خسارات ریل مشترک

ریل یکی از مهمترین قطعات یاتاقانی سیستم راه آهن است. کشش و ترمز قطارها توسط اصطکاک بین چرخ ها و ریل محقق می شود. بنابراین، شرایط خوب ریل پیش نیاز تضمین حرکت ایمن و روان قطارها است. با این حال، به دلیل تنش های تماسی متناوب، مواد ریل اغلب دچار سایش یا آسیب خستگی می شوند. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، انواع اصلی آسیب ریل شامل: ترک خستگی، پوسته پوسته شدن، سایش موج دار، له شدن و سایش جانبی ریل است که بیش از 80٪ از کل آسیب های ریل را تشکیل می دهند. با افزایش سرعت حرکت قطار و بار محوری، مشکلات خستگی و سایش ریل به طور فزاینده ای جدی می شوند که باعث افزایش شدید تقاضا برای فناوری های سنگ زنی ریل می شود.

۱. ترک خستگی تماس غلتشی. ترک خستگی تماس غلتشی یکی از رایج‌ترین انواع آسیب در ریل راه‌آهن‌های پرسرعت است [1]، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است. عموماً، ترک‌ها به طور کامل به پایین گسترش نمی‌یابند، بلکه به صورت قوسی به سطح ریل گسترش می‌یابند و ظاهر لایه لایه شدن ریل را ایجاد می‌کنند، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است. سطح بالایی ریل به دلیل لایه لایه شدن، فرورفته می‌شود و هنگام عبور چرخ‌های قطار، تنش ضربه‌ای ایجاد می‌شود که باعث تشدید لرزش و سر و صدا می‌شود. در برخی موارد، ترک‌های شاخه‌ای در گودال لایه لایه شدن ممکن است به زیر ریل گسترش یافته و منجر به شکستگی ریل شوند که ممکن است باعث حوادث ایمنی عمده شود [2].

۲. سایش موج‌دار ریلسایش موجی ریل به پدیده سطح ناهموار و ساییده شده دوره‌ای روی ریل در یک محدوده طولی خاص اشاره دارد [3، 4]، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است. سایش موجی باعث افزایش لرزش و سر و صدای قطار، تأثیر بر راحتی سفر و کاهش عمر خستگی قطعات لوکوموتیو و خودرو می‌شود. بر اساس طول موج سایش موجی، به موجی موج کوتاه (طول موج 25 تا 80 میلی‌متر) و موج بلند (طول موج بیشتر از 100 میلی‌متر) تقسیم می‌شود. علل اصلی موجی شامل نظریه‌های پویا و غیر پویا است. نظریه پویا معتقد است که ارتعاش سیستم چرخ-ریل منجر به موجی شدن می‌شود، از جمله ارتعاش خود برانگیخته، ارتعاش رزونانس و ارتعاش بازخورد [5]. نظریه غیر پویا می‌گوید که تشکیل موج عمدتاً مربوط به مواد ریل و فرآیند ذوب و غیره است. و حتی اگر نیروی متقابل چرخ-ریل ثابت باشد، ریل نیز به دلیل جریان پلاستیکی ناهموار خود موجی خواهد شد [6،7].

۳. خردایش ریل. خرد شدن ریل پدیده‌ای است که در آن ماده روی ریل تغییر شکل پلاستیکی پیدا می‌کند و رویه ریل مسطح می‌شود، که معمولاً در ریل‌های بخش منحنی راه‌آهن سنگین مشاهده می‌شود [8]، همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است. خرد شدن ریل شکل سر ریل را تغییر می‌دهد، نیروی تماس چرخ-ریل تغییر می‌کند، که باعث تشدید لرزش و سر و صدای حرکت می‌شود. علاوه بر این، خرد شدن ریل اغلب با آسیب‌های ناشی از سایش یا ترک خستگی همراه است. حد پایداری اغلب به عنوان معیاری برای قضاوت در مورد اینکه آیا آسیب خرد شدن در ریل رخ می‌دهد یا خیر، استفاده می‌شود و افزایش حد تسلیم مواد می‌تواند از این نوع آسیب جلوگیری یا آن را کند کند.

۴. ساییدگی کناره ریل. همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است، سایش کناری ریل، اصلی‌ترین نوع آسیب ریل با منحنی‌های شعاع کوچک است [9]. در راه‌آهن چین، 98 درصد ریل‌های منحنی با شعاع کوچک به دلیل سایش بیش از حد کناری، از رده خارج می‌شوند. هنگامی که لوکوموتیو و وسیله نقلیه وارد بخش منحنی می‌شوند، قطار به دلیل اینرسی به جلو حرکت می‌کند، اما ریل، بدنه قطار را مجبور به چرخش می‌کند. در این حالت، چرخ‌ها به ریل برخورد می‌کنند و سایش کناری جدی رخ می‌دهد. به خصوص، هنگامی که نیروی گریز از مرکز و نیروی مرکزگرای قطار نامتعادل باشند، بار ریل داخلی و خارجی بایاس می‌شود که سایش کناری را به شدت تشدید می‌کند [10، 11]. اعتقاد عمومی بر این است که سایش کناری ریل، عمر مفید ریل را کاهش می‌دهد و تغییر پروفیل ریل، تعامل چرخ/ریل را بدتر می‌کند و بر پایداری عبور قطار از منحنی تأثیر می‌گذارد.

شکل 1 ترک‌های ناشی از خستگی.

شکل 2 لایه برداری ریلی.

شکل 3. سایش موج‌دار ریل.

شکل 4 خرد کردن ریل.

شکل 5. ساییدگی کنار ریل.

منابع

1. کی. ژو. تحقیق در مورد قوانین و مکانیسم‌های حذف مواد در طول سنگ‌زنی ریل [D]. چنگدو: پایان‌نامه دکترای دانشگاه جنوب غربی جیائوتونگ، 2020.
2. X. ژائو، ZL لی. یک راه‌حل المان محدود سه‌بعدی از تماس غلتشی اصطکاکی چرخ-ریل در الاستو-پلاستیسیته [J]. مجموعه مقالات موسسه مهندسان مکانیک، بخش J: مجله مهندسی تریبولوژی، 2015، 229(1): 86-100.
3. دبلیو. ژونگ، جی. هو، پی. شن و همکاران. بررسی تجربی بین خستگی تماس غلتشی و سایش راه‌آهن‌های پرسرعت و سنگین و انتخاب جنس ریل [J]. Wear، 2011، 271(9-10): 2485-2493.
4. اس. گراسی، جی. کالوسک. موج‌دار شدن ریل: ویژگی‌ها، علل و راه‌حل‌ها [J]. مجموعه مقالات موسسه مهندسان مکانیک، بخش F: مجله راه‌آهن و حمل و نقل سریع، 1993، 207(1): 57-68.
5. Y. Gu. مطالعه مکانیسم موج‌دار شدن ریل در مسیر بدون بالاست راه‌آهن پرسرعت [D]. پکن: پایان‌نامه دکترای دانشگاه جیائوتونگ پکن، 2017.
6. ایکس. جین، ایکس. لی، دبلیو. لی و همکاران. بررسی پیشرفت موج‌دار کردن ریل [J]. مجله دانشگاه جنوب غربی جیائوتونگ، 2016، 51(2-3): 264-273.
7. اس. لی، دی. لیو، پی. لیو و همکاران. تشکیل موج و تکامل ریزساختار فولاد ریلی U75V [J]. مجله دانشگاه دالیان جیائوتونگ، 2019، 40(5): 66-71.
8. Z. Li، Z. Yan، S. Li. تأثیر موج‌دار بودن ریل بر عملکرد دینامیکی سیستم عبور وسایل نقلیه پرسرعت [J]. مجله دانشگاه مرکزی جنوبی (علوم و فناوری)، 2003، 25(1): 104-108.
9. دبلیو. وانگ، اچ. گوئو، ایکس. دو و همکاران. بررسی مکانیسم آسیب و پیشگیری از آن در ریل‌های سنگین راه‌آهن [J]. تحلیل شکست مهندسی، ۲۰۱۳، ۳۵: ۲۰۶-۲۱۸.
10. Y. Zhou، S. Wang، T. Wang و همکاران. بررسی میدانی و آزمایشگاهی رابطه بین بررسی سر ریل و سایش در یک راه‌آهن سنگین [J]. Wear، 2014، 315(1-2): 68-77.
11. آی. پوویلایتین، آی. کامائیتیس، آی. پوداگلیس. تأثیر عرض گیج بر سایش کنار ریل در قوس‌های مسیر [J]. مجله مهندسی عمران و مدیریت، 2006، 12(3): 255-260.
12. دبلیو. ژای، جی. گائو، پی. لیو و همکاران. کاهش سایش کنار ریل در قوس‌های راه‌آهن‌های سنگین بر اساس اندرکنش دینامیکی چرخ-ریل [J]. دینامیک سیستم خودرو، 2014، 52(sup1): 440-454.