Ottimizzazione delle prestazioni di isolamento dei pattini e della tecnologia di prevenzione dei guasti di isolamento
Quali sono i principali fattori che inducono il cedimento dell'isolamento delle piastre di base sotto-rotaia e i relativi rischi per i circuiti di binario?
I principali fattori che inducono il cedimento dell'isolamento delle piastre di base sotto-rotaia comprendono tre categorie: riduzione della resistenza di isolamento causata dall'invecchiamento del materiale, formazione di canali di perdita causata dall'inquinamento superficiale e danni allo strato isolante causati da danni meccanici. L'invecchiamento del materiale si manifesta come il degrado dell'elastomero delle piastre di base in gomma e la resistenza di isolamento diminuisce dai 10⁸Ω iniziali a meno di 10⁶Ω, non riuscendo a soddisfare i requisiti di isolamento dei circuiti di binario. L'inquinamento superficiale è costituito principalmente da impurità come polvere, macchie di olio e alcali salini lungo il percorso che aderiscono alla superficie della piastra di base, formando canali conduttivi e aumentando la corrente di dispersione sulla superficie della piastra di base. I danni meccanici includono graffi durante l'installazione della piastra di base e crepe causate dal rotolamento di treni- a trasporto pesante. Questi danni causeranno il contatto diretto tra i componenti metallici e le guide, con conseguente cortocircuito dell'isolamento. I pericoli per i circuiti di binario sono l'interruzione della trasmissione del segnale, la scarsa manovra dei circuiti di binario, il mancato rilevamento dell'occupazione del treno, la conseguente errata valutazione del segnale e, in casi gravi, il verificarsi di gravi incidenti di sicurezza come il superamento dei segnali del treno e i tamponamenti di sezione-tamponamenti.
Quali sono gli schemi di modifica dei materiali e i parametri tecnici di ottimizzazione delle prestazioni di isolamento per le piastre di base- delle ferrovie ad alta velocità?
Le piastre di base sotto-delle ferrovie ad alta-velocità adottano il materiale composito in gomma nitrilica/nylon 66 invece della tradizionale gomma nitrilica pura. Il nylon 66 ha una resistività di volume maggiore o uguale a 10¹⁴Ω·cm ed eccellenti prestazioni di isolamento. Dopo la mescolatura con gomma nitrilica, la resistenza di isolamento della piastra di base è maggiore o uguale a 5×10⁷Ω. 10% viene aggiunto un agente rinforzante in fibra di vetro al materiale composito per migliorare la resistenza meccanica della piastra di base, con una resistenza alla trazione maggiore o uguale a 18MPa e un allungamento a rottura maggiore o uguale al 300%, resistendo all'impatto delle vibrazioni ad alta-frequenza di ferrovie ad alta-velocità. Durante la modifica del materiale vengono aggiunti agenti anti-invecchiamento e assorbitori di raggi ultravioletti per ritardare l'invecchiamento foto-ossidativo della piastra di base. Dopo il test di invecchiamento, il tasso di ritenzione della resistenza di isolamento è maggiore o uguale all'80%, soddisfacendo il requisito di durata di servizio di 20-anni delle ferrovie ad alta-velocità. I parametri tecnici principali sono: resistenza di isolamento maggiore o uguale a 5×10⁷Ω, rigidità dielettrica maggiore o uguale a 20 kV/mm, resistività di volume maggiore o uguale a 10¹³Ω·cm, test di resistenza alla nebbia salina maggiore o uguale a 1000 ore, pienamente conforme agli standard di isolamento dei circuiti ferroviari ad alta-velocità. Le prestazioni di isolamento della piastra di base modificata sono stabili in condizioni di lavoro ferroviarie simulate ad alta velocità e non si osserva un'attenuazione eccessiva della resistenza di isolamento.
Quali sono le misure di ottimizzazione anti-perdite e gli effetti di implementazione della progettazione della struttura di isolamento delle piastre di base sotto-rotaia?
L'obiettivo principale della progettazione della struttura isolante delle piastre di base sotto-rotaia è bloccare i canali di perdita. Innanzitutto, viene adottato un design di isolamento a avvolgimento completo- e le superfici superiore e inferiore e i bordi della piastra di base sono ricoperti da uno strato isolante con uno spessore maggiore o uguale a 3 mm per evitare il contatto tra componenti metallici, rotaie e traversine. In secondo luogo, sul bordo della piastra di base sono posizionate delle sporgenze isolanti, con un'altezza di 5 mm e una larghezza di 10 mm, che formano una barriera isolante per evitare che impurità come polvere e macchie di olio si accumulino per formare canali conduttivi. In terzo luogo, i fori dei bulloni della piastra di base sono rinforzati con manicotti isolanti in nylon 66 con uno spessore di 2 mm, isolando il contatto conduttivo tra i bulloni e la piastra di base ed evitando che i bulloni diventino portatori di perdite. In quarto luogo, la superficie della piastra di base adotta un design idrofobico antiscivolo con una profondità di 1 mm e una larghezza di 2 mm, accelerando l'evaporazione dell'umidità superficiale e riducendo il rischio di perdite in ambienti umidi. I risultati dell'implementazione mostrano che il tasso di guasto dell'isolamento della piastra di base ottimizzata è ridotto dall'8% a meno dello 0,5%, la sensibilità di manovra del circuito di binario è aumentata del 20%, soddisfacendo pienamente i requisiti dell'interblocco del segnale ferroviario ad alta-velocità.
Quali sono i metodi principali e gli standard di giudizio di qualità per il rilevamento delle prestazioni di isolamento delle piastre di base sotto-rotaia?
Il metodo principale per il rilevamento delle prestazioni di isolamento delle piastre di base sotto-rotaia è il metodo di prova della resistenza di isolamento, che utilizza un megaohmmetro ad alta-tensione per applicare una tensione di 500 V CC, misurare il valore di resistenza di isolamento della piastra di base, il tempo di prova è di 1 minuto e leggere il valore stabilizzato. Il metodo di rilevamento ausiliario è il metodo di prova della rigidità dielettrica, che utilizza una macchina per prove di tensione di resistenza alla frequenza industriale per applicare una tensione CA di 50 Hz, 20 kV per 1 minuto e la piastra di base è qualificata se non si verificano guasti o scariche elettriche. Gli standard di giudizio di qualità sono: le piastre di base delle ferrovie ad alta-velocità hanno una resistenza di isolamento maggiore o uguale a 5×10⁷Ω e rigidità dielettrica maggiore o uguale a 20 kV/mm; le piastre di base delle ferrovie ordinarie hanno una resistenza di isolamento maggiore o uguale a 10⁷Ω e rigidità dielettrica maggiore o uguale a 15 kV/mm; le piastre di base industriali e minerarie hanno una resistenza di isolamento maggiore o uguale a 5×10⁶Ω e rigidità dielettrica maggiore o uguale a 10 kV/mm. L'ispezione visiva dovrebbe verificare se sono presenti crepe, graffi, bolle e altri difetti sulla superficie della piastra di base e sarà giudicata non qualificata se l'area del difetto è maggiore o uguale a 1 cm². L'ispezione a campione viene adottata per l'analisi dei lotti con un rapporto di campionamento del 5%. Se il tasso di prodotti senza riserve supera il 2%, l'intero lotto di prodotti dovrà essere nuovamente-ispezionato e, se la nuova ispezione-risulta ancora senza riserve, verrà scartato.
Quali sono le strategie di costruzione e i meccanismi di allerta precoce del sistema di prevenzione e controllo dei guasti di isolamento per le piastre di base sotto-rotaia?
La strategia di costruzione del sistema di prevenzione e controllo dei guasti di isolamento per le piastre di base sotto-rotaia è una trinità di prevenzione + monitoraggio + trattamento. Il collegamento alla prevenzione comprende la selezione di piastre di base in materiale composito con elevate prestazioni di isolamento, la standardizzazione dei processi di installazione e la pulizia regolare delle impurità sulla superficie della piastra di base. Il collegamento di monitoraggio adotta sensori di monitoraggio dell'isolamento wireless per raccogliere i dati sulla resistenza di isolamento delle piastre di base in tempo reale. I sensori vengono installati sul bordo della piastra di base, 20 per chilometro, e i dati vengono caricati sulla piattaforma di monitoraggio tramite Internet of Things. Il collegamento di trattamento stabilisce un piano di emergenza per guasto dell'isolamento. Quando la resistenza di isolamento della piastra di base viene monitorata per essere inferiore alla soglia, il personale viene immediatamente disposto a sostituire la piastra di base per evitare l'espansione del guasto dell'isolamento. Il meccanismo di allarme rapido stabilisce tre-soglie di allarme di livello: primo-allarme di livello (resistenza di isolamento 10⁷-5×10⁷Ω), che richiede un monitoraggio migliorato; avviso di secondo-livello (10⁶-10⁷Ω), organizzazione di test speciali; avviso di terzo livello (<10⁶Ω), sostituendo immediatamente la piastra di base. Dopo l'implementazione del sistema di prevenzione e controllo, il tasso di guasto dei circuiti di binario viene ridotto del 40% e gli incidenti dovuti a guasti all'isolamento vengono efficacemente ridotti.