đàn hồi, độ bền của vật liệu không nhất quán và giá cao do sử dụng vật liệu lõi bên trong theo công nghệ hiện tại, từ đó cung cấp tà vẹt composite với giá thấp hơn.
Để đạt được mục đích trên, mô hình tiện ích cung cấp tà vẹt vật liệu composite, bao gồm lõi bên trong và lớp bên ngoài. Một lớp nhựa polyester không bão hòa được gia cố bằng sợi thủy tinh được quấn xung quanh bên ngoài lõi bên trong. Lớp nhựa polyester không bão hòa được gia cố bằng sợi thủy tinh được bọc bằng chất xử lý bề mặt khớp nối và được ngâm tẩm bằng nhựa polyurethane.Kính nhiều trục Lớp nhựa polyurethane được gia cố bằng sợi vải và sợi thủy tinh được đặt trên lớp nhựa polyurethane được gia cố bằng sợi thủy tinh nhiều trục và lớp ngoài bằng nhựa không tạo bọt được gia cố bằng vải sợi thủy tinh nhiều trục được đặt trên lớp nhựa đa sợi. – Lớp nhựa polyurethane được gia cố bằng sợi thủy tinh.
Chất liệu lõi bên trong của tà vẹt là vật liệu composite gỗ-nhựa.
Chất gia cố ở lõi bên trong của vật liệu composite gỗ-nhựa là một hoặc nhiều loại dăm gỗ, vỏ đậu phộng, trấu lúa mì, trấu hoặc các loại rơm rạ cây trồng khác nhau và tỷ lệ cốt thép lớn hơn 55%.
Chất nền nhựa ở lõi bên trong của vật liệu composite gỗ-nhựa là một hoặc nhiều polyetylen, polypropylen hoặc polyvinyl clorua.
Trong quá trình chuẩn bị lõi composite gỗ-nhựa, một lượng nhất định chất phủ, chất bôi trơn, chất liên kết, chất hút ẩm, chất chống oxy hóa và các chất phụ gia khác được thêm vào.
Lõi bên trong của vật liệu composite gỗ-nhựa là vật liệu composite gỗ-nhựa được hình thành bằng cách ép đùn nóng.
Độ dày của lõi bên trong là 60-200mm, độ dày của lớp nhựa polyester không bão hòa được gia cố bằng sợi thủy tinh là 5-15mm, độ dày của lớp nhựa polyurethane gia cố bằng sợi thủy tinh đa trục là 10-30 mm, đa trục Độ dày của lớp ngoài bằng vải sợi thủy tinh được gia cố bằng nhựa không tạo bọt là 1-5mm.
Nhựa polyester không bão hòa là dung dịch của loại axit phthalic, loại axit isophthalic hoặc nhựa polyester không bão hòa loại epoxy bisphenol A.
Vải đa trục sợi thủy tinh là một hoặc nhiều loại vải hai trục, ba trục hoặc bốn trục bằng sợi thủy tinh không chứa kiềm.
Nhựa không tạo bọt được tạo thành từ polyol và isocyanate.
Tà vẹt được sáng chế bởi kỹ sư Chu Văn Kỳ những ưu điểm sau:
1) Vì tà vẹt này sử dụng vật liệu composite gỗ-nhựa làm vật liệu lõi bên trong nên nó giúp tiết kiệm đáng kể việc sử dụng polyurethane và giảm đáng kể giá thành của loại tà vẹt composite này mà vẫn đảm bảo hiệu suất của tà vẹt.
2) Do sử dụng vải sợi thủy tinh nhiều trục, tà vẹt này đạt được sự chuẩn bị lực cắt theo nhiều hướng của tà vẹt, do đó tránh được hư hỏng do cắt giữa các lớp khi tà vẹt bị uốn cong dưới áp lực.
3) Tà vẹt sử dụng vật liệu composite nhựa không tạo bọt được gia cố bằng sợi thủy tinh đa trục làm lớp ngoài, giúp giải quyết hiệu quả vấn đề mài mòn do ma sát giữa tà vẹt composite polyurethane và đá dăm (sỏi), giúp kéo dài đáng kể tuổi thọ sử dụng của nó.
4) Tà vẹt sử dụng nhựa polyester không bão hòa được gia cố bằng sợi thủy tinh, vải đa trục bằng sợi thủy tinh và vật liệu composite nhựa polyurethane được gia cố bằng sợi thủy tinh để tạo thành lớp hấp thụ sốc nên tà vẹt có thể hấp thụ tiếng ồn rất tốt.
Mô tả bản vẽ
Hình 1 là sơ đồ mặt cắt ngang cấu trúc của tà vẹt composite theo sáng chế.
Các số trên Hình 1 lần lượt được biểu diễn lần lượt là:
1 lõi composite gỗ-nhựa; 2 lớp nhựa polyester không bão hòa được gia cố bằng sợi thủy tinh; 3 lớp nhựa Polyurethane được gia cố bằng vải sợi thủy tinh nhiều trục; 4 lớp vải sợi thủy tinh được gia cố không tạo bọt lớp vỏ nhựa bên ngoài.
Cách chi tiết
Để làm rõ hơn mục đích, giải pháp kỹ thuật và ưu điểm của mô hình tiện ích hiện tại, mô hình tiện ích hiện tại sẽ được mô tả thêm bằng cách tham khảo các phương án và bản vẽ. Cần hiểu rằng các phương án cụ thể được mô tả ở đây chỉ được sử dụng để giải thích sáng chế và không được sử dụng để giới hạn sáng chế.
Ví dụ: Chế tạo vật liệu tà vẹt composite đặc biệt cho đường sắt cao tốc
Các nguyên liệu thô cần có như sau: polyetylen tái chế và polypropylen tái chế; rơm rạ; chất phủ; chất bôi trơn; chất liên kết; chất hút ẩm; chất chống oxy hóa; các chất phụ gia khác; sợi thủy tinh; vải sợi thủy tinh ba trục; chất liên kết silane; styren; polyester không bão hòa. nhựa, triol, isocyanate, este tạo bọt;
Các bước cụ thể của mô hình tiện ích này là:
Chế tạo lõi composite gỗ-nhựa. Cân theo các tỷ lệ trọng lượng sau: polyethylene: 13,0%, polypropylene: 12,0%, rơm rạ: 59%, chất phủ: 2,8%, chất bôi trơn: 1,2%, chất ghép: 5,5%, chất hút ẩm: 3,0%, chống lão hóa chất: 2,5%, chất phụ gia khác: 1,0%. Sau khi cân, trộn ở tốc độ thấp trong máy trộn để nguyên liệu thô đồng nhất, không bị vón cục rõ ràng; sau đó ép đùn nóng để tạo thành vật liệu composite gỗ-nhựa. Và được xử lý thành các thông số kỹ thuật 4000mm, chiều rộng 150mm và chiều cao 180mm.
Chuẩn bị nhựa polyurethane và nhựa không tạo bọt: Trộn cồn trihydric 31,0%, isocyanate 68,5% và chất tạo bọt 0,5% để điều chế nhựa polyurethane, trộn cồn trihydric 28,0% và isocyanate 65,0%, trộn với chất chống cháy 7,0% (chất chống cháy là dimethyl methyl phosphonate) để điều chế nhựa không tạo bọt.
Nhựa polyester không bão hòa là nhựa polyester không bão hòa HR-101 để cuộn dây.
Sợi thủy tinh được ngâm tẩm trong polyresin chưa bão hòa đã chuẩn bị sẵn và quấn dọc quanh lõi composite gỗ-nhựa 1 đã chuẩn bị sẵn với độ dày 8 mm để tạo thành lớp nhựa polyester không bão hòa được gia cố bằng sợi thủy tinh 2.
Vải sợi thủy tinh ba trục được xử lý bề mặt bằng chất liên kết silane, được ngâm tẩm với polyurethane đã chuẩn bị, sau đó quấn quanh bên ngoài lớp nhựa polyester không bão hòa được gia cố bằng sợi thủy tinh lớp 2 để tạo thành lớp nhựa polyurethane được gia cố bằng vải sợi thủy tinh đa trục 3 Độ dày 20 mm, vải sợi thủy tinh ba trục được xử lý bề mặt bằng chất liên kết silane, tẩm nhựa không tạo bọt đã chuẩn bị sẵn, sau đó quấn quanh bên ngoài lớp nhựa polyurethane gia cố bằng sợi thủy tinh đa trục 3 với độ dày 3,5 mm. 3 mm để tạo thành đa trục Bằng cách gia cố lớp ngoài bằng nhựa không tạo bọt 4 vào vải sợi thủy tinh, có thể thu được tà vẹt composite theo sáng chế.
Tags: tà vẹt composite
