تصميم هيكل حجر الطحن

من أبرز عيوب أحجار التجليخ المصنعة محليًا حاليًا ميلها إلى حرق قضبان السكك الحديدية الفولاذية [1]. خلال عملية تجليخ القضبان، يُعد تأثير التجليخ الناتج عن المواد الكاشطة (الانزلاق، والحرث، والقطع) والاحتكاك بين المادة الرابطة وسطح القضيب المصدرين الرئيسيين للحرارة المتولدة [3]. تحت تأثير الحرارة (حرارة التجليخ) والقوة (القوة الميكانيكية)، يتحول البيرلايت الموجود في مادة القضيب إلى الأوستنيت، ثم يُشكّل المارتنسيت والفريت أثناء التبريد، مما ينتج عنه صلابة عالية وبنية طبقة بيضاء هشة. تنتشر الشقوق الجزئية عند الحد الفاصل بين الطبقة البيضاء والبيرلايت، مما يؤدي إلى تلف القضيب قبل الأوان [1]، كما هو موضح في الشكل 1 (أ). خلال عملية التلميع، يتعرض سطح القضيب الفولاذي لدرجات متفاوتة من الأكسدة، مما ينتج عنه ألوان مختلفة للقضيب المصقول. يُشار عادةً إلى اللون الأصفر والأزرق والبنفسجي باسم "الحروق". (لين وآخرون). [9] وضعوا مزدوجًا حراريًا شبه اصطناعي في قضيب فولاذي لمراقبة درجة حرارة سطح التلميع في الوقت الفعلي تحت ظروف تلميع مختلفة. وقارنوا درجة حرارة التلميع بدرجة الاحتراق على سطح القضيب الفولاذي، ووضعوا نموذجًا للعلاقة بين درجة الاحتراق (تغير اللون) ودرجة حرارة التلميع، كما هو موضح في الشكل 1 (ب). بناءً على ذلك، وضع تشو وآخرون [3] نموذجًا للعلاقة بين درجة الحرارة وسُمك ودرجة احتراق الطبقة البيضاء أثناء تلميع القضيب، مما وفر طريقة جديدة لتحسين معايير تلميع القضيب، كما هو موضح في الشكل 1 (ج). تشير نتائج البحث المذكورة أعلاه إلى أن تحسين معايير الطحن وتقليل حرارة الطحن من الطرق المهمة لتحسين احتراق القضيب.

الشكل 1: طبقة الاحتراق والتآكل الأبيض الناتجة عن عملية الطحن (WEL)

يستكشف العديد من الباحثين آلية احتراق قضبان السكك الحديدية من منظور تصميم أحجار التجليخ. تشير نتائج بحث تشانغ وآخرون [2] إلى أن حجر التجليخ المصنوع من الكوروندوم الأبيض يتميز بأفضل حدة ذاتية وأعلى تأثير تجليخ، مما يؤدي إلى أعلى درجة حرارة تجليخ وأكبر سماكة للطبقة البيضاء. قام يوان وآخرون [4] بتصنيع بنية مسامية مسبقًا في حجر التجليخ، مما يُسهّل تصريف مخلفات التجليخ، ويقلل من انسداد حجر التجليخ، ويخفض درجة حرارة التجليخ، ويُحسّن جودة سطح قضبان السكك الحديدية المصقولة. أجرى وانغ وآخرون [5] دراسة حول تأثير صلابة حجر التجليخ (N، R، P، T) على جودة سطح قضبان السكك الحديدية، وأظهرت النتائج أن سماكة الطبقة البيضاء تزداد مع زيادة صلابة حجر التجليخ. لذلك، فإن الضبط الأمثل لبنية حجر التجليخ (المسام، التركيب الكاشط)، وصلابته، وما إلى ذلك، له تأثير إيجابي على تحسين احتراق قضبان السكك الحديدية.

تشير نتائج البحث المذكورة أعلاه إلى أن معايير الطحن وأداء حجر الطحن هما العاملان الرئيسيان المؤثران على احتراق قضبان السكك الحديدية. بالنسبة لمركبات التلميع الموجودة على المسار، يصعب إجراء تعديلات جوهرية على معايير التشغيل في هيكل المركبة الحالي لضمان كفاءة التلميع. لذلك، يُعد تصميم هيكل حجر الطحن والتحكم في أدائه من الطرق الفعالة لتحسين احتراق القضبان. قام وو وآخرون [7، 8] بزرع كتل ماسية ملحومة مسبقًا بترتيب معين داخل حجر الطحن، كما هو موضح في الشكل 2 (أ). تُظهر نتائج التلميع أن حجر الطحن المركب يُحسّن بشكل فعال كفاءة تلميع القضبان، ويقلل من خشونة سطح القضبان المصقولة، ويُحسّن من احتراقها. قام تشاو جينبو وآخرون [9] بربط فلوريد الكالسيوم (CaF2) مع بولي إيثر إيثر كيتون لتشكيل كتل وصلات ذاتية التشحيم، وقاموا بتحضير أحجار طحن ذاتية التشحيم بوضعها في قاعدة حجر الطحن، كما هو موضح في الشكل 2 (ب). تُظهر نتائج التجليخ أن كتلة الوصلة ذاتية التشحيم تُحرر باستمرار عند السطح الفاصل بين حجر التجليخ والسكك الحديدية مع تآكل حجر التجليخ، مما يُقلل من حرارة التجليخ ويُحسّن من احتراق السكك الحديدية. يؤدي زرع كتل ملحومة مُسبقة الصنع، وكتل وصلات ذاتية التشحيم، وما إلى ذلك، في مصفوفة حجر التجليخ إلى بنية غير متجانسة لحجر التجليخ، ويُحدث سطحًا فاصلًا ضعيفًا (سطح فاصل مصفوفة حجر التجليخ/كتلة الزرع)، مما يجعل ضمان الخصائص الميكانيكية (قوة الدوران، والتوازن الديناميكي، وما إلى ذلك) لحجر التجليخ ذي البنية المركبة تحديًا رئيسيًا. صمم وو وآخرون [10] عجلة تجليخ كاشطة من نيتريد البورون المكعب الملحوم بشق كما هو موضح في الشكل 2 (ج)، مما حسّن من احتراق قطع السكك الحديدية. ومع ذلك، فإن طبقة اللحام المستخدمة في حجر التجليخ ذات مقاومة ضعيفة للتآكل أثناء عملية تجليخ السكك الحديدية، وعمر خدمة حجر التجليخ قصير للغاية. لذلك، فإن التصميم/التنظيم المعقول لهيكل حجر الطحن له تأثير إيجابي على تقليل حرارة الطحن وتحسين احتراق القضبان، ولكنه شرط أساسي يجب مراعاته بالكامل لضمان أن يتمتع حجر الطحن بخصائص فيزيائية وكيميائية جيدة وقابلية للتشغيل.

(أ) حجر طحن ماسي مُجهز مسبقًا [7،8]

(ب) حجر تجليخ ذاتي التشحيم مضبوط مسبقًا[9](ج) حجر طحن ذو بنية شق [10]

الشكل 2. تصميم هيكل حجر الطحن

مرجع

[1] أ. الجبوري، ديفيد ويكسلر، لي هويجون، وآخرون. تكوين الطبقات المتدرجة وظهور نوعين متميزين من طبقة التآكل الأبيض على سطح فولاذ السكك الحديدية[J]. المجلة الدولية للإجهاد، 2017، 104: 52-60.

[2] غو شواي، تشاو شيانغجي، هي تشنغقانغ، وآخرون. تأثير علامات التجليخ على تلف الإجهاد في قضبان السكك الحديدية تحت ظروف المياه [J]. الهندسة الميكانيكية الصينية، 2019، 30(08): 889-895.

[3]36[3] تشو كون، دينغ هاوهاو، ستينبرجن مايكل، وآخرون. مجال درجة الحرارة واستجابة المادة كدالة لمعاملات طحن القضبان[J]. المجلة الدولية لانتقال الحرارة والكتلة، 2021، 175: 12366.

[4] يوان يونغجي، تشانغ وولين، تشانغ بنغفي، وآخرون. عجلات تجليخ مسامية لتخفيف الإجهاد المسبق وزيادة كفاءة إزالة المواد في تجليخ السكك الحديدية [J]. مجلة علم الاحتكاك الدولية، 2021، 154: 106692

[5] وانغ رويشيانغ، تشو كون، يانغ جينيو، وآخرون. تأثيرات مادة الكشط وصلابة عجلة التجليخ على سلوكيات تجليخ القضبان [J]. التآكل، 2020، 454-455: 203332.

[6]57[6] تشانغ وولين، تشانغ بنغفي، تشانغ جون، وآخرون. دراسة تأثير حجم حبيبات الكشط على سلوكيات طحن القضبان[J]. مجلة عمليات التصنيع، 2020، 53: 388-395.

[7] شياو بينغ، شياو هاوتشونغ، شياو بو، وآخرون. عجلة تجليخ لطحن السكك الحديدية عالي الكفاءة وطريقة تصنيعها: الصين، CN 108453638 A[P]. 2018-08-28.

[8] وو هينغ هينغ، شياو بينغ، شياو هاو تشونغ، وآخرون. خصائص التآكل لصفائح الماس الملحومة بأوقات طحن مختلفة [J]. التآكل، 2019، 432-433: 202942.

[9] وو هينغ هينغ، شياو بينغ، شياو هاو تشونغ، وآخرون. دراسة حول خصائص التآكل لصفائح الماس الملحومة لعجلة الطحن المركبة للسكك الحديدية تحت ضغوط مختلفة [J]. التآكل، 2019، 424-425: 183-192.

[10]لين بين، تشو كون، غو جون، وآخرون. تأثير معايير الطحن على درجة حرارة السطح وسلوك الاحتراق لسكة الطحن[J]. مجلة علم الاحتكاك الدولية، 2018، 122: 151-162.