رفتارهای سنگ زنی خود تطبیقی ​​سنگ زنی ریل با سرعت بالا تحت حرکات ترکیبی نورد لغزشی

رفتارهای خود تطبیقی ​​سنگ زنی ریل با سرعت بالا تحت حرکات کامپوزیت نورد لغزشی بر بهینه سازی عملکرد سنگ زنی و کیفیت سطح متمرکز شده است. راه‌آهن‌های پرسرعت که با سرعت‌های عملیاتی بالا و بارهای محور سبک مشخص می‌شوند، اغلب از خستگی تماس غلتشی رنج می‌برند [1] که منجر به پوسته شدن سطح [2-4]، ترک‌های خستگی [5،6] و شکستگی می‌شود [7،8] ]. این مسائل نیاز به تعمیر و نگهداری به موقع دارند تا اطمینان حاصل شودعملکرد ایمن و قابل اعتماد شبکه های ریلی. هدف تکنیک‌های سنگ‌زنی ریل سنتی رفع عیوب عمیق است، اما اغلب منجر به ناکارآمدی، طولانی شدن زمان تعمیر و نگهداری و آسیب حرارتی می‌شود. سنگ زنی با سرعت بالا (HSG) به عنوان یک جایگزین موثر ظاهر شده است که سرعت سنگ زنی بالاتر (60 تا 80 کیلومتر در ساعت) و کاهش "پنجره های تعمیر و نگهداری" را ارائه می دهد. بر خلاف سنگ زنی معمولی، HSG از طریق حرکات کامپوزیت نورد لغزشی عمل می کند که توسط نیروهای اصطکاک بین چرخ های سنگ زنی (GWs) و سطح ریل هدایت می شود [9]. این مکانیسم منحصربه‌فرد هم حذف مواد و هم خود تیز شدن ساینده را امکان‌پذیر می‌سازد. با این حال، تعامل بین حرکات لغزشی و غلتشی به اندازه کافی مورد بررسی قرار نگرفته است و پتانسیل HSG را برای بهینه‌سازی تعمیر و نگهداری ریل محدود می‌کند. در این کار، یک دستگاه تست HSG خانگی برای شبیه سازی شرایط سنگ زنی در محل استفاده شد. آزمایش‌ها تحت زوایای مختلف تماس (30 درجه، 45 درجه و 60 درجه) و بارهای سنگ‌زنی (500 نیوتن، 700 نیوتن، و 900 نیوتن) انجام شد [10، 11].

1. نسبت Slide-roll.نتایج نشان می‌دهد که حرکات کامپوزیت لغزشی-نورد نقش مهمی در تأثیرگذاری بر رفتار سنگ‌زنی دارند. نسبت لغزشی - نورد (SRR) که به عنوان نسبت سرعت لغزش به سرعت نورد تعریف شده است، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، هم با زاویه تماس و هم با بار سنگ زنی افزایش می یابد که به طور مستقیم تغییرات در حرکت ترکیبی لغزشی-نوردی سنگ زنی را منعکس می کند. جفت به عنوان مثال، SRR از 0.18 در زاویه تماس 30 درجه به 0.81 در 60 درجه افزایش یافت. این تغییر از حرکت تحت سلطه نورد به تعادل بین لغزش و غلتش به طور قابل توجهی نتایج آسیاب را بهبود بخشید. این مطالعه نشان داد که زاویه تماس 45 درجه بالاترین راندمان سنگ زنی را ایجاد می کند، در حالی که زاویه تماس 60 درجه بهترین کیفیت سطح را به همراه دارد، زبری سطح (Ra) به طور قابل توجهی با افزایش زاویه تماس کاهش می یابد، از 12.9 میکرومتر در 30 درجه به 3.5 میکرومتر در 60 درجه، همانطور که در شکل 2 تا شکل 4 نشان داده شده است.

2. WEL ناشی از سنگ زنی.در طول فرآیند سنگ زنی، به دلیل اثرات جفت مکانیکی حرارتی، از جمله تنش تماسی بالا، دماهای بالا و خنک شدن سریع، دگرگونی های متالورژیکی و تغییر شکل پلاستیک در سطح ریل رخ می دهد. این تغییرات منجر به تشکیل یک لایه اچینگ سفید شکننده (WEL) می‌شود که تحت تنش‌های چرخه‌ای ناشی از تماس چرخ و ریل مستعد شکستگی است. همه نتایج نشان می‌دهند که ضخامت متوسط ​​WEL کمتر از 8 میکرومتر است، که نازک‌تر از WEL ناشی از آسیاب فعال (~40 میکرومتر) است [12، 13]، همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است. این پدیده احتمالاً مربوط به ویژگی‌های منحصر به فرد روش HSG است، در مقایسه با آسیاب فعال سنتی، در HSG، یک ذره ساینده تنها برای مدت کوتاهی در طول یک چرخه چرخشی، حتی در زوایای تماس بالا، در فرآیند سنگ‌زنی شرکت می‌کند. در اکثر مواقع، ذرات ساینده در دوره اتلاف حرارت پس از آسیاب قرار دارند. این تضمین می کند که ذرات ساینده قبل از درگیر شدن مجدد در سنگ زنی، زمان کافی برای دفع گرما داشته باشد و در نتیجه شرایط حرارتی در سطح مشترک آسیاب بهبود یابد.

3. خرد کردن زباله.همانطور که در شکل 6 و 7 نشان داده شده است، تجزیه و تحلیل زباله های آسیاب، بینش های بیشتری را در مورد مکانیسم های حذف مواد ارائه کرد. زباله های جریان مانند و چاقویی شکل، که نشان دهنده عملکرد موثر آسیاب هستند، در SRRهای بالاتر شایع تر بودند. در مقابل، خرده‌های بلوک و برش‌شده در زوایای تماس پایین‌تر غالب بودند که نشان‌دهنده عملکرد ناکافی سنگ‌زنی است. حضور زباله‌های کروی با بارهای سنگ‌زنی افزایش می‌یابد که نشان‌دهنده افزایش دمای آسیاب است. این مشاهدات اهمیت بهینه سازی پارامترهای آسیاب را برای متعادل کردن راندمان و شرایط حرارتی برجسته می کند.

4. مکانیسم حرکت ترکیبی غلتشی کشویی.این مطالعه همچنین تأثیر متقابل دینامیکی بین حرکات لغزشی و غلتشی را در فرآیند آسیاب نشان داد، همانطور که در شکل 8 نشان داده شده است. لغزش حذف مواد از سطح ریل را تسهیل می کند، در حالی که نورد باعث افزایش تخلیه زباله و خود تیز شدن ساینده می شود. این تعادل دینامیکی برای دستیابی به سنگ زنی کارآمد با حداقل آسیب حرارتی ضروری است. با این حال، تاکید بیش از حد بر روی هر یک از حرکت‌ها می‌تواند منجر به نتایج غیربهینه شود: حرکت غلتشی زبری سطح را افزایش می‌دهد، در حالی که حرکت تحت سلطه لغزش می‌تواند منجر به کاهش تجدید ساینده و افزایش آسیب حرارتی شود.

5. ارزیابی جامع.ارزیابی های جامع عملکرد سنگ زنی، از جمله راندمان سنگ زنی، زبری سطح، و ضخامت WEL، مزایای بهینه سازی حرکات کامپوزیت لغزشی-نورد را برجسته کرد، همانطور که در شکل 9 نشان داده شده است. نمودارهای راداری عملکرد سنگ زنی تحت بارهای مختلف و زوایای تماس نشان داد که زاویه تماس 45 درجه بهترین تعادل کلی راندمان و کیفیت را فراهم می کند. با این حال، زاویه تماس 60 درجه به طور مداوم صاف ترین سطوح را ایجاد می کند، و آن را برای عبور سنگ زنی نهایی ایده آل می کند. این یافته ها نشان می دهد که تنظیمات هدفمند برای پارامترهای سنگ زنی می تواند آسیب های مختلف سطح ریل را به طور موثر برطرف کند.

این تحقیق مفاهیم عملی را برای تعمیر و نگهداری ریل پرسرعت ارائه می دهد. برای پاس های اولیه سنگ زنی، زاویه تماس 45 درجه کارایی حذف مواد را به حداکثر می رساند، در حالی که زاویه 60 درجه کیفیت سطح برتر را در مراحل تکمیل تضمین می کند. این مطالعه بر اهمیت تعادل دینامیکی حرکات لغزشی و غلتشی برای افزایش عملکرد سنگ زنی، بهبود کیفیت سطح و افزایش طول عمر چرخ های سنگ زنی تاکید می کند.

در نتیجه، این مطالعه نقش حیاتی حرکات کامپوزیت نورد لغزشی را در سنگ زنی ریل با سرعت بالا برجسته می کند. با بهینه سازی نسبت لغزش و غلتش، HSG می تواند به راندمان سنگ زنی و کیفیت سطح برتر دست یابد و در عین حال آسیب حرارتی را به حداقل برساند. این یافته‌ها یک پایه نظری برای پیشرفت فناوری HSG و دستورالعمل‌های عملی برای بهبود شیوه‌های تعمیر و نگهداری ریل فراهم می‌کند.

شکل 1.روند تغییرات SRR، COF، و سرعت چرخش با بارهای سنگ زنی و زوایای تماس.

شکل 2.راندمان سنگ زنی تحت زوایای تماس و بارهای مختلف سنگ زنی.

شکل 3.مورفولوژی سطح نمونه های ریل تحت زوایای مختلف تماس و بارهای سنگ زنی

شکل 4.زبری سطح ومورفولوژی های سه بعدینمونه های ریل تحت زوایای تماس و بارهای سنگ زنی مختلف.

شکل 5.تصاویر متالوگرافی نوری و SEM مقطعی از نمونه های ریل.

شکل 6.نوع و نسبتخرد کردن زبالهتحت زوایای تماس مختلف و بارهای سنگ زنی.

شکل 7.تصاویر SEM و طیف EDS برای انواع مختلف زباله های آسیاب.

شکل 8.نمودار شماتیک اثر حرکت کامپوزیت لغزشی-غلتدی بر HSG.

این کار در مجله Tribology International گزارش شده است.

مراجع

[1] Fan W، Wu C، Wu Z، و همکاران. مکانیسم تماس ایستا بین چرخ تماس دندانه دار و ریل در سنگ زنی ریلی با تسمه ساینده [J]. مجله فرآیندهای ساخت، 2022، 84: 1229-1245.

[2] Cheng ZN، Zhou Y، Li PJ، و همکاران. مکانیسم انتشار ترک و پوسته شدن سطح ریل بر اساس پری دینامیک [J]. مجله دانشگاه تونگجی، 2023، 51 (6): 912-922.

[3] وانگ JN، Guo X، Jing L، و همکاران. شبیه‌سازی المان محدود پاسخ ضربه چرخ به ریل ناشی از پوسته شدن آج چرخ قطارهای پرسرعت [J]. انفجار و امواج شوک، 2022، 42(4): 045103-1-045103-15.

[4] Hua J، Liu J، Liu F، و همکاران. مطالعه بر روی آسیب سایش نواری WEA و ریزش خستگی مواد ریلی U71MnG توسط درمان خاموش کردن لیزر [J]. Tribology International، 2022، 175: 107811.

[5] Benoît D، Salima B، Marion R. توصیف چند مقیاسی شروع چک سر در ریل تحت خستگی تماس غلتشی: تجزیه و تحلیل مکانیکی و ریزساختار [J]. Wear, 2016, 366: 383-391.

[6] Shur EA، Borts AI، Bazanova LV، و همکاران. تعیین نرخ رشد ترک خستگی و زمان در ریل با استفاده از ماکرولین های خستگی [J]. متالورژی روسیه (فلز)، 2020، 2020: 477-482.

[7] الجبوری ع، ژو ح، لی اچ، و دیگران. بررسی ریزساختاری بر روی شکست شکستگی ریل مرتبط با نقص اسکوات [J]. تجزیه و تحلیل شکست مهندسی، 2023، 151: 107411.

[8] مسعودی نژاد ر.، فرهنگ دوست ک، شریعتی محمد. تحلیل ریزساختاری و رفتار شکست خستگی فولاد ریل [J]. Mechanics of Advanced Materials and Structures, 2020, 27 (2): 152-164.

[9] Von Diest K، Puschel A. کاهش سر و صدای سنگ زنی سریع راه آهن از طریق سنگ زنی منظم ریل بدون وقفه در ترافیک [C]//INTER-NOISE و NOISE-CON کنگره و کنفرانس ProceedingGW. موسسه مهندسی کنترل نویز، 2013، 247 (2): 5206-5212.

[10] Von Diest K، Ferrarotti G، Kik W، و همکاران. تجزیه و تحلیل سایش وسیله نقلیه با سرعت بالا HSG-2: اعتبارسنجی، شبیه‌سازی و مقایسه با اندازه‌گیری‌ها[M]//Dynamics of Vehicles on Roads and Tracks Vol 2. CRC Press، 2017: 925-930.

[11] Von Diest K، Puschel A. کاهش سر و صدای سنگ زنی با سرعت بالا در راه آهن از طریق سنگ زنی منظم ریل بدون وقفه در ترافیک موسسه مهندسی کنترل نویز، 2013، 247 (2): 5206-5212.

[12] Mesaritis M، Santa JF، Molina LF، و همکاران. ارزیابی سنگ زنی پس از میدان نمرات مختلف ریل در آزمایشات آزمایشگاهی چرخ / ریل در مقیاس کامل [J]. Tribology International، 2023، 177: 107980.

[13] Rasmussen CJ، Fæster S، Dhar S، و همکاران. تشکیل ترک سطحی روی ریل ها در هنگام سنگ زنی لایه های حکاکی سفید مارتنزیت [J]. پوشیدن، 2017، 384: 8-14.