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Melhoria da queima de trilhos induzida por retificação por meio de rodas de retificação porosas

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Melhoria da queima de trilhos induzida por retificação por meio de rodas de retificação porosas

2024-10-23

A retificação de trilhos é um processo de remoção de material por meio de rodas de retificação rotativas. A quilometragem de retificação é bastante longa, o uso de fluido de corte não só aumentará o custo de manutenção, mas também causará poluição generalizada. Sem resfriamento e lubrificação, o calor gerado no processo de retificação não pode ser liberado a tempo, portanto, as queimaduras de trilhos são frequentemente observadas após os processos de retificação de trilhos devido às condições secas, alta velocidade de rotação das rodas de retificação (~3600 rpm) e carga de retificação (~2000 N) [1-4], conforme mostrado na Fig.1. Para melhorar ainda mais a eficiência de retificação e obter boa integridade de superfície, projetar e fabricar poros em rodas de retificação é uma maneira econômica e eficaz [5].

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Figura 1.A trituração causou queimaduras e camadas de corrosão branca no cabeçote do trilho.

Estudiosos chineses prepararam rodas de moagem porosas e caracterizaram seu desempenho de moagem em um equipamento autoprojetado [5]. Pode-se notar que uma vez que os poros foram gerados nas rodas de moagem, a resistência à compressão máxima foi reduzida em 35% de 83,74 MPa para 54,53 MPa. Os resultados dos experimentos de moagem apresentaram que com o aumento da porosidade das rodas de moagem, o volume de moagem foi ligeiramente melhorado, a temperatura de moagem diminuiu e a carga da roda foi reduzida. Os resultados indicam que a roda de moagem com maior porosidade possui uma melhor capacidade de auto-vestir, o que beneficia a prevenção da carga da roda.

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Figura 2.Morfologia da superfície de rebolos antes e depois do teste com diferentes porosidades: 8,12%(a) e (e), 15,81%(b) e (f), 18,60%(c) e (g) e 21,18%(d) e (h).
A camada de corrosão branca dura e quebradiça foi observada em todos os trilhos retificados devido ao calor de retificação, e o WEL mais espesso foi dado pela menor porosidade das rodas de retificação, conforme mostrado na Fig. 3 e Fig. 4. Abaixo do WEL há uma camada de perlita deformada formada pela deformação sob tensão de cisalhamento de grãos abrasivos. A dureza do WEL é de 5,77 GPa, cerca de 2 a 3 vezes mais dura do que a matriz de perlita. Muitos estudiosos concluíram que o WEL tem uma relação próxima com a fratura do trilho [6-8]. Causadas por tensões mistas de tração e cisalhamento das rodas durante o serviço dos trilhos, rachaduras podem aparecer na superfície. A rachadura formada se propagaria rapidamente através da camada WEL devido à sua natureza quebradiça, se estenderia na interface WEL e perlita ou mesmo se propagaria para baixo na matriz de perlita formando defeitos mais severos no trilho [9]. Portanto, o duro e quebradiço causaria a falha prematura do trilho retificado e pode ser efetivamente controlado pela porosidade das rodas de retificação.
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Figura 3.Dureza do WEL e da camada deformada.

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Figura 4.OM das seções transversais do trilho retificado por diferentes porosidades das rodas de retificação: 8,12%(a), 15,81%(b), 18,60%(c) e 21,18%(d).
O mecanismo de retificação da roda de retificação com estruturas de poros pode ser ilustrado na Fig. 5. Devido ao alto ângulo de ataque negativo e uma densidade de grão ativo relativamente alta, os cavacos de retificação primeiro derretem sob uma temperatura tão alta e então ficam presos na superfície da roda, deteriorando a capacidade de retificação da roda de retificação e aumentando o calor de retificação. Em contrapartida, a roda de retificação porosa possui uma melhor capacidade de auto-revestimento e contribui para um dano mais suave na superfície do trilho[8]. Por um lado, as estruturas de poros aumentam o espaço entre os grãos abrasivos, o que fornece espaço suficiente para armazenar cavacos e liberar o calor. Os cavacos podem ser enrolados no poro e eliminados pela interação subsequente de abrasivos, e também podem transferir uma parte do calor da zona de contato. Por outro lado, a tensão e a altura da saliência para cada grão ativo são maiores do que a roda de retificação comum, o que aumenta a espessura do cavaco não cortado e reduz o efeito de atrito entre o grão abrasivo e a superfície do trilho para reduzir a pré-fadiga causada pela retificação do trilho, conforme discutido. Portanto, dependendo do excelente desempenho de retificação e, consequentemente, do menor efeito de dano na superfície do trilho, a roda de retificação com estrutura porosa tem grande potencial para ser aplicada na tecnologia de retificação de trilhos em sua alta velocidade e condição de retificação a seco.
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Figura 5.Mecanismo de moagem de rebolo com estruturas porosas.
Referências
[1] Zhang W, Zhang P, Zhang J, Fan X, Zhu M. Sondando o efeito do tamanho do grão abrasivo nos comportamentos de retificação de trilhos. J Manuf Process 2020;53:388–95.
[2] Lin B, Zhou K, Guo J, Liu QY, Wang WJ. Influência dos parâmetros de moagem na temperatura da superfície e comportamentos de queima do trilho de moagem. Tribol Int 2018;122:151–62.
[3] Zhou K, Ding HH, Wang WJ, Wang RX, Guo J, Liu QY. Influência da pressão de moagem nos comportamentos de remoção de material ferroviário. Tribol Int 2019;134:417–26.
[4] Tawakoli T, Westkaemper E, Rabiey M. Moagem a seco por condicionamento especial. Int J Adv Manuf Technol 2007;33:419–24.
[5] Yuan Y, Zhang W, Zhang P, Fan X, Zhu M. Rodas de moagem porosas para aliviar a pré-fadiga e aumentar a eficiência de remoção de material para moagem de trilhos. Tribol Int 2021; 154: 106692.
[6] Magel E, Roney M, Kalousek J, Sroba P. A mistura de teoria e prática na retificação de trilhos modernos. Fatigue Fract Eng Mater Struct 2003;26:921–9.
[7] Cuervo PA, Santa JF, Toro A. Correlações entre mecanismos de desgaste e operações de retificação de trilhos em uma ferrovia comercial. Tribol Int 2015;82:265–73.
[8] Agarwal S. Sobre o mecanismo e a mecânica da carga da roda na retificação. J Manuf Process 2019;41:36–47.
[9] Zhang ZY, Shang W, Ding HH, Guo J, Wang HY, Liu QY, et al. Modelo térmico e campo de temperatura no processo de retificação de trilhos com base em uma fonte de calor móvel. Appl Therm Eng 2016;106:855–64.