关于碎裂式绝缘的设想

摘要：面对铁路运营线上钢轨绝缘更换频率高、造成维修量大的问题，在这里我提出一个对绝缘改造的设想，既碎裂式绝缘的设想。本文对既有绝缘的特点和缺陷进行了简单的分析，对碎裂式绝缘进行了简单论述，恳请各位老师能给予建议和指导。

关键词：碎裂式、绝缘；强度；韧性。

根据钢铁膨胀系数每摄氏度每米百万分之12的数据计算，如温度升高100℃，60kg/m的U75v钢轨的膨胀量大概是0.12%，根据虎克定律， 上百吨的火车压上去还会使钢轨有一定的延展。运营线上轨缝一般控制在6-10mm，而轨端绝缘一般是8mm左右，面对重庆地区夏天的高温情况，钢轨在一定程度上的延展会给轨端及槽型绝缘给予强大的挤压，致使铁路运营线上所使用的尼龙绝缘及一些加强型绝缘会被很快压穿，造成轨道电路问题，这给维修和运营都带来了很多的困饶和麻烦。

面对这样一些问题，我们必须在绝缘材料及浇铸方式上做改进，目前所应用的绝缘也在尝试性地做了一些改进，比如加强型绝缘、胶铸型绝缘、以及现在电气绝缘的应用，但这些绝缘的局限性限制了它们在每一处应用的可能性，尤其电气绝缘在站内和短区段内，他们的作用就更不可采取。

由于在高温情况下热障冷缩的问题，钢轨会在出现温差的情况下延展和缩短，这样会对绝缘、尤其是对轨端绝缘造成很大的挤压，在驼峰及一些稍有坡度的区段，这些问题就更为突出。这样就要求我们的轨端绝缘有两大性能，即有很强的弹性和很高的强度，但目前所用绝缘在这两面都有着缺陷，所以要想解决这方面的问题则主要要从其弹性和强度方面做改变。

弹性方面；

一般站场路基平整，对绝缘的挤压力除了过车时车轮对轨头的冲击颤动造成压力和摩擦外，主要是钢轨热涨造成的对绝缘的挤压。在驼峰和其他稍有坡度的线路上除了这些力外还有钢轨窜动造成的长期性挤压，所以在弹性方面若有改观困难较多，在弹性方面虽然可以减轻过车时轨头对绝缘造成的挤压，但由于钢轨的热涨造成的挤压力是长期性的，所以弹性材料会在长期挤压中丧失其韧性和弹力，所以在选择材料及绝缘制作上都有较高的难度。

强度方面；

现场应用中普遍存在一种问题就是材料强度加大的同时其韧性下降，强压力下会破裂脱落，增加其韧性的时候会使得其强度下降，在重挤压力下其强度不足而容易磨穿压扁，这种矛盾的存在使得在绝缘材料的选择上左右为难，至今为止还没有一种绝缘能很好得解决这两种问题的矛盾。

在这儿先分析以下现有绝缘的弊端和缺陷：

一、 普通的尼龙材质绝缘：其韧性好但强度差，在高温天气下极容易被磨透压扁。

二、 加强型绝缘的弊端：

1、 其绝缘胎质以尼龙材料为主，在受到钢轨挤压时容易磨破，存在强度不够的问题。

2、 内加陶瓷圆珠，其强度足，但较为分散，而且珠子的特点是容易挤进钢轨轨头轨面，容易挤起飞边。

3、 当轨头挤压受力时尼龙材料磨穿造成陶瓷珠子磨起的飞边相互短路，而绝缘外部由于受到陶瓷珠子的保护而未能磨损，这给轨道电路故障的判断造成一定困难，而且在更换轨端绝缘的时候由于珠子钳入钢轨轨头面而给取下坏死轨端绝缘造成困难，还会造成轨头出现圆窝状飞边，加快新换绝缘的坏死速度。

三、胶铸绝缘的缺陷：

由于胶铸绝缘它是基本固定在钢轨上，而且造价高，在使用时间较长后其电阻减小，造成轨道电路电压泄漏，在更换新的浇铸绝缘时造成浪费，而且更换所用时间较长，尤其是在正线上由于钢轨进行了无缝化处理，造成钢轨热胀冷缩时将力强加在胶铸绝缘上，如果胶铸技术较差时，极易造成把胶铸绝缘拉开或抵死，这样造成绝缘不良，更是在处理或更换时由于轨缝超标不易调整而造成极大困难，影响运输效率。

四、电气绝缘的缺陷：

不适合在站内及短区段，因为电气绝缘它会形成小的死区段，除了特定的轨道电路类型能解决死区段外，现在普遍应用的站内25 HZ相敏轨道电路、2.3型轨道电路、高灵敏度轨道电路等并不能很好得解决由于电气绝缘而造成的死区段。而绝缘节在站内分布又更为密集和重要，所以电气绝缘只能在区间得到很好的应用而不能在站内发挥其作用。

面对以上这些问题我提出一个设想，既碎裂式绝缘的构想。

预期目标：

解决高强度绝缘的韧性问题，从而达到绝缘强度和韧性的结合，能和普通绝缘一样方便更换，减少其更换频率和维修量，从而达到预想目标。

碎裂式绝缘的原理：

针对高强度材料的韧性差的特点，我提出把高强度陶瓷材料做成碎快状，实践证明，加强型绝缘的内嵌陶珠材料具有很高的强度，所以我提出把陶质材料作成较小的块状，然后在铸那些碎快的时候在中间层面加入尼龙网状物，使得绝缘碎块串接在一张整体的尼龙丝网状物上而不得脱落，这样以碎快状的形式增加高强度材料的韧性，根据轨端绝缘在受挤压时的受力情况，采取高强度碎快的强度来支撑其受力，由于碎快分散使得每个碎快的受力面积减小，对轨面的压强增加，由于碎块状之间的连接松软，给强压力给予缓冲，这样来提高绝缘的耐持久性。

碎裂式绝缘的缺陷：首先，其制作要求较高，因为要在浇铸的时候产生的热量会使尼龙丝网受损，从而降低其连接碎块陶瓷不脱落的性能。其次，缺少实验数据，能否达到预期目标有待实践。再次，造价高于现有绝缘的造价。

碎裂式绝缘的材料构想：高强度陶瓷、尼龙丝网。

碎裂式绝缘的预想模型：

将高强度陶瓷，以碎块状形式浇注在尼龙网上，小块状陶瓷彼此以小间隙分离开来，磨其棱角，成圆棱状。如图一所示：

六角形边长与绝缘厚度等同，如8mm绝缘则浇注成8mm边长的六角形、5mm绝缘做成5mm边长的六边形，厚度等同边长会使得这种小块接近圆珠但又不同圆珠，圆珠不好排列容易造成缝隙，而且会如同加强型绝缘一样造成轨头窝状飞边，但圆珠型材料凝聚力强，强度大，所以我们做成六边形状，使其尽可能接近圆而不雷同。

小块排列如图二所示：

在排列的过程中避免直线，参差排列，使得小块受力不在同一条线上，使绝缘不会同轴线折断而延长其寿命。

尼龙丝网如图三所示：

在浇注过程中，加入尼龙丝网，而且需要尽量地加到中间层面，尼龙丝网极可能的密，这样的目的在于当六角小块被压裂时不至于脱落，有继续承担压力的作用。

成本核算：

现有50kg/m厚8mmMC尼龙材料轨端价格为7-8元人民币，但其在繁忙线上使用时限大约两个月左右，在驼峰场平均三天左右，一年一组轨端绝缘大概成本为45元人民币，在驼峰场大概500元人民币，加上现在更换绝缘工务两人、电务两人、用工成本折算后远大于碎裂式绝缘造价。如果就其性价比而言还是可行的，这其中还不包括换绝缘、绝缘造成的故障耽误行车影响等形成的成本。