การเจียรรางเป็นกระบวนการกำจัดวัสดุโดยใช้ล้อเจียรหมุน ระยะทางในการเจียรค่อนข้างยาว การใช้ของเหลวตัดไม่เพียงแต่จะเพิ่มต้นทุนการบำรุงรักษาเท่านั้น แต่ยังก่อให้เกิดมลพิษในวงกว้างอีกด้วย หากไม่มีการระบายความร้อนและการหล่อลื่น ความร้อนที่เกิดขึ้นในกระบวนการเจียรจะไม่สามารถระบายออกได้ทันเวลา ดังนั้น จึงมักพบการไหม้ของรางหลังจากกระบวนการเจียรรางเนื่องจากสภาวะแห้ง ความเร็วรอบหมุนสูงของล้อเจียร (~3600 รอบต่อนาที) และภาระในการเจียร (~2000 นิวตัน) [1-4] ตามที่แสดงในรูปที่ 1 เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการเจียรและให้พื้นผิวมีความสมบูรณ์ การออกแบบและการผลิตรูพรุนในล้อเจียรเป็นวิธีที่ประหยัดและมีประสิทธิภาพ [5]

รูปที่ 1.การเผาไหม้ที่เกิดจากการบดและชั้นการกัดกร่อนสีขาวบนรางรถไฟ
นักวิชาการชาวจีนได้เตรียมล้อเจียรที่มีรูพรุนและกำหนดลักษณะประสิทธิภาพการเจียรบนแท่นขุดที่ออกแบบเอง [5] สังเกตได้ว่าเมื่อล้อเจียรมีรูพรุนแล้ว ความแข็งแรงอัดสูงสุดจะลดลง 35% จาก 83.74 MPa เป็น 54.53 MPa ผลการทดลองเจียรแสดงให้เห็นว่าเมื่อล้อเจียรมีรูพรุนมากขึ้น ปริมาตรการเจียรจะดีขึ้นเล็กน้อย อุณหภูมิในการเจียรจะลดลง และภาระของล้อจะลดลง ผลการทดลองระบุว่าล้อเจียรที่มีรูพรุนมากขึ้นจะมีความสามารถในการแต่งตัวเองได้ดีขึ้น ซึ่งมีประโยชน์ในการป้องกันการบรรทุกของล้อ
รูปที่ 2.สัณฐานวิทยาพื้นผิวของล้อเจียรก่อนและหลังการทดสอบที่มีความพรุนต่างกัน: 8.12%(a) & (e), 15.81%(b) & (f), 18.60%(c) & (g) และ 21.18%(d) &(h)
มีการสังเกตเห็นชั้นการกัดกร่อนสีขาวที่แข็งและเปราะบางบนหัวรางทั้งหมดเนื่องจากความร้อนจากการเจียร และชั้น WEL ที่หนาที่สุดนั้นเกิดจากความพรุนที่ต่ำที่สุดของล้อเจียร ดังที่แสดงในรูปที่ 3 และรูปที่ 4 ด้านล่าง WEL คือชั้นเพิร์ลไลต์ที่เสียรูป ซึ่งเกิดจากการเสียรูปภายใต้แรงเฉือนของกรวดขัด ความแข็งของ WEL คือ 5.77 GPa ซึ่งแข็งกว่าเมทริกซ์ของเพิร์ลไลต์ประมาณ 2~3 เท่า นักวิชาการหลายคนสรุปว่า WEL มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับการแตกของราง [6-8] รอยแตกอาจปรากฏบนพื้นผิวเนื่องมาจากแรงดึงและแรงเฉือนผสมกันของล้อระหว่างการใช้งานราง รอยแตกที่เกิดขึ้นจะแพร่กระจายอย่างรวดเร็วผ่านชั้น WEL เนื่องจากมีลักษณะเปราะบาง ขยายที่ส่วนต่อระหว่าง WEL และเพอร์ไลต์ หรือแม้แต่แพร่กระจายลงไปในเมทริกซ์เพิร์ลไลต์ ทำให้รางมีข้อบกพร่องที่รุนแรงกว่า[9] ดังนั้น ความแข็งและเปราะบางจะทำให้รางดินเสียหายก่อนเวลาอันควร และสามารถควบคุมได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยความพรุนของล้อเจียร

รูปที่ 3.ความแข็งของ WEL และชั้นที่ผิดรูป
รูปที่ 4.OM ของหน้าตัดของพื้นดินรางโดยความพรุนของล้อเจียรต่างกัน: 8.12%(a), 15.81%(b), 18.60%(c) และ 21.18%(d)
กลไกการเจียรของล้อเจียรที่มีโครงสร้างรูพรุนสามารถแสดงได้ในรูปที่ 5 เนื่องจากมุมคายเชิงลบที่สูงและความหนาแน่นของกรวดที่ใช้งานค่อนข้างสูง เศษหินเจียรจึงละลายก่อนภายใต้อุณหภูมิสูงดังกล่าว จากนั้นจึงติดอยู่บนพื้นผิวล้อ ทำให้ความสามารถในการเจียรของล้อเจียรลดลงและความร้อนในการเจียรเพิ่มขึ้น เมื่อล้อเจียรที่มีรูพรุนหดตัว ล้อเจียรที่มีรูพรุนจะมีความสามารถในการแต่งตัวเองได้ดีกว่าและก่อให้เกิดความเสียหายเล็กน้อยบนพื้นผิวราง[8] ในแง่หนึ่ง โครงสร้างรูพรุนเพิ่มช่องว่างระหว่างกรวดขัดซึ่งให้พื้นที่เพียงพอสำหรับการเก็บเศษหินและระบายความร้อน เศษหินสามารถม้วนงอในรูพรุนและกำจัดออกได้โดยการโต้ตอบกันของสารขัดในภายหลัง และยังสามารถถ่ายเทความร้อนบางส่วนจากโซนสัมผัสได้อีกด้วย ในอีกแง่หนึ่ง ความเครียดและความสูงของการยื่นออกมาสำหรับกรวดที่ใช้งานแต่ละเม็ดจะมากกว่าล้อเจียรทั่วไป ซึ่งจะเพิ่มความหนาของเศษหินที่ยังไม่ได้ตัดและลดเอฟเฟกต์การเสียดสีระหว่างกรวดขัดและพื้นผิวรางเพื่อลดความเมื่อยล้าล่วงหน้าที่เกิดจากการเจียรรางตามที่ได้กล่าวไว้ ดังนั้น ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพการบดที่โดดเด่นและผลกระทบต่อพื้นผิวรางที่ลดลงตามลำดับ ล้อเจียรที่มีโครงสร้างรูพรุนจึงมีศักยภาพอย่างมากในการนำไปประยุกต์ใช้ในเทคโนโลยีการบดรางภายใต้สภาวะความเร็วสูงและการบดแบบแห้ง
รูปที่ 5.กลไกการเจียรของล้อเจียรที่มีโครงสร้างรูพรุน
อ้างอิง
[1] Zhang W, Zhang P, Zhang J, Fan X, Zhu M. การตรวจสอบผลกระทบของขนาดเม็ดขัดต่อพฤติกรรมการเจียรราง J Manuf Process 2020;53:388–95
[2] Lin B, Zhou K, Guo J, Liu QY, Wang WJ อิทธิพลของพารามิเตอร์การบดต่ออุณหภูมิพื้นผิวและพฤติกรรมการเผาไหม้ของรางบด Tribol Int 2018;122:151–62
[3] Zhou K, Ding HH, Wang WJ, Wang RX, Guo J, Liu QY อิทธิพลของแรงกดในการเจียรต่อพฤติกรรมการกำจัดวัสดุราง Tribol Int 2019;134:417–26
[4] Tawakoli T, Westkaemper E, Rabiey M. การบดแห้งโดยการปรับสภาพพิเศษ Int J Adv Manuf Technol 2007;33:419–24
[5] Yuan Y, Zhang W, Zhang P, Fan X, Zhu M. ล้อเจียรที่มีรูพรุนเพื่อบรรเทาความเมื่อยล้าล่วงหน้าและเพิ่มประสิทธิภาพการกำจัดวัสดุสำหรับการเจียรราง Tribol Int 2021; 154: 106692
[6] Magel E, Roney M, Kalousek J, Sroba P. การผสมผสานทฤษฎีและการปฏิบัติในการบดรางรถไฟสมัยใหม่ Fatigue Fract Eng Mater Struct 2003;26:921–9
[7] Cuervo PA, Santa JF, Toro A. ความสัมพันธ์ระหว่างกลไกการสึกหรอและการบดรางในทางรถไฟเชิงพาณิชย์ Tribol Int 2015;82:265–73
[8] Agarwal S. เกี่ยวกับกลไกและกลศาสตร์ของการโหลดล้อในการเจียร J Manuf Process 2019;41:36–47
[9] Zhang ZY, Shang W, Ding HH, Guo J, Wang HY, Liu QY และคณะ แบบจำลองความร้อนและสนามอุณหภูมิในกระบวนการบดรางโดยอาศัยแหล่งความร้อนเคลื่อนที่ Appl Therm Eng 2016;106:855–64