Konstrukce brusného kamene

Jednou z hlavních nevýhod domácích mlecích kamenů v současnosti je tendence ke spalování ocelových kolejnic [1]. Při procesu broušení kolejnic jsou hlavními zdroji brusného tepla brusný účinek brusiva (skluz, orba, řezání) a tření mezi pojivem a rozhraním kolejnice [3]. Vazebním účinkem tepla (teplo při broušení) a síly (mechanická síla) prochází perlit v materiálu kolejnice austenitickou přeměnou a následně během ochlazování vytváří martenzit a ferit, což má za následek vysokou tvrdost a křehkou strukturu bílé vrstvy. Částečné trhliny se budou šířit na hranici mezi bílou vrstvou a perlitem, což způsobí předčasné selhání kolejnice [1], jak je znázorněno na obrázku 1 (a). Během procesu leštění prochází povrch ocelové kolejnice různým stupněm oxidace, což má za následek různé barvy leštěné kolejnice. Žlutá, modrá a fialová se běžně označují jako „popáleniny“. Lin a kol. [9] umístili poloumělý termočlánek do ocelové kolejnice pro sledování teploty leštícího rozhraní v reálném čase při různých parametrech leštění. Porovnali teplotu leštění se stupněm vypálení na povrchu ocelové kolejnice a vytvořili model vztahu mezi stupněm vypálení (změnou barvy) a teplotou leštění, jak je znázorněno na obrázku 1 (b). Na tomto základě Zhou a kol. [3] vytvořili model vztahu mezi teplotou a tloušťkou a stupněm vypalování bílé vrstvy během leštění kolejnic, poskytující novou metodu pro optimalizaci parametrů leštění kolejnic, jak je znázorněno na obrázku 1 (c). Výše uvedené výsledky výzkumu naznačují, že optimalizace parametrů broušení a snížení brusného tepla jsou důležité metody pro zlepšení popálenin kolejnic.

Obrázek.1 Broušení vyvolané vypalování kolejnic a bílá vrstva leptání （WEL）

Mnoho vědců zkoumá mechanismus hoření při broušení kolejnic z pohledu konstrukce brusného kamene. Výsledky výzkumu Zhang et al. [2] uvádějí, že bílý korundový brusný kámen má nejlepší vlastní ostrost a nejvýraznější brusný účinek, což má za následek nejvyšší teplotu broušení a největší tloušťku bílé vrstvy. Yuan a kol. [4] prefabrikoval v brusném kameni strukturu pórů, která je výhodná pro odvod brusných nečistot, snižuje ucpávání brusného kamene, snižuje teplotu broušení a zlepšuje kvalitu povrchu leštěné ocelové kolejnice. Wang a kol. [5] provedli studii o vlivu tvrdosti brusného kamene (N, R, P, T) na kvalitu povrchu ocelových kolejnic a výsledky ukázaly, že tloušťka bílé vrstvy se zvětšovala s nárůstem tvrdosti brusného kamene. Proto přiměřená regulace struktury brusného kamene (póry, složení brusiva), tvrdosti atd. má pozitivní vliv na zlepšení propalů kolejnic.

Výše uvedené výsledky výzkumu naznačují, že parametry broušení a výkonnost brusného kamene jsou dva hlavní faktory ovlivňující popáleniny při broušení kolejnic. U stávajících leštících vozidel na trase je obtížné provést významné úpravy provozních parametrů na stávající konstrukci vozidla, aby byla zajištěna účinnost leštění. Proto je návrh a kontrola výkonu struktury brusného kamene jedním z účinných způsobů, jak zlepšit popáleniny kolejnic. Wu a kol. [7, 8] implantovali pájené diamantové prefabrikované bloky v určitém uspořádání do brusného kamene, jak je znázorněno na obrázku 2 (a). Výsledky leštění ukazují, že kompozitní brusný kámen může účinně zlepšit účinnost leštění kolejnic, snížit drsnost povrchu leštěné kolejnice a zlepšit popáleniny kolejnic. Zhao Jinbo a kol. [9] spojil CaF2 s polyetheretherketonem, aby vytvořil samomazné bloky spojů, a připravil samomazné mlecí kameny jejich umístěním do embrya brusného kamene, jak je znázorněno na obrázku 2 (b). Výsledky broušení ukazují, že samomazný kloubový blok se může průběžně uvolňovat na rozhraní mezi brusným kamenem a kolejnicí, jak se brusný kámen opotřebovává, čímž se snižuje teplo při broušení a zlepšuje se popálení kolejnice. Implantace pájených prefabrikovaných bloků, samomazných kloubových bloků atd. do matrice brusného kamene má za následek nerovnoměrnou strukturu brusného kamene a zavádí rozhraní s nízkou pevností (rozhraní matrice brusného kamene/bloku implantátu), čímž je zajištění mechanických vlastností (rotační pevnost, dynamická rovnováha atd.) kompozitní struktury klíčovou výzvou. Wu a kol. [10] navrhl pájený CBN brusný kotouč se štěrbinou, jak je znázorněno na obrázku 2 (c), který zlepšil hoření obrobků kolejnic. Pájecí vrstva použitá v brusném kameni má však nízkou odolnost proti opotřebení během procesu broušení kolejnic a životnost brusného kamene je extrémně krátká. Rozumná konstrukce/regulace struktury brusného kamene má tedy pozitivní vliv na snížení brusného tepla a zlepšení popálení kolejnice, ale je předpokladem, který je třeba plně zvážit, aby brusný kámen měl dobré fyzikální a chemické vlastnosti a zpracovatelnost.

a)Přednastavený brusný kámen diamantového bloku [7,8]

(b) Přednastavený samomazný blokový brusný kámen[9]c) štěrbinový strukturovaný brusný kámen [10]

Obrázek 2. Návrh struktury brusného kamene

Odkaz

[1]A Al-Juboori, DAVID Wexler, LI Huijun a kol. Tvorba dřepů a výskyt dvou odlišných tříd bílé leptací vrstvy na povrchu kolejové oceli[J]. International Journal of Fatigue, 2017, 104: 52-60.

[2]GUO Shuai, ZHAO Xiangji, HE Chenggang a kol. Vliv stop po broušení na únavové poškození kolejnic ve vodních podmínkách[J]. China Mechanical Engineering, 2019, 30(08): 889-895.

[3]36[3] ZHOU Kun, DING Haohao, Steenbergen Michaël a kol. Teplotní pole a materiálová odezva jako funkce parametrů broušení kolejnic[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2021, 175: 12366.

[4]YUAN Yongjie, ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei a kol. Porézní brusné kotouče ke zmírnění předúnavy a zvýšení účinnosti úběru materiálu při broušení kolejnic[J]. Tribology International, 2021, 154: 106692

[5]WANG Ruixiang, ZHOU Kun, YANG Jinyu a kol. Účinky abrazivního materiálu a tvrdosti brusného kotouče na chování při broušení kolejnic[J]. Wear, 2020, 454-455: 203332.

[6]57[6] 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.

[7]XIAO Bing, XIAO Haozhong, XIAO Bo a kol. Brusný kotouč pro vysoce účinné broušení kolejnic a způsob jeho výroby: Čína, CN 108453638 A[P]. 2018-08-28.

[8]WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong a kol. Vlastnosti opotřebení pájených diamantových plechů s různou dobou broušení[J]. Wear, 2019, 432-433: 202942.

[9]WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong a kol. Studie o charakteristikách opotřebení pájeného diamantového plechu pro kompozitní brusný kotouč Rail za různých tlaků[J]. Opotřebení, 2019, 424-425: 183-192.

[10]LIN Bin, ZHOU Kun, GUO Jun a kol. Vliv parametrů broušení na povrchovou teplotu a chování při hoření brusné lišty[J]. Tribology International, 2018, 122: 151-162.