橡膠軌道減震器電阻測試方法探討

劉國鈞 羅能鳳 陶 玲 于曉輝 程 璐

（1.株洲軌道交通高分子材料及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心 2.株洲時代新材料科技股份有限公司技術中心）

0 引言

隨著鐵路運輸朝著高速、重載方向發(fā)展，對行車安全、振動噪聲等的要求越來越高［1］。

軌道扣件系統(tǒng)被用于保證軌道結構的平穩(wěn)、安全和可靠［2］。其中，扣件系統(tǒng)用橡膠軌道減震器，其結構特點是利用橡膠將上層承軌板和下層底座硫化在一起，橡膠材料的應用使扣件系統(tǒng)兼具良好的減振降噪性能和絕緣性能［3］。軌道電路可分為直流軌道電路和交流軌道電路。直流軌道電路已被淘汰，現(xiàn)已采用交流供電的軌道電路，稱為交流軌道電路。國內(nèi)用直流電測試軌道減震器絕緣電阻的方法較為成熟，而使用交流電測試的方法較少。在實際使用中，軌道減震器主要處于戶外使用，使用環(huán)境較為復雜，有干態(tài)、濕態(tài)和雨淋狀態(tài)等，針對這些環(huán)境下的研究相對較少。本文旨在探討如何在實驗室內(nèi)真實有效地測量軌道減震器的絕緣電阻，為今后該類產(chǎn)品絕緣電阻的測量提供參考依據(jù)，將有利于指導產(chǎn)品的有效安全使用。

1 測試裝置

6517B型高阻計，美國吉時利儀器公司；DV-AC交流電阻測試儀，桂林東木科技有限公司；ZX50-A寬頻阻抗測量儀，桂林彰信檢測設備有限公司；高絕緣同軸屏蔽電纜導線，上海精密科學儀器有限公司。

2 測試方法和結果探討

2.1 直流和交流電源及其電壓大小的影響

軌道減震器應用于不同軌道上，首先需要根據(jù)實際使用的軌道電路情況選擇合適的測量電源。

直流電路測試電阻：用電纜導線連接6517B型高阻計的高壓端與低壓端，在軌頭上施加1min的直流電進行測試。

交流電路測試電阻：50Hz工頻下的交流絕緣電阻測試現(xiàn)場如圖1所示，電纜導線連接交流電阻計的高壓端與低壓端，在軌頭上施加1min的交流電。

圖1 交流絕緣電阻測試實物圖

實際測試中，直流電壓測試電阻依據(jù)TB／T 2626-1995《鐵道混凝土枕軌下用橡膠墊板技術條件》，一般測試電壓為100V、500V、1000V，測試結果見表1；交流電壓測試彈性元件阻抗依據(jù)TB／T 3396.5-2015《高速鐵路扣件系統(tǒng)試驗方法第5部分》，一般測試電壓為30V，測試結果見表1。由表所知，正常測試情況下，采用交流和直流電源測試結果差異很大，直流電阻大于交流阻抗。因此，在測試彈性元件產(chǎn)品的電阻時，必須根據(jù)該產(chǎn)品的實際使用情況，選擇合適的電源進行測試。使用直流和交流電源，隨著電壓的增大，測試得到的電阻／阻抗均減小。因此，在實際測試彈性元件產(chǎn)品電阻時，選擇合適的電壓。根據(jù)經(jīng)驗，一般建議直流選擇500V，交流選擇30V、50Hz。

表1 直流電源和交流電源測試結果

軌道減震器在不同電壓下的絕緣電阻變化趨勢如圖2所示。

圖2 軌道減震器在不同交直流電壓下的絕緣電阻

從圖中可以看出，直流條件下的測試電阻較交流條件下的測試電阻高得多，且隨著測試電壓增大，直流電阻值仍在不斷增大，而交流電阻變化不大，稍有下降。軌道減震器接在電路中，相當于在電路中串聯(lián)了一個電阻器和電容器的綜合體，而電容器的阻抗Xc表達式如下：

式中，f為測試頻率；C為電容量。

容抗Xc的概念反映了交流電可以通過電容器，電容器的電容越大，表明電容器儲存電荷的能力越大，在電壓一定的條件下，單位時間內(nèi)電路中充、放電移動的電荷量越大，電流越大，所以電容對交變電流的阻礙作用越小，即容抗越小；當電容器與直流電源相連接時，除了接通的瞬間因電容器充電而有電流外，一旦充電完畢，電路中就沒有電流了，其阻抗就相當大，所以軌道減震器用直流電測試的總電阻比交流電測試的高。

2.2 交流電測試頻率的影響

用電纜導線連接ZX50-A寬頻阻抗測量儀，施加1min的50V交流電在軌頭上，測量頻率范圍為20～10000Hz，在20～100Hz內(nèi)每次增量為20Hz，在100～1000Hz內(nèi)每次增量為200Hz，在1000～10000Hz內(nèi)每次增量為2000Hz，計算每個頻率增量所對應的阻抗。

軌道減震器在50V測試電壓下不同頻率時的絕緣電阻變化趨勢如圖3所示。從圖中可以看出，隨著軌道減震器測試頻率的增加，絕緣電阻先急劇減小，后漸漸趨于平緩。分析原因從，公式（1）可知，交流電頻率越高，容抗越小，即電容的阻礙作用越小。在交變電流的電壓一定時，交變電流的頻率越高，電路中充、放電越頻繁，單位時間內(nèi)電荷移動速率越大，電流越大，電容對交變電流的阻礙作用越小，即容抗越小，從而使得軌道減震器的總電阻值隨著測試頻率的增加而減小。當頻率達到2000Hz時，其電阻值趨于平緩，這是因為在一定的頻率時，電容器電阻值高時以分布電容影響為主，電阻值低時以其電感成分影響為主。隨著測試頻率升高，電阻串聯(lián)的電容導致阻抗減小，頻率再繼續(xù)升高到2000Hz時，則與電阻串聯(lián)的分布電感開始起作用，使阻抗減少的斜率也變小。

圖3 軌道減震器在不同頻率下交流的絕緣電阻

2.3 干態(tài)、濕態(tài)和噴淋對試樣的影響

（1）干態(tài)：將試樣在（23±2）℃、（50±2）%RH環(huán)境下調(diào)節(jié)24h后進行實驗；

（2）濕態(tài)：將試樣在去離子水中浸泡24h后，取出試樣擦干表面水分，在標準環(huán)境（23±2）℃、（50±2）%RH下進行實驗；

（3）噴淋：參照標準TB／T3396和EN13146-5設計噴淋裝置，照片如圖4所示。

圖4 噴淋環(huán)境中交流絕緣電阻實驗照片

不同狀態(tài)下的電阻測試結果見表2。通過結果可知，對于處于干態(tài)、濕態(tài)、噴淋狀態(tài)下的軌道減震器，干態(tài)電阻最大，濕態(tài)電阻次之，噴淋狀態(tài)下電阻最小。

表2 不同狀態(tài)下的電阻測試結果

圖5給出了表面噴油漆和表面沒有噴油漆的軌道減震器在水噴淋環(huán)境的絕緣電阻變化趨勢。從圖中可以看出，在常溫常濕環(huán)境中其絕緣電阻有1.36×107Ω，而在2min的水噴淋過程中噴油漆的軌道減震器絕緣電阻下降到9.9×103Ω左右，未噴油漆的軌道減震器絕緣電阻下降到100Ω左右，隨著水噴淋的停止，電阻值又慢慢的隨著時間的增加而上升，直到10min時電阻趨于平穩(wěn)，表面噴油漆的絕緣電阻達到8.0×106Ω，遠比未噴油漆的絕緣電阻3.4×106Ω高。這是由于軌道減震器表面涂油漆后，油漆為疏水材料，能迅速將噴在軌道減震器表面的水排開，使減震器表面的水膜厚度降低，電阻值變大［4-5］。

圖5 某地鐵下軌道減震器在水噴淋環(huán)境中的絕緣電阻

對于表面噴油漆和表面沒有噴油漆的軌道減震器產(chǎn)品，水噴淋時的電阻是最小的，因為水噴淋時，在兩條鋼軌之間形成水膜，而水導電，使絕緣電阻變小。在列車高速運行時，兩條鋼軌之間的阻抗由多個電阻的并聯(lián)值所決定，即主要取決于其中最小的電阻，因此在實際應用中更要重視軌道減震器在水噴淋環(huán)境中的絕緣電阻值測試、減震材料的選擇及表面的處理。

3 結束語

對軌道減震器絕緣電阻實驗的系統(tǒng)研究，明確了交流電與直流電對軌道減震器絕緣電阻值的影響，特別是高頻電壓、水噴淋環(huán)境對電阻值的影響。在交變電流電壓一定時，交變電流的頻率越高，電阻值越大，水噴淋環(huán)境會極大地降低電阻值，采用涂料防護可有效降低這種影響。

所提出的不同交流電阻實驗方法同樣適用于其它軌道扣件的電阻性能測試，實際應用中，建議采用實際的頻率、水噴淋環(huán)境，進行絕緣電阻實驗，將更有利于指導產(chǎn)品的有效安全使用。