Файл: Ситковский, И. П. Полимерные материалы на зарубежных железных дорогах.pdf

острых, выступающих местах поверхности при последующем нанесе­ нии на пленку бетона обделки. Пленка крепилась к защитному слою клеем после разогрева его горелками или приваривалась токами высо­ кой частоты. Толщина пленки от 0,5 до 2 мм. Прочность клеевого со­ единения составляет — 70% прочности пленки [40].

В Англин при строительстве зданий, расположенных вблизи же­ лезнодорожных линий или над линиями метрополитена, для снижения

вних уровня шума вводят упругие промежуточные слои материала

вместе перехода от фундаментной к верхней части здания. В качестве

материала для упругих прокладок используют резину по аналогии с опорными частями мостов, а также некоторые виды пластмасс. По сравнению со стальными пружинными амортизаторами такие проклад­ ки характеризуются повышенным демпфированием, хотя и обладают существенными нелинейными свойствами при длительном действии нагрузки.

Парк, вблизи которого железнодорожные пути уложены между двумя массивными подпорными каменными стенами и перекрыты мощными железобетонными балками. В данных условиях основные частоты ко­ лебаний, возбуждаемых проходящими поездами, составляли 20 гц, а частотный спектр шумов соответствовал диапазонам свыше 100 гц. Намечавшиеся к применению свинцово-асбестовые прокладки могли бы снизить уровень шума, но не обеспечивали требуемого снижения вибраций, вызываемых проходящими поездами. Поэтому в данном случае использовали типовые блоки, применяемые в опорных частях мостов, выполненные из резины на натуральном каучуке. Они понизили собственные частоты колебаний зданий до 7 гц, что оказалось вполне достаточным для снижения колебаний здания практически до незамет­ ных величин. Статическая осадка этих резиновых элементов под действием веса здания составила 8,4 мм вместо 5,1, что имело бы место в случае применения стальных пружинных элементов той же жесткости. Такое различие в данном случае объясняется нелинейными свойствами резины.

Всего было применено 13 резиновых упругих элементов, что составило 50% стоимости зданий, и соответствует примерно стоимости лифта в этом здании. Кроме вертикальных упругих элементов, одно­ временно были установлены и горизонтальные, снизившие собствен­ ную частоту горизонтальных колебаний здания до 2,5 гц. На аналогич­ ных упругих прокладках построено здание кинотеатра «Одеон» над двумя линиями метрополитена в Марбл-Арч.

Большое служебное здание в Лейтонстоне предстояло построить на расстоянии всего 4,35 м от действующей железнодорожной линии. В связи с этим было проведено тщательное исследование характера шума и вибраций, вызываемых при проходе поездов на месте построй­ ки здания, с тем, чтобы найти меры, снижающие шум в служебных помещениях до 55 дб. В результате такое решение было найдено путем постройки здания на сваях с упругими прокладками на опорах •и под колоннами.,

гo

/ — контактное давление на по­ верхности скольжения (фунты/ кв.дюйм); 2 — коэффициент тре­ ния; 3 — по смазанной стальной поверхности; 4 — по несмазанной

поверхности

В Англии была исследована возможность применения политетра­ фторэтилена (ПТФЭ) для покрытия несущей конструкции опорных частей пролетных строений мостов [14]. Этот материал отличается чрезвычайно низким коэффициентом трения и высокой устойчивостью к воздействию различных реагентов химического и атмосферного про­ исхождения.

Для исследования механических характеристик ПТФЭ были про­ ведены испытания его образцов при различном характере приложения нагрузки. Полученные данные для случая контакта слоя ПТФЭ с не­ ржавеющей сталью, имеющей поверхности с неровностью до 51 мк, приведены на рис. 137.

Значения коэффициентов трения ПТФЭ по алюминию и стали с не­ ровностью поверхности 150 мк находились при тех же нагрузках в диапазоне 0,110—0,070. Испытания на знакопеременный сдвиг про­ водили на специальной установке (рис. 138).

Контактное давление во времени этих испытаний составляло 246 кГ/см2 при полной вертикальной нагрузке 100 Т. Плиту сдвигали на 51 мм примерно в обоих направлениях с помощью двух малых гид­ родомкратов со скоростью 152 мм!мин, фиксируя периодически силу статического трения. По окончании опыта было проведено 51 300 цик­ лов подвижек, что заняло 30 суток. Средняя толщина плиты в резуль-

Рис. 138. Схема установки для определения коэффициента трения при многократно повторном сдвиге:

/ — вертикальная нагрузка; 2 — гидравлический домкрат; 3 — 200-т опорная часть

211

тате опытов уменьшилась на 1—0,68 мм. Изменение коэффициента тре­ ния в процессе испытаний характеризуется следующими данными:

Снижение коэффициента трения со временем объясняется постепен­ ным переносом частиц ПТФЭ на сталь, вследствие чего трение проис­ ходит фактически не между ПТФЭ и сталью, а между двумя слоями ПТФЭ. Однако образование пыли на контактных поверхностях не имело места вследствие внедрения ее в ПТФЭ.

Следующая группа опытов была проведена для исследования дви­ жений поворота опорных частей, покрытых слоем ПТФЭ по контакт­ ным поверхностям. По существу этот процесс соответствует сдвигу, однако поскольку обработка криволинейных поверхностей до такой же частоты, как и прямолинейных, затруднена, то опыты имели само­ стоятельное значение.

Знакопеременный поворот опорных частей осуществляли на уста­ новке с помощью двух гидродомкратов, действующих на плече 510 мм (рис. 139).

Контактные поверхности балансиров и катков были предвари­ тельно покрыты слоем ПТФЭ. При вертикальной нагрузке от 100 до 150 Г и углах поворота в пределах ± 0,05—0,10 рад значения коэф­ фициентов трения составляли 0,019—0,007, причем коэффициенты трения были меньшими при больших нагрузках. Аналогичные данные

212

ски целесообразно в связи с резким сокращением эксплуатационных расходов, повышением надежности и долговечности строений.

В Родезии в 1964 г. были успешно применены эпоксидные смолы для антикоррозионной защитной покраски моста Виктория-Фюлле. Мост, имеющий пролетное строение 15 м с высотой над ущельем ПО м, находится в неблагоприятных условиях тропического климата, ускоряющих разрушения краски резкими температурными колеба­ ниями и высокой влажностью.

После очистки конструкции от старой обычной краски и грунтовки она была покрыта двумя слоями эпоксидно-дегтевой, затем одним слоем зпоксидно-дегтево-алюминиевой краски. Нанесение слоев про­ изводилось обычными малярными кистями после 16-часового отверж­ дения каждого слоя. Считается, что такая окраска сохранится в те­ чение 10 лет [42].

На железных дорогах Швейцарии успешно применено для гидро­ изоляции тоннелёй пленочное однослойное толщиной 1— 1,1—1,2 мм

идвухслойное толщиной 3 мм покрытие из стекловолокна на тер­ мопластичной смоле [43]. При устройстве покрытия сначала на стены

исводы тоннеля наносили с помощью распылителя сухой бетон, на ко­ торый затем наклеивалась пленка. Она сматывалась с барабана само­ ходной тележки и прикатывалась к покрываемой поверхности вали­ ком, перед которым двигалась газовая горелка, разогревавшая клей

итонкий слой пленки. На образовавшееся монолитное покрытие на­ носилась бетонная обделка.

ВЯпонии проведен опыт прикрепления рельсов на мостах непо­ средственно к продольным балкам пролетного строения без мостовых брусьев. При разработке конструкции особое внимание было уделено возможности регулировки рельсов по уровню. Обеспечение этого было достигнуто помещением между резиновой прокладкой и полкой швел­ лера пролетного строения второй резиновой прокладки. А специаль­ ные прокладки позволяют осуществлять регулировку рельсов отно­ сительно положения балок по вертикали в диапазоне ± 6 мм [44].

7.«Public Works», 1970, 101, № 8, p. 55.

8.«J. Railway Eng. Res.», 1970, 27, № 9, 429.

9.«Przegl. kolejowy—Drog», 1969, 16, № 3, 1—4.

10.«Bull. Amer. Ry Eng. Assoc.», 1969, № 619. «Proceedings», 70, p. 659—667.

11.«Eisenbahningenieur», 1968, № 11, c. 319—323.

p.14—35.

14.«Ry Gaz», V. 125, № 7, p. 260—262.

15.«Quart Repts Railway Techn. Res. Ynst.», 1969, 10, № 2, 62—70.

16.«Wirtschaftliche und Technische Transport.», 1968, 37, № 178, 241—243.

213

Г л а в а 6

ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ В УСТРОЙСТВЕ КОНТАКТНОЙ СЕТИ

Используемые до последнего времени в контактной сети большинства зарубежных железных дорог секционные изоляторы изготовляют­ ся из электротехнического фарфора. Низкий предел прочности фар­ фора при растяжении привел к необходимости применения в конст­ рукции таких изоляторов многих деталей из цветных и черных метал­ лов, что, однако, незначительно повышает прочность изоляторов. Изоляторы этого типа весят около 65 кг и из-за недостаточной проч­ ности не допускают прохождения под ними токосъемных устройств электроподвнжного состава со скоростью, превышающей 40 км/ч. Несовместимость подобного ограничения скоростей движения поездов с повсеместным ростом их до 100 км/ч и более вызвала на многих до­ рогах поиск путей увеличения прочности изоляторов. Общая тенден­ ция и направления решения этой задачи на большинстве зарубежных железных дорог идут по пути замены существующих конструкций сек­ ционных изоляторов такими, в которых механическая нагрузка, ис­ пытываемая изолятором, воспринималась бы деталями из пластмасс, имеющими значительно больший, чем фарфор, предел прочности при растяжении. Применение пластмасс позволяет одновременно снизить вес изоляторов и повысить их электроизоляционные свойства. Однако такое решение требует существенных изменений всей конструкции изоляторов.

В этой области применения пластмасс, особенно для изготовления секционных изоляторов контактной сети электрифицированных желез­ ных дорог постоянного и переменного тока, на зарубежных дорогах большинства стран прослеживаются несколько направлений.

К пластмассам, пригодным для использования в конструкции изо­ ляторов, предъявляются в основном следующие требования:

высокие искро-и дугостойкость; высокая термостойкость;

стабильность всех свойств в условиях переменных температур; высокие влагостойкость и атмосферостойкость; стабильность свойств в условиях воздействия промышленных газов

II влажной загрязненной атмосферы;

высокие пределы прочности при растяжении, статическом и дина­ мическом изгибе.

Разработки и исследования по созданию изоляторов контактной сети с применением пластмасс интенсивно проводятся во многих стра­ нах. Значительные достижения получены в Англии, где работы по ис­ пользованию фенолоформальдегидных, эпоксидных и полиэфирных

215

смол для создания изоляторов в технике высоких напряжений были начаты еще в 1952 г. Они проводились в направлении использования стеклопластиков на основе указанных смол. Изоляторы с наполните­ лем из стеклянного волокна в 1956 г. начали применять в устройствах контактной сети постоянного и, начиная с 1959 г., в контактной сети переменного тока. Опыт использования таких изоляторов показал, что они обладают достаточной механической прочностью. Однако диэлек­ трические свойства их не удовлетворяли требованиям эксплуатации, главным образом, из-за недостаточной трекннгостойкости, особенно ярко проявляющейся при эксплуатации в атмосфере, содержащей пыль и пары растворов минеральных солей. Это привело к созданию стекло­ пластиковых изоляторов, снабженных поверхностной защитной рубаш­ кой из керамики или иных электроизоляционных, стойких к образо­ ванию на поверхности материала изолятора треков—токопроводящих «следов-дорожек». Преимуществом подобных изоляторов по сравнению с обычными фарфоровыми, помимо несравненно большей прочности, были значительно меньшие габариты и намного меньший вес (близкий к весу контактного провода). Это открывало эффективную возможность прямой «врезки» подобного изолятора в контактный провод без созда­ ния «воздушных пролетов» и обеспечивало возможность движения электроподвижного состава со скоростью до 160 км!я. Положительные результаты эксплуатации в течение нескольких лет позволили при­ ступить к серийному изготовлению и использованию пластмассовых элементов секционных изоляторов в контактной сети постоянного и пе­ ременного тока. Конструкция таких усовершенствованных секцион­ ных изоляторов позволяет скользить по ним лыжам токосъемников без возникновения электрической дуги. Они выполняются из прутка или трубы стеклопластика на основе эпоксидных или полиэфирных смол холодного или горячего отверждения. При изготовлении изоля­ тора из прутка стеклопластика стеклянные волокна в нем распола­ гаются по всей длине прутка равномерно и параллельно друг другу. При изготовлении в виде трубы часть волокон располагается по ее периметру или по спирали вдоль оси трубы [1].

Секционные изоляторы, предназначенные для работы в контакт­ ной сети высокого напряжения, должны быть снабжены защитной рубашкой из материала, обладающего высокой износостойкостью и термостойкостью. Для этих целей используют кольцевые втулки из политетрафторэтилена или политрифторэтилена, надеваемые сплошь по всей длине прутка или трубы — несущего элемента изолятора, попе­ ременно с кольцевыми втулками из специальных керамических сплавов.

Секционные изоляторы в Англии в основном собраны из стекло­ пластиковых стержней, защищенных от истирания лыжами токосъем­ ников электроподвижного состава при помощи керамических втулок. Чтобы избежать появления вдоль стержня токопроводящего пути из графитовых частиц, который может образоваться вследствие истира­ ния графитовых накладок лыж токосъемников керамические втулки имеют на концах небольшую конусность и отделены друг от друга рас­ порными гильзами, имеющими меньший наружный диаметр. Новые секционные изоляторы можно врезать в контактную сеть без ухудше-

216