Sürüşən yuvarlanan kompozit hərəkətlər altında yüksək sürətli dəmir yolu daşlamasının özünə uyğunlaşan daşlama davranışları

Sürüşən-yuvarlanan kompozit hərəkətlər altında yüksək sürətli dəmir yolunun özünə uyğunlaşan daşlama davranışları daşlama performansını və səth keyfiyyətini optimallaşdırmağa yönəlmişdir. Yüksək əməliyyat sürəti və yüngül ox yükləri ilə xarakterizə olunan yüksək sürətli dəmir yolları tez-tez yuvarlanan kontakt yorğunluğundan [1] əziyyət çəkir ki, bu da səthin dağılmasına [2-4], yorğunluq çatlarına [5,6] və qırılmalara [7,8] səbəb olur. Bu problemlər təmin etmək üçün vaxtında texniki qulluq tələb edirdəmir yolu şəbəkələrinin təhlükəsiz və etibarlı istismarı. Ənənəvi dəmir yolu daşlama üsulları dərinlikdə olan qüsurları aradan qaldırmaq məqsədi daşıyır, lakin tez-tez səmərəsizliyə, uzadılmış texniki xidmət müddətinə və istilik zədələnməsinə səbəb olur. Yüksək sürətli üyütmə (HSG) effektiv alternativ kimi ortaya çıxdı, daha yüksək daşlama sürətləri (60-80 km/saat) və azaldılmış "texniki xidmət pəncərələri" təklif edir. Adi daşlamadan fərqli olaraq, HSG daşlama çarxları (GW) və rels səthi arasında sürtünmə qüvvələri tərəfindən idarə olunan sürüşmə-yayma kompozit hərəkətləri ilə işləyir [9]. Bu unikal mexanizm həm materialın çıxarılmasına, həm də aşındırıcının özünü itilənməsinə imkan verir. Bununla belə, sürüşmə və yuvarlanma hərəkətləri arasında qarşılıqlı əlaqə kifayət qədər tədqiq edilməmişdir və bu, HSG-nin dəmir yolu təmirinin optimallaşdırılması üçün potensialını məhdudlaşdırmışdır. Bu işdə, yerində üyüdülmə şərtlərini simulyasiya etmək üçün evdə hazırlanmış HSG sınaq qurğusu istifadə edilmişdir. Təcrübələr müxtəlif təmas bucaqları (30°, 45° və 60°) və daşlama yükləri (500 N, 700 N və 900 N) altında aparılmışdır [10, 11].

1. Slide-roll nisbəti.Nəticələr göstərir ki, sürüşmə-yuvarlanan kompozit hərəkətlər daşlama davranışına təsir etməkdə mühüm rol oynayır. Şəkil 1-də göstərildiyi kimi sürüşmə sürətinin yuvarlanma sürətinə nisbəti kimi müəyyən edilən sürüşmə-yayma nisbəti (SRR), həm təmas bucağı, həm də daşlama yükü ilə artdı və bu, daşlama cütlərinin sürüşmə-yayma kompozit hərəkətindəki dəyişiklikləri intuitiv şəkildə əks etdirir. Məsələn, SRR 30° təmas bucağında 0,18-dən 60°-də 0,81-ə yüksəldi. Bu sürüşmənin üstünlük təşkil etdiyi hərəkətdən sürüşmə və yuvarlanma arasındakı tarazlığa keçid daşlama nəticələrini əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırdı. Tədqiqat müəyyən etdi ki, 45° təmas bucağı ən yüksək üyüdülmə səmərəliliyini, 60° təmas bucağı isə ən yaxşı səth keyfiyyətini verir, təmas bucağı artdıqca Səth pürüzlülüyü (Ra) əhəmiyyətli dərəcədə azalıb, Şəkil 2-şək.4-də göstərildiyi kimi 30°-də 12.9 μm-dən 60°-də 3.5 μm-ə qədər.

2. Taşlama ilə bağlı WEL.Taşlama prosesi zamanı yüksək kontakt gərginliyi, yüksək temperatur və sürətli soyutma da daxil olmaqla termomexaniki birləşmə təsirləri səbəbindən relsin səthində metallurgiya çevrilmələri və plastik deformasiyalar baş verir. Bu dəyişikliklər təkər-rels təmasından siklik gərginliklər altında qırılmaya meylli olan kövrək ağ aşındırıcı təbəqənin (WEL) əmələ gəlməsinə səbəb olur. Bütün nəticələr göstərir ki, WEL-in orta qalınlığı 8 μm-dən azdır ki, bu da Fig.5-də göstərildiyi kimi aktiv üyüdülmə nəticəsində yaranan WEL-dən (~40 μm) daha nazikdir [12, 13]. Bu fenomen çox güman ki, HSG metodunun unikal xüsusiyyətləri ilə əlaqədardır. Ənənəvi aktiv daşlama ilə müqayisədə HSG-də tək aşındırıcı hissəcik hətta yüksək təmas bucaqlarında belə bir inqilab dövrü ərzində yalnız qısa müddət ərzində üyüdülmə prosesində iştirak edir. Çox vaxt aşındırıcı hissəcik üyüdüldükdən sonra istilik yayılması dövründə olur. Bu, aşındırıcı hissəciklərin üyüdülməyə yenidən başlamazdan əvvəl istiliyi yaymaq üçün kifayət qədər vaxta malik olmasını təmin edir, nəticədə daşlama interfeysində istilik şəraiti yaxşılaşır.

3. Taşlama dağıntıları.Taşlama zibilinin təhlili Fig.6 və Fig.7-də göstərildiyi kimi materialın çıxarılması mexanizmləri haqqında əlavə anlayışlar təmin etdi. Effektiv daşlama performansını ifadə edən axına bənzər və bıçaq formalı dağıntılar daha yüksək SRR-lərdə daha çox yayılmışdır. Bunun əksinə olaraq, blok və dilimlənmiş zibil daha aşağı təmas bucaqlarında üstünlük təşkil edirdi ki, bu da qeyri-adekvat daşlama performansını əks etdirir. Sferik zibillərin olması daşlama yükləri ilə artdı və bu, yüksək daşlama temperaturunu göstərir. Bu müşahidələr səmərəliliyi və istilik şəraitini tarazlaşdırmaq üçün üyüdmə parametrlərinin optimallaşdırılmasının vacibliyini vurğulayır.

4. Sürüşən yuvarlanan birləşmənin hərəkət mexanizmi.Tədqiqat həm də Şəkil 8-də göstərildiyi kimi üyüdmə prosesində sürüşmə və yuvarlanma hərəkətləri arasında dinamik qarşılıqlı əlaqəni aşkar etdi. Sürüşmə materialın rels səthindən çıxarılmasını asanlaşdırdı, yuvarlanan zibilin daha yaxşı atılması və abraziv özünü itiləmə. Bu dinamik tarazlıq minimum termal zərərlə səmərəli daşlama əldə etmək üçün vacibdir. Bununla belə, hər iki hərəkətə həddindən artıq vurğu optimal olmayan nəticələrə gətirib çıxara bilər: yuvarlanmanın üstünlük təşkil etdiyi hərəkət səth pürüzlülüyünü artırır, sürüşmənin üstünlük təşkil etdiyi hərəkət isə aşındırıcı yenilənmənin azalmasına və istilik zədələnməsinin artmasına səbəb ola bilər.

5. Hərtərəfli qiymətləndirmə.Taşlama səmərəliliyinin, səthin pürüzlülüyünün və WEL qalınlığının daxil olmaqla, daşlama performansının hərtərəfli qiymətləndirilməsi Fig.9-da göstərildiyi kimi sürüşmə-yayma kompozit hərəkətlərinin optimallaşdırılmasının üstünlüklərini vurğuladı. Müxtəlif yüklər və təmas bucaqları altında daşlama performansının radar qrafikləri göstərdi ki, 45° təmas bucağı səmərəlilik və keyfiyyətin ən yaxşı ümumi balansını təmin edir. Bununla belə, 60° təmas bucağı ardıcıl olaraq ən hamar səthlər yaradır və bu, son daşlama keçidləri üçün idealdır. Bu tapıntılar göstərir ki, daşlama parametrlərinə məqsədyönlü düzəlişlər müxtəlif dəmir yolu səthinin zədələnməsini effektiv şəkildə aradan qaldıra bilər.

Bu tədqiqat yüksəksürətli dəmir yoluna texniki qulluq üçün praktiki nəticələr təqdim edir. İlkin daşlama keçidləri üçün 45° təmas bucağı materialın çıxarılması səmərəliliyini artırır, 60° bucaq isə bitirmə mərhələlərində üstün səth keyfiyyətini təmin edir. Tədqiqat daşlama performansını artırmaq, səth keyfiyyətini yaxşılaşdırmaq və daşlama çarxlarının xidmət müddətini uzatmaq üçün sürüşmə və yuvarlanma hərəkətlərinin dinamik balanslaşdırılmasının vacibliyini vurğulayır.

Sonda, tədqiqat yüksək sürətli dəmir yolu daşlamasında sürüşmə-yayma kompozit hərəkətlərinin kritik rolunu vurğulayır. Sürüşmə və yuvarlanma hərəkətlərinin nisbətini optimallaşdırmaqla, HSG termal zərəri minimuma endirməklə yanaşı, üstün daşlama səmərəliliyinə və səth keyfiyyətinə nail ola bilər. Bu tapıntılar HSG texnologiyasının inkişafı üçün nəzəri əsas və dəmir yoluna texniki xidmət təcrübələrinin təkmilləşdirilməsi üçün praktiki təlimatlar təqdim edir.

Şəkil 1.Taşlama yükləri və təmas bucaqları ilə SRR, COF və fırlanma sürətinin dəyişmə meyli.

Şəkil 2.Müxtəlif təmas bucaqları və daşlama yükləri altında üyüdmə səmərəliliyi.

şək. 3.Müxtəlif təmas bucaqları və daşlama yükləri altında rels nümunələrinin səth morfologiyaları.

şək. 4.Səthi pürüzlülük və3D morfologiyalarımüxtəlif təmas bucaqları və daşlama yükləri altında rels nümunələrinin.

Şəkil 5.Dəmir yolu nümunələrinin en kəsikli optik və SEM metalloqrafik təsvirləri.

Şəkil 6.Növü və nisbətidaşlama dağıntılarımüxtəlif təmas bucaqları və daşlama yükləri altında.

Şəkil 7.Müxtəlif növ daşlama zibilləri üçün SEM şəkilləri və EDS spektrləri.

Şəkil 8.Sürüşmə-yuvarlanan kompozit hərəkətin HSG-yə təsirinin sxematik diaqramı.

Bu barədə “Journal of Tribology International” jurnalında məlumat verilib.

İstinadlar

[1] Fan W, Wu C, Wu Z, et al. Aşındırıcı kəmər[J] ilə relslərin üyüdülməsində dişli kontakt təkər və rels arasında statik təmas mexanizmi. Manufacturing Processes jurnalı, 2022, 84: 1229-1245.

[2] Cheng ZN, Zhou Y, Li PJ, et al. Peridinamika[J] əsasında çatların yayılması və rels səthinin dağılma mexanizmi. Tongji Universitetinin jurnalı, 2023, 51(6): 912-922.

[3] Wang JN, Guo X, Jing L, et al. Yüksəksürətli qatarların təkər protektorunun dağılması nəticəsində yaranan təkər relsinə təsir reaksiyasının sonlu element simulyasiyaları[J]. Partlayış və Şok Dalğaları, 2022, 42(4): 045103-1-045103-15.

[4] Hua J, Liu J, Liu F və b. Lazer söndürmə müalicəsi ilə U71MnG rels materialının WEA aşınmasının zədələnməsi və yorğunluq zolağı üzərində araşdırma[J]. Tribology International, 2022, 175: 107811.

[5] Benoît D, Salima B, Marion R. Yuvarlanan kontakt yorğunluğu altında relslərdə baş yoxlamasının başlamasının çoxölçülü xarakteristikası: Mexaniki və mikrostruktur təhlili [J]. Aşınma, 2016, 366: 383-391.

[6] Shur EA, Borts AI, Bazanova LV, et al. Yorulma makrolinlərindən istifadə edərək relslərdə yorğunluq çatlarının böyümə sürətinin və vaxtının təyini[J]. Rusiya Metallurgiya (Metal), 2020, 2020: 477-482.

[7] Al-Juboori A, Zhu H, Li H, et al. Çömbəlmə qüsurları ilə əlaqəli rels sınığı çatışmazlığının mikrostruktur tədqiqatı[J]. Mühəndislik uğursuzluqlarının təhlili, 2023, 151: 107411.

[8] Masoudi Nejad R, Farhangdoost K, Shariati M. Dəmir yolu poladının mikrostruktur analizi və yorğunluq sınıq davranışı[J]. Qabaqcıl Materialların və Konstruksiyaların Mexanikası, 2020, 27(2): 152-164.

[9] Von Diest K, Puschel A. Hərəkət fasilələri olmadan müntəzəm dəmir yolu daşları vasitəsilə yüksək sürətli üyüdülmə-dəmir yolu səs-küyünün azaldılması[C]//INTER-NOISE və NOISE-CON Konqres və Konfrans ProceedinGW. Səs-küyə Nəzarət Mühəndisliyi İnstitutu, 2013, 247(2): 5206-5212.

[10] Von Diest K, Ferrarotti G, Kik W, et al. HSG-2 yüksək sürətli üyüdülmə maşınının aşınma təhlili: qiymətləndirmə, simulyasiya və ölçmələrlə müqayisə[M]//Yollarda və yollarda nəqliyyat vasitələrinin dinamikası cild 2. CRC Press, 2017: 925-930.

[11] Von Diest K, Puschel A. Hərəkət fasilələri olmadan müntəzəm dəmir yolu daşları vasitəsilə yüksək sürətli üyüdülmə-dəmir yolu səs-küyünün azaldılması[C]//INTER-NOISE və NOISE-CON Konqres və Konfrans ProceedinGW. Səs-küyə Nəzarət Mühəndisliyi İnstitutu, 2013, 247(2): 5206-5212.

[12] Mesaritis M, Santa JF, Molina LF, et al. Tam miqyaslı təkər/rels laboratoriya sınaqlarında müxtəlif rels siniflərinin tarladan sonrakı üyüdülmə qiymətləndirilməsi[J]. Tribology International, 2023, 177: 107980.

[13] Rasmussen CJ, Fæster S, Dhar S və s. Martensitin ağ aşındırıcı təbəqələrinin üyüdülməsi zamanı relslərdə səth çatlarının əmələ gəlməsi[J]. Aşınma, 2017, 384: 8-14.