Las estrategias de rectificado de rieles

28 de octubre de 2024

El rectificado regular de rieles reduce o elimina los daños en los mismos y prolonga su vida útil, lo que se reconoce ampliamente como uno de los métodos de mantenimiento más eficaces en los sistemas de transporte ferroviario. En función del comportamiento de los daños en los rieles y en combinación con las necesidades de capacidad de transporte ferroviario, la tecnología y los equipos de rectificado de rieles se están desarrollando de forma diversificada y multinivel. Las principales estrategias para el rectificado de rieles incluyen el pre-rectificado, el rectificado preventivo y el rectificado reparador.

Pre-moliendaDurante el proceso de laminado en caliente de rieles, las altas temperaturas intensifican la oxidación de los elementos de carbono y hierro en la superficie de los rieles. Cuando la tasa de oxidación del carbono es mayor que la del hierro, parte de la cementita en la perlita se transforma en ferrita, lo que lleva a la formación de una capa de descarburación, como se muestra en la Fig. 1. La dureza, la resistencia y la resistencia al desgaste de la capa de descarburación en el riel son menores que las del sustrato [1]. Durante el servicio, las grietas se propagan principalmente a lo largo de la ferrita, lo que es más probable que cause daños graves al riel [2]. Durante la construcción de la nueva línea, el arranque y la parada frecuentes de los vehículos de construcción pueden causar fácilmente rayones en los rieles y otros problemas. Los rayones en los rieles no son fácilmente detectados por el personal de inspección en la etapa inicial, pero el calor de fricción entre la rueda y el riel causa una transformación metalográfica en el área rayada del riel, que puede derivar rápidamente en daños graves en el servicio posterior [3]. Por lo tanto, para la construcción de nuevas líneas y el tendido de nuevos tramos de rieles, se debe realizar un prepulido después de la puesta en servicio y antes de la apertura para la operación, a fin de eliminar la capa de descarburación de aproximadamente 0,2 mm en la superficie y los daños causados por el proceso de construcción. En las líneas ya puestas en servicio, es necesario completar el prepulido antes de pasar una masa total de 10 Mt.

Figura 1. La capa de descarburación en la cabeza del riel.

Rectificado preventivoPara defectos graves como corrugación, delaminación, abrasión lateral y aplastamiento, es necesario utilizar una mayor profundidad de rectificado para eliminar los defectos y, al mismo tiempo, corregir y reparar el perfil del riel. En este punto, la cantidad de material del riel eliminado y la profundidad del rectificado son grandes, y esta estrategia de rectificado se denomina rectificado reparativo. Debido a la tolerancia de desgaste de diseño de la parte superior del riel, la frecuencia de reemplazo del riel aumenta durante el rectificado de reparación, lo que resulta en una baja rentabilidad del rectificado.

China ha establecido regulaciones claras sobre la operación de rectificado de reparación de líneas de tránsito ferroviario: (a) El rectificado de reparación debe seleccionar equipos de rectificado apropiados y parámetros operativos basados en las características de los defectos del riel, eliminar los defectos del riel y reparar los perfiles del riel; (b) En líneas ordinarias, para defectos como la profundidad del rectificado de ondas o el ancho del borde de grasa que excedan los 0,3 mm, se debe organizar un rectificado de reparación oportuno; (c) En líneas ferroviarias de alta velocidad, cuando hay sacudidas de trenes de alta velocidad, alarma de aceleración lateral del marco transversal, franja de luz deficiente en secciones, profundidad de escamas de pescado del riel de desvío que alcanza los 0,5 mm, índice de respuesta al impacto de la vía que excede el valor de gestión o defectos del riel que alcanzan el límite de remediación, se debe organizar la reparación y el rectificado oportunos del riel.

Reparación de rectificadoEl riel está sometido a cargas periódicas de las ruedas, y la capa de fatiga por contacto rodante (RCF) se forma en su superficie debido al "efecto trinquete" [4,5]. En esta capa, la dureza y la fragilidad del material del riel aumentan significativamente, y la microestructura muestra un aumento en la densidad de dislocaciones y la iniciación de microfisuras [5]. La propagación lateral y longitudinal de las microfisuras puede causar daños como delaminación y rotura del riel [1]. En el ciclo de desarrollo de grietas (nucleación, iniciación y propagación), el tiempo de nucleación e iniciación es crucial. El rectificado se realiza generalmente cuando la profundidad de propagación de la grieta no supera los 0,2 mm, que es el mejor momento para bloquear la propagación de grietas en el riel y evitar un mayor deterioro, como se muestra en la Fig. 2. Basándose en el mecanismo de la fatiga por contacto rodante en la superficie de los rieles y la ley de propagación de grietas, se propone una estrategia de rectificado preventivo que consiste en la eliminación periódica de la capa de fatiga por contacto rodante en la superficie de los rieles. El rectificado preventivo tiene una profundidad de rectificado menor, lo que favorece más la prolongación de la vida útil de los rieles y ofrece una mejor economía de rectificado en comparación con el rectificado de reparación.

China Railway Corporation ha establecido requisitos claros para la implementación del pulido preventivo de los rieles ferroviarios. (a) Para los ferrocarriles de alta velocidad, el pulido preventivo debe realizarse cada 30-50 Mt de peso total, con un intervalo de pulido no mayor a 2 años. (b) Para secciones rectas y curvas de radio grande (>1200 m) de líneas de velocidad ordinaria, generalmente se realiza un proceso de pulido una vez para un peso total de 100 Mt; para secciones de radio pequeño (

La ley de evolución de la vida útil de los rieles bajo diferentes estrategias de rectificado se muestra en la Fig. 2, y los resultados indican que el rectificado puede extender efectivamente la vida útil de los rieles. Según los informes, la probabilidad de que ocurran defectos en la superficie de los rieles después del no rectificado, el rectificado de reparación y el rectificado preventivo es del 15%, 8% y 4%, respectivamente [6], lo que indica que el rectificado preventivo tiene una ventaja significativa en la reducción de la probabilidad de defectos en los rieles. Además, los materiales de rectificado preventivo tienen un espesor de eliminación menor, lo que puede extender significativamente la vida útil de los rieles en comparación con el rectificado de reparación. Bajo la severa situación de rápido desarrollo económico y la urgente demanda de la capacidad de transporte del tránsito ferroviario de China, la adopción del rectificado preventivo puede extender efectivamente el ciclo de reemplazo de rieles y tener una mayor economía de rectificado. El rectificado preventivo predictivo es la dirección de desarrollo principal de la futura tecnología de rectificado de rieles.

Figura 2. El comportamiento de propagación de grietas por fatiga por contacto rodante

Figura 3. Relación entre las estrategias de rectificado y la vida útil de los rieles

[1] ZHAO Xiangji, GUO Jun, WANG Hengyu, et al. Efectos de la descarburación en la resistencia al desgaste y los mecanismos de daño de los rieles sujetos a fatiga de contacto[J]. Wear, 2016, 364-365:130-143.

[2] ZHAO Xiangji, WANG Hengyu, Guo Jun, et al. Efecto de la capa descarburada en la fatiga por contacto de rodadura de materiales de riel en condiciones secas y húmedas [J]. Análisis de fallas de ingeniería, 2018, 91: 58-71.

[3] LIU Fengshou, LI Chuang, TIAN Changhai. Investigación sobre daños tempranos en rieles de ferrocarriles de alta velocidad chinos. Ingeniería ferroviaria, 2018, 58(1): 138-140.

[4] Reza Masoudi Nejad, Shariati Mahmoud, Farhangdoost Khalil. Efecto del desgaste en el crecimiento de grietas por fatiga por contacto de rodadura en rieles[J]. Tribology International, 2016, 94: 118-13.

[5] HU Yue, ZHOU Lang, DING Haohao, et al. Evolución de la microestructura de ruedas perlíticas de ferrocarril bajo carga de contacto rodante-deslizante[J]. Tribology International, 2021, 154: 106685.

[6] ZAREMBSKI Allan M., PALESE Joseph. ¿Reduce el rectificado de rieles los defectos en los rieles? [J]. Vía ferroviaria y estructura, 2011, 107(2): 32-35.