Het structuurontwerp van slijpsteen
Een van de grootste nadelen van binnenlands geproduceerde slijpstenen is momenteel de neiging om stalen rails te verbranden [1]. Tijdens het proces van het slijpen van rails zijn het slijpeffect van schuurmiddelen (glijden, ploegen, snijden) en de wrijving tussen het bindmiddel en de railinterface de belangrijkste bronnen van slijpwarmte [3]. Onder het koppelingseffect van warmte (slijpwarmte) en kracht (mechanische kracht) ondergaat het perliet in het railmateriaal austeniettransformatie en vormt vervolgens martensiet en ferriet tijdens het afkoelen, wat resulteert in een hoge hardheid en een brosse witte laagstructuur. Gedeeltelijke scheuren zullen zich voortplanten op de grens tussen de witte laag en perliet, wat voortijdig falen van de rail veroorzaakt [1], zoals weergegeven in Figuur 1 (a). Tijdens het polijstproces ondergaat het oppervlak van de stalen rail verschillende graden van oxidatie, wat resulteert in verschillende kleuren van de gepolijste rail. Geel, blauw en paars worden gewoonlijk "brandwonden" genoemd. Lin et al. [9] plaatsten een semi-kunstmatige thermokoppel in de stalen rail om de temperatuur van de polijstinterface in realtime te bewaken onder verschillende polijstparameters. Ze vergeleken de polijsttemperatuur met de mate van verbranding op het oppervlak van de stalen rail en stelden een relatiemodel op tussen de mate van verbranding (kleurverandering) en de polijsttemperatuur, zoals weergegeven in Figuur 1 (b). Op deze basis stelden Zhou et al. [3] een relatiemodel op tussen temperatuur en de dikte en stookgraad van de witte laag tijdens het polijsten van de rail, wat een nieuwe methode opleverde voor het optimaliseren van de parameters van het polijsten van de rail, zoals weergegeven in Figuur 1 (c). De bovenstaande onderzoeksresultaten geven aan dat het optimaliseren van slijpparameters en het verminderen van slijpwarmte belangrijke methoden zijn voor het verbeteren van railverbrandingen.
Figuur 1. De door slijpen veroorzaakte railverbranding en witte etslaag (WEL)
Veel wetenschappers onderzoeken het mechanisme van rail grinding burn vanuit het perspectief van het ontwerp van slijpsteen. De onderzoeksresultaten van Zhang et al. [2] geven aan dat witte korund slijpsteen de beste zelfscherpte en het meest significante slijpeffect heeft, wat resulteert in de hoogste slijptemperatuur en de grootste witte laagdikte. Yuan et al. [4] hebben een poriestructuur in de slijpsteen geprefabriceerd, wat gunstig is voor de afvoer van slijpresten, verstopping van de slijpsteen vermindert, de slijptemperatuur verlaagt en de oppervlaktekwaliteit van de gepolijste stalen rail verbetert. Wang et al. [5] hebben een onderzoek uitgevoerd naar de invloed van de hardheid van de slijpsteen (N, R, P, T) op de oppervlaktekwaliteit van stalen rails, en de resultaten toonden aan dat de dikte van de witte laag toenam met de toename van de hardheid van de slijpsteen. Daarom heeft een redelijke regulering van de structuur van de slijpsteen (poriën, schuurmiddelsamenstelling), hardheid, enz. een positief effect op het verbeteren van rail burns.
De bovenstaande onderzoeksresultaten geven aan dat slijpparameters en de prestaties van de slijpsteen de twee belangrijkste factoren zijn die de brandwonden van het slijpen van rails beïnvloeden. Voor bestaande polijstvoertuigen op de route is het moeilijk om aanzienlijke aanpassingen te doen aan de bedrijfsparameters van de bestaande voertuigstructuur om de polijstefficiëntie te garanderen. Daarom is het ontwerp en de prestatiecontrole van de slijpsteenstructuur een van de effectieve manieren om de brandwonden van rails te verbeteren. Wu et al. [7, 8] implanteerden gesoldeerde diamantgeprefabriceerde blokken in een bepaalde opstelling in de slijpsteen, zoals weergegeven in Afbeelding 2 (a). De polijstresultaten tonen aan dat de samengestelde slijpsteen de efficiëntie van het polijsten van rails effectief kan verbeteren, de oppervlakteruwheid van de gepolijste rail kan verminderen en de brandwonden van rails kan verbeteren. Zhao Jinbo et al. [9] bonden CaF2 met polyetheretherketon om zelf-smerende verbindingsblokken te vormen en bereidden zelf-smerende slijpstenen voor door ze in het embryo van de slijpsteen te plaatsen, zoals weergegeven in Afbeelding 2 (b). De slijpresultaten tonen aan dat het zelf-smerende verbindingsblok continu kan loslaten op de interface tussen de slijpsteen en de rail naarmate de slijpsteen slijt, waardoor de slijpwarmte wordt verminderd en de railverbranding wordt verbeterd. Het implanteren van gesoldeerde geprefabriceerde blokken, zelf-smerende verbindingsblokken, enz. in de slijpsteenmatrix resulteert in een ongelijkmatige slijpsteenstructuur en introduceert een interface met lage sterkte (slijpsteenmatrix/implantaatblokinterface), waardoor de mechanische eigenschappen (rotatiesterkte, dynamische balans, enz.) van de composietstructuur worden gewaarborgd. De slijpsteen is een belangrijke uitdaging. Wu et al. [10] ontwierpen een gesoldeerde CBN-slijpschijf met een spleet zoals weergegeven in Afbeelding 2 (c), die de verbranding van railwerkstukken verbeterde. De soldeerlaag die in de slijpsteen wordt gebruikt, heeft echter een slechte slijtvastheid tijdens het slijpproces van de rail en de levensduur van de slijpsteen is extreem kort. Daarom heeft een verstandig ontwerp/regulering van de structuur van de slijpsteen een positief effect op het verminderen van de slijpwarmte en het verbeteren van de verbranding van de rails. Het is echter een voorwaarde die volledig in overweging moet worden genomen om ervoor te zorgen dat de slijpsteen goede fysieke en chemische eigenschappen en bewerkbaarheid heeft.
(a) Vooraf ingestelde diamantblok slijpsteen [7,8]
(b) Vooraf ingestelde zelf-smerende blokslijpsteen[9](c)Spleetvormige slijpsteen [10]
Figuur 2. Het structuurontwerp van de slijpsteen
Referentie
[1]A Al-Juboori, DAVID Wexler, LI Huijun, et al. Squat Formation en het voorkomen van twee verschillende klassen van witte etslaag op het oppervlak van railstaal[J]. International Journal of Fatigue, 2017, 104: 52-60.
[2]GUO Shuai, ZHAO Xiangji, HE Chenggang, et al. Effecten van slijpmarkeringen op vermoeiingsschade van rails onder wateromstandigheden[J]. China Mechanical Engineering, 2019, 30(08): 889-895.
[3]36[3] ZHOU Kun, DING Haohao, Steenbergen Michaël, et al. Temperatuurveld en materiaalrespons als functie van railslijpparameters[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2021, 175: 12366.
[4]YUAN Yongjie, ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, et al. Poreuze slijpschijven voor het verlichten van voorvermoeidheid en het verhogen van de materiaalverwijderingsefficiëntie voor het slijpen van rails[J]. Tribology International, 2021, 154: 106692
[5]WANG Ruixiang, ZHOU Kun, YANG Jinyu, et al. Effecten van schurend materiaal en hardheid van slijpschijf op railslijpgedrag[J]. Wear, 2020, 454-455: 203332.
[6]57[6] ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, ZHANG Jun, et al. Onderzoek naar het effect van de korrelgrootte van het schuurmiddel op het slijpgedrag van rails[J]. Journal of Manufacturing Processes, 2020, 53: 388-395.
[7]XIAO Bing, XIAO Haozhong, XIAO Bo, et al. Slijpschijf voor het slijpen van rails met hoge efficiëntie en de productiemethode: China, CN 108453638 A[P]. 2018-08-28.
[8]WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong, et al. Slijtagekenmerken van gesoldeerde diamantplaten met verschillende slijptijden[J]. Wear, 2019, 432-433: 202942.
[9]WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong, et al. Studie naar slijtagekarakteristieken van gesoldeerde diamantplaat voor railscomposiet slijpschijf onder verschillende drukken[J]. Wear, 2019, 424-425: 183-192.
[10]LIN Bin, ZHOU Kun, GUO Jun, et al. Invloed van slijpparameters op oppervlaktetemperatuur en brandgedrag van slijprail[J]. Tribology International, 2018, 122: 151-162.