Problémy lokalizace brusného kamene

Výše uvedený přehled současného stavu výzkumu brousku z hlediska formování brousku (surovina a proces), metod hodnocení výkonu brousku, vypalování kolejnic atd., shrnuje, že návrh a výroba brousku je multidisciplinární (mechanika, materiály, mechanika atd.), multifaktoriální (komponenty, procesy, rozhraní, pracovní podmínky atd.) interakce složitých technických problémů. Následující text je proto shrnutím obtíží a výzev, kterým čelí proces výzkumu a vývoje brousku ze tří hledisek: formování brousku, chování rozhraní brousek/kolejnice a hodnocení výkonu brousku (obrázek 1), s cílem poskytnout určité reference pro příbuzné vědce a odborníky z praxe.

(1) Lisování mlýnským kamenem

Výkon brousku je ovlivněn složením (pryskyřice, plnivo, brusivo atd.), procesem tvarování (míchání, vytvrzování atd.), strukturou (poréznost a velikost pórů, koncentrace brusiva atd.) a heterogenními rozhraními (pryskyřice/abrazivo, pryskyřice/plnivo atd.), pevností spoje a dalšími faktory, jak je znázorněno na obrázku 1 (a). V současné době není jasný mechanismus vazby heterogenního rozhraní abrazivního systému; mikro/nano plnivo na pojivu je třeba odhalit houževnatost, tepelnou odolnost, odolnost proti opotřebení regulačního mechanismu; komplexní struktura brusného kamene fyzikálních a chemických vlastností brusného kamene, mechanismus vlivu výkonu služby není dosud jasný. Výše uvedené vědeckotechnické obtíže přinášejí velké obtíže při regulaci výkonu mlecích kamenů.

Yuan Yongjie [1] využil Abaqus a Python k vytvoření virtuálního modelu mlýnského kamene a provedl výzkum související s mlýnským kamenem pomocí metody výpočtu konečných prvků, která je důležitou inspirací pro návrh mlýnských kamenů s více proměnnými a komplexními procesy. Proto v budoucnu můžeme použít metody konečných prvků a další metody k rychlé a efektivní konstrukci modelu mlýnských kamenů a vytvořit jemnější spektrum vztahu synergické odezvy mezi různými faktory, které budou vodítkem při návrhu mlýnských kamenů. A model je odůvodněn velkým množstvím základních experimentálních dat.

(2) Chování rozhraní abrazivní kámen/kolejnice

Geometrie brusiva, prostorová orientace má nahodilost, což má za následek velké rozdíly v čelním úhlu procesu broušení brusiva (souvání, orba, řezání) a tím i náhodná je role každého brusiva na chování materiálu kolejnice (mechanická síla, teplota broušení atd.) a dochází tak k rozdílům v mechanismu porušení kamene, vlivu kvality povrchu kolejnice. V ideálním případě: brusivo po mnoha cyklech abraze - samoostřící proces, dejte plnou hru své řezné funkci; opotřebení pojiva a odlupování, takže pasivované brusivo se odděluje, brusný kámen se samoostří; ale nadměrné opotřebení pojiva, které má za následek předčasné odlupování abraziva, snižuje se míra využití abraziva, snižuje se odolnost brusného kamene proti opotřebení abrazivem a zkracuje se životnost. Proto musí opotřebení a samoostření brusného kamene dosáhnout vyváženého stavu, aby brusný kámen měl jak silný řezný výkon, tak dlouhou životnost. Opotřebení brusného kamene zároveň přímo ovlivňuje stav brusné hrany a úhel řezu, což zase ovlivňuje proces broušení, teplo broušení a kvalitu povrchu kolejnice. Je tedy vidět, že v procesu broušení kolejnice, pod tepelně-mechanickou spojkou rozhraní brusný kámen/kolejnice, se úběr materiálu a selhání brusného kamene vzájemně ovlivňují a mají úzký vztah, který v konečném důsledku ovlivňuje kvalitu povrchu kolejnice po broušení.

V současné době je mechanismus interakce mezi úběrem materiálu a porušením brousku v procesu broušení kolejnice a jeho vliv na kvalitu povrchu kolejnice stále nejasný, což zvyšuje obtížnost návrhu brousku, jak je znázorněno na obr. 1(b). Proto je důležité studovat mechanismus úběru materiálu při procesu broušení kolejnic, mechanismus opotřebení brousku, vývoj kvality povrchu kolejnice a sestrojit model fyzikálních vztahů struktura brousku - mechanické vlastnosti brousku - brusný výkon - mechanismus selhání brousku - kvalita povrchu kolejnice, což má velkou hodnotu pro konstrukci a výrobu brousku.

(3) Hodnocení výkonu brusného kamene

Vědecké a komplexní hodnocení výkonu brusného kamene (zejména brusné kapacity), receptury brusného kamene, návrh procesu poskytuje důležitou referenci. V současné době existují různé metody hodnocení výkonu brousku a chybí jednotné hodnotící standardy výkonu brousku, což ztěžuje sdílení výsledků výzkumu týkajících se brousku, jak ukazuje obr. 1(c). Mezitím v současné době mnoho výzkumníků provádí související výzkum přípravou mlýnských kamenů plné velikosti, které mají velkou velikost, což neprospívá pozdější makro/mikro charakterizaci a analýze a nemohou získat jemnější experimentální data, což vede k experimentálním výsledkům mlýnských kamenů s omezeným návodem na regulaci výkonu mlýnských kamenů, což snižuje výzkumnou a vývojovou efektivitu výzkumu surovin, zvyšuje energetické výsledky a náklady na odpady a náklady na mlýnské kameny. Proto může být přijata vícerozměrná metoda vyhodnocování k vědeckému návrhu zařízení na vyhodnocování mlecích kamenů a sestavení hodnotících pokynů pro výkon mlecích kamenů v různých rozměrech, aby byl položen základ pro propagaci mlecích kamenů na železničních dopravních linkách.

Obr.1 Klíčové problémy pro rozvoj GS

(a) formace brusného kamene [2,3,1]; (b) Vztahy mezi mechanismy odstraňování materiálu, mechanismy opotřebení brusným kamenem a kvalitou povrchu kolejnice [4,5,6,7,8]; (c) Metody hodnocení výkonnosti brusného kamene [9,2,10].

[1] YUAN Yongjie. Mechanismy regulace výkonu kolejnicového brusného kamene s pórovitou strukturou[J]. Chengdu: Southwest Jiaotong University, 2021.

[2] ZHANG Wulin. Studie o regulačních mechanismech výkonu vysokorychlostního kolejnicového brusného kamene prostřednictvím korundových brusiv[D]. Chengdu: Southwest Jiaotong University, 2021.

[3] ZHANG Pengfei, ZHANG Wulin, YUAN Yongjie a kol. Zkoumání vlivu tepla při broušení na mechanismus úběru materiálu při broušení kolejnic[J]. Tribology International, 2020, 147:105942.

[4] JI Yuan, TIAN Changhai, PEI Dingfeng. Srovnávací analýza norem čínských kolejových brusných kotoučů a zahraničních mezinárodních norem[J]. Kontrola kvality železnic, 2018, 46(9): 5-8.

[5] ZHOU Kun, DING Haohao, WANG Wenjian a kol. Vliv brusného tlaku na chování při odstraňování kolejnicového materiálu[J]. Tribology International, 2019, 134: 417-426.

[6] ZHOU Kun, DING Haohao, WANG Ruixiang a kol. Experimentální výzkum mechanismu úběru materiálu během broušení kolejnic při různých dopředných rychlostech[J]. Tribology International, 2020, 143: 106040.

[7] ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, ZHANG Jun a kol. Zjišťování vlivu velikosti brusného zrna na chování při broušení kolejnic[J]. Journal of Manufacturing Processes, 2020, 53: 388-395.

[8] JOACHIM Mayer, ROBERT Engelhorn, ROSEMARIE Rot a kol. Charakteristiky opotřebení druhých fází vyztužených sol-gel korundových brusiv[J]. Acta Materialia, 2006, 54(13): 3605-3615.

[9] XU Xiaotang. Studie o mechanismu broušení vysokorychlostních kolejnic[D]. Chengdu: Southwest Jiaotong University, 2016.

[10] XU Xiaotang, WANG Hengyu, WU Lei a kol. Experimentální studie vysokorychlostního broušení kolejnic za mokra[J]. Lubrication Engineering, 2016, 41(11): 41-44.