熱塑性聚酯彈性體墊板減振機理分析及應用設計

　　 摘要：目的是研制一種具用較強減振作用的熱塑性聚酯彈性體（TPEE）墊板，用于鐵道的軌道（軌枕）中，用于減弱車輛行進時產生的振動和噪音。文章首先結合固體振動的特性，分析減振的基本原理。然后從墊片采用的材料結構和力學性能分析減振的機理，最后從墊片本身的機構進行有限元力學分析，設計出更好減振效果的墊片。通過測試，墊片滿足現行的鐵道行業的技術規范要求。
　　關鍵詞：熱塑性聚酯彈性體墊板減振機理
　　中圖分類號: U213文獻標識碼：Ａ文章編號：1672-3791(2011)06(c)-0000-00
　　
　　1 前言
　　火車提速的同時也會造成輪軌作用力的增大，軌枕與道床振動加速。這不僅要求軌枕結構強度和穩定性提高，還會產生更高分貝的噪音[1]。而軌道減振的基本原理主要是減小激振能級、減小因激振動力引起的振動級和減小傳遞力的振幅級三個方面。而軌道交通橡膠減振彈性元件的開發是高速軌道交通減振降噪研究的重點內容之一。應用橡膠減振元件可以減輕軌道、車輛、電氣設備等的磨損、消耗和維修費用，同時也降低沿線居民的噪音污染和建筑物的同頻振動危害。
　　熱塑性聚酯彈性具有機械強度高、彈性好、抗沖擊、耐彎曲疲勞性、耐蠕變、耐油、耐寒、耐化學藥品和溶劑侵蝕性能優良，在汽車行業、電子電器行業、工業制造業的密封件、傳送帶等、防水和透氣優 良的薄膜、生物材料、高分子改性劑、彈性纖維、高速公路以及電動工具 、體育用品、生活用品等方面都有較為廣泛的應用。
　　
　　2 減振機理分析
　　2.1 軌道振動特性
　　振動是固體之間相互作用的結果，而軌道振動則是由鋼軌向下傳遞，振動周期不斷加長，振幅卻逐漸變小。其振動的基本特性如圖1和振動頻域與振動加速度概值如表1。
　　 振動的影響因素主要是列車運行速度、輪軌間的凹凸不平和車輛的重量。而軌道的減振的基本措施是保持軌頭表面的平滑、增大軌道各部件振動體的質量或抗彎剛性，而在軌道各組成部件之間設置彈性支承材料，以期隔斷振動的傳遞無疑是經濟性較高的措施和方法。在鐵道線路中的軌道墊、沙石地板、混凝土板墊、枕墊、軌道制振材料、干涉型消音材料等，采用橡膠進行隔振措施是經常采用的技術手段和措施。因此開發性能優 良的優良橡膠材料和鐵道用元件的減振功能設計研究的就顯得尤為重要。而地鐵和軌道交通目前也一直有新材料和新結構的產品在應用，其中TPEE墊板是目前應用增幅最大的一種材料，許多新地鐵及軌道交通工程都指定采用聚酯材料。
　　2.2 熱塑性聚酯彈性體墊板減振機理
　　2.2.1 熱塑性聚醋彈性體減振機理
　　熱塑性聚醋彈性體（TPEE）是一類以聚對苯二甲酸二醇醋（如PBT 和PTT等）為硬段結晶相，以聚醚或聚醋為軟段的嵌段共聚物非晶相，也稱聚醋橡膠。
　　（1）構成減振:熱塑性聚醋彈性體由DMT、PTMG、BG通過酯交換反應得到的是長鏈的無規則嵌段共聚物。硬段彈性體構成物理交聯點，承受應力；軟段彈性體則是自由分布的高彈性鏈段，貢獻彈性。而硬段和軟段的比例則決定了熱塑性聚醋彈性體的硬度和物理機械性能。改變兩相的比例，則可調整其硬度、熔點、模量、耐化學性和氣密性。從而形成一種高性能工程級彈性體，兼具橡膠的柔軟性、彈性和熱塑性塑料的剛性、易加工性。根據不同使用要求，可以合成多種不同的軟硬段結構。其中硬段有聚對苯二甲酸丙二醇醋、聚對苯二甲酸丁二醇醋等，軟緞有聚乙二醇、聚四氫峽喃醚、環氧乙烷改性的聚丙二醇等，可以合成多種結構、性能各異的嵌段共聚醋。
　　（2）力學性能[2-3]減振:熱塑性聚醋彈性體具有極高的拉伸強度，相比于聚氨酯(TPU)，其壓縮模量與拉伸模量要高出得多。如果用相同硬度的TPEE和TPU 制作同一元件，則前者可以承受更大的負載。室溫以上，TPEE彎曲模量很高；低溫時，TPEE柔順性好，其缺口沖擊強度優于其他TPE，而耐磨耗性與TPU相當，且而又不過于堅硬。低應時，TPEE能具有優異的耐疲勞性能，滯盾損失少。這種特點與高彈性相結合，使得該材料成為多次循環負載使用條件下的理想減振材料。
　　2.2.2 墊4KMXl/ak5c+CFoU9cPAaYICK6EuxGyvsdSF3O2n7ZoQ=片結構減振
　　材料采用優質的熱塑性聚醋彈性體作為材料，具有材料本身的高彈性，可以充分起到減振的功能，同時，元件采用有限元分析，進行優化設計，使得元件盡可能承擔壓縮和剪切變形，而避免承受拉伸和彎曲變形。
　　
　　3 熱塑性聚酯彈性體墊板應用設計
　　墊板外觀設計根據有限元結構分析優化受力控制，并結合噪音控制的流體力學原理，在上下表面才采用十字縱橫向正向交叉排列的柱狀體結構，其間用溝槽進行連接，溝槽與槽壁的交界面采用弧形圓滑連接。槽深5~8mm，槽寬14~18mm，槽間距離30~35mm，其剖面圖如圖2所示。墊板經過設備檢測，符合鐵路減振元件的使用規范標準。
　　 4 結語
　　由于熱塑性聚酯彈性體具有驚人的回彈力，出眾的韌性及強度，廣泛的適用溫度范圍以及優異的加工性能，而在鐵路橡塑件上的使用也日益增多。其制成產品的壽命周期遠遠長于傳統的橡膠墊、EVA 墊或 TPU墊，從而使長期成本大大降低，從而具有較好經濟價值和使用價值。使用熱塑性聚酯彈性體設計的墊片能夠滿足鐵道行業的各項使用要求的技術規范，從而可以在鐵道軌道進行應用。
　　
　　參考文獻
　　[1]