Os comportamentos de retificação autoadaptáveis ​​da retificação de trilhos de alta velocidade sob os movimentos compostos de deslizamento e rolamento

Os comportamentos de retificação autoadaptativos de trilhos de alta velocidade sob movimentos compostos de deslizamento e rolamento se concentraram na otimização do desempenho de retificação e da qualidade da superfície. Ferrovias de alta velocidade, caracterizadas por altas velocidades operacionais e cargas leves por eixo, frequentemente sofrem de fadiga de contato de rolamento [1], o que leva à lascamento da superfície [2-4], rachaduras por fadiga [5,6] e fraturas [7,8]. Esses problemas exigem manutenção oportuna para garantir aoperação segura e confiável de redes ferroviárias. As técnicas tradicionais de retificação de trilhos visam resolver defeitos profundos, mas frequentemente resultam em ineficiências, tempos de manutenção prolongados e danos térmicos. A retificação de alta velocidade (HSG) surgiu como uma alternativa eficaz, oferecendo velocidades de retificação mais altas (60–80 km/h) e "janelas de manutenção" reduzidas. Ao contrário da retificação convencional, a HSG opera por meio de movimentos compostos de deslizamento e rolamento, acionados por forças de atrito entre as rodas de retificação (GWs) e a superfície do trilho [9]. Este mecanismo exclusivo permite a remoção de material e a autoafiação abrasiva. No entanto, a interação entre os movimentos de deslizamento e rolamento foi insuficientemente explorada, limitando o potencial da HSG para otimização da manutenção ferroviária. Neste trabalho, um equipamento de teste HSG caseiro foi empregado para simular condições de retificação no local. Os experimentos foram conduzidos sob vários ângulos de contato (30°, 45° e 60°) e cargas de retificação (500 N, 700 N e 900 N) [10, 11].

1. A proporção de deslizamento-rolagem.Os resultados demonstram que os movimentos compostos de deslizamento-rolagem desempenham um papel crucial na influência do comportamento de retificação. A razão deslizamento-rolagem (SRR), definida como a razão entre a velocidade de deslizamento e a velocidade de rolagem, conforme mostrado na Fig. 1, aumentou com o ângulo de contato e a carga de retificação, o que refletiu intuitivamente as mudanças no movimento composto de deslizamento-rolagem dos pares de retificação. Por exemplo, a SRR cresceu de 0,18 em um ângulo de contato de 30° para 0,81 em 60°. Essa mudança do movimento dominado pela rolagem para um equilíbrio entre deslizamento e rolagem melhorou significativamente os resultados da retificação. O estudo descobriu que um ângulo de contato de 45° produziu a maior eficiência de retificação, enquanto um ângulo de contato de 60° produziu a melhor qualidade de superfície. A rugosidade da superfície (Ra) diminuiu substancialmente conforme o ângulo de contato aumentou, de 12,9 μm em 30° para 3,5 μm em 60°, conforme mostrado na Fig. 2 a Fig. 4.

2. WEL induzido por moagem.Durante o processo de retificação, devido aos efeitos de acoplamento termomecânico, incluindo alto estresse de contato, temperaturas elevadas e resfriamento rápido, transformações metalúrgicas e deformação plástica ocorrem na superfície do trilho. Essas mudanças levam à formação de uma camada de corrosão branca quebradiça (WEL), que é propensa a fraturar sob tensões cíclicas do contato roda-trilho. Todos os resultados revelam que a espessura média da WEL é menor que 8 μm, que é mais fina do que a WEL induzida por retificação ativa (~40 μm) [12, 13], conforme mostrado na Fig.5. Esse fenômeno provavelmente está relacionado às características únicas do método HSG. Em comparação com a retificação ativa tradicional, na HSG, uma única partícula abrasiva se envolve no processo de retificação por apenas um breve período durante um ciclo de revolução, mesmo em altos ângulos de contato. Na maior parte do tempo, a partícula abrasiva está no período de dissipação de calor após a retificação. Isso garante que a partícula abrasiva tenha tempo suficiente para dissipar o calor antes de retornar à moagem, resultando em melhores condições térmicas na interface de moagem.

3. Trituração de detritos.A análise de detritos de moagem forneceu insights adicionais sobre os mecanismos de remoção de material, conforme mostrado na Fig.6 e Fig.7. Detritos em forma de lâmina e em fluxo, que significam desempenho de moagem eficaz, foram mais prevalentes em SRRs mais altos. Em contraste, detritos em bloco e fatiados foram dominantes em ângulos de contato mais baixos, refletindo desempenho de moagem inadequado. A presença de detritos esféricos aumentou com cargas de moagem, indicando temperaturas de moagem elevadas. Essas observações destacam a importância de otimizar os parâmetros de moagem para equilibrar a eficiência e as condições térmicas.

4. Mecanismo de movimento composto de deslizamento e rolamento.O estudo também revelou a interação dinâmica entre os movimentos de deslizamento e rolamento no processo de retificação, conforme mostrado na Fig. 8. O deslizamento facilitou a remoção do material da superfície do trilho, enquanto o rolamento melhorou a descarga de detritos e a autoafiação abrasiva. Esse equilíbrio dinâmico é essencial para obter retificação eficiente com dano térmico mínimo. No entanto, uma ênfase excessiva em qualquer movimento pode levar a resultados abaixo do ideal: o movimento dominado pelo rolamento aumenta a rugosidade da superfície, enquanto o movimento dominado pelo deslizamento pode resultar em renovação abrasiva reduzida e dano térmico aumentado.

5. Avaliação abrangente.Avaliações abrangentes do desempenho de retificação, incluindo eficiência de retificação, rugosidade da superfície e espessura WEL, destacaram as vantagens de otimizar os movimentos compostos de deslizamento-rolagem, conforme mostrado na Fig. 9. Os gráficos de radar do desempenho de retificação sob várias cargas e ângulos de contato mostraram que um ângulo de contato de 45° forneceu o melhor equilíbrio geral de eficiência e qualidade. No entanto, o ângulo de contato de 60° produziu consistentemente as superfícies mais lisas, tornando-o ideal para passes de retificação finais. Essas descobertas sugerem que ajustes direcionados aos parâmetros de retificação podem abordar danos variáveis ​​à superfície do trilho de forma eficaz.

Esta pesquisa oferece implicações práticas para a manutenção de trilhos de alta velocidade. Para passes de retificação iniciais, um ângulo de contato de 45° maximiza a eficiência de remoção de material, enquanto um ângulo de 60° garante qualidade de superfície superior em estágios de acabamento. O estudo ressalta a importância do balanceamento dinâmico de movimentos de deslizamento e rolamento para melhorar o desempenho de retificação, melhorar a qualidade da superfície e estender a vida útil das rodas de retificação.

Concluindo, o estudo destaca o papel crítico dos movimentos compostos de deslizamento-rolagem na retificação de trilhos de alta velocidade. Ao otimizar a proporção de ações de deslizamento e rolagem, a HSG pode atingir eficiência de retificação e qualidade de superfície superiores, ao mesmo tempo em que minimiza danos térmicos. Essas descobertas fornecem uma base teórica para o avanço da tecnologia HSG e diretrizes práticas para melhorar as práticas de manutenção ferroviária.

Figura 1.Tendência de variação de SRR, COF e velocidade de rotação com cargas de retificação e ângulos de contato.

Figura 2.Eficiência de moagem sob diferentes ângulos de contato e cargas de moagem.

Figura 3.Morfologias de superfície de espécimes ferroviários sob diferentes ângulos de contato e cargas de retificação.

Figura 4.Rugosidade da superfície eMorfologias 3Dde amostras de trilhos sob diferentes ângulos de contato e cargas de retificação.

Figura 5.Imagens ópticas e metalográficas de MEV em corte transversal dos espécimes ferroviários.

Figura 6.O tipo e a proporção dedetritos de moagemsob diferentes ângulos de contato e cargas de retificação.

Figura 7.Imagens SEM e espectros EDS para diferentes tipos de resíduos de moagem.

Figura 8.Diagrama esquemático do efeito do movimento composto de deslizamento e rolamento no HSG.

Este trabalho foi relatado no Journal of Tribology International.

Referências

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