0102۰۳0405
استراتژیهای سنگزنی ریلی
۲۰۲۴-۱۰-۲۸
سنگزنی منظم ریل، آسیبهای ریل را کاهش داده یا از بین میبرد و عمر مفید آنها را افزایش میدهد، که به طور گسترده به عنوان یکی از روشهای موثر تعمیر و نگهداری در سیستمهای حمل و نقل ریلی شناخته میشود. بر اساس رفتار آسیبهای ریل و همراه با نیازهای ظرفیت حمل و نقل ریلی، فناوری و تجهیزات سنگزنی ریل به صورت چند سطحی و متنوع در حال توسعه هستند. استراتژیهای اصلی برای سنگزنی ریل شامل سنگزنی اولیه، سنگزنی پیشگیرانه و سنگزنی تعمیری است.
پیش آسیاب کردندر طول فرآیند نورد گرم ریلها، دمای بالا اکسیداسیون عناصر کربن و آهن روی سطح ریلها را تشدید میکند. هنگامی که سرعت اکسیداسیون کربن بیشتر از آهن باشد، مقداری از سمنتیت موجود در پرلیت به فریت تبدیل میشود و منجر به تشکیل یک لایه دکربوریزاسیون میشود، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است. سختی، استحکام و مقاومت سایشی لایه دکربوریزاسیون روی ریل کمتر از زیرلایه است [1]. در طول سرویس، ترکها عمدتاً در امتداد فریت منتشر میشوند که احتمال آسیب جدی به ریل را افزایش میدهد [2]. در طول ساخت خط جدید، شروع/توقف مکرر وسایل نقلیه ساختمانی میتواند به راحتی باعث خراشهای ریل و سایر مشکلات شود. خراشهای ریل در مراحل اولیه به راحتی توسط پرسنل بازرسی تشخیص داده نمیشوند، اما گرمای اصطکاک بین چرخ و ریل باعث تغییر متالوگرافی در ناحیه خراشیده ریل میشود که میتواند به سرعت در سرویس بعدی به آسیبهای جدی تبدیل شود [3]. بنابراین، برای ساخت خطوط جدید و ریلگذاری جدید در مقاطع، پیشسنگزنی باید پس از راهاندازی و قبل از باز شدن برای بهرهبرداری انجام شود تا لایه کربنزدایی حدود 0.2 میلیمتری روی سطح و آسیبهای ناشی از فرآیند ساخت از بین برود. برای خطوطی که قبلاً به بهرهبرداری رسیدهاند، لازم است پیشسنگزنی قبل از عبور از جرم کل 10 تن انجام شود.

شکل ۱. لایه کربنزدایی روی پیشانی ریل.
سنگ زنی پیشگیرانهبرای عیوب شدید مانند موجدار شدن، لایهلایه شدن، سایش جانبی و خرد شدن، لازم است از عمق سنگزنی بیشتری برای رفع عیوب استفاده شود و همزمان پروفیل ریل اصلاح و تعمیر شود. در این مرحله، مقدار مواد ریل برداشته شده و عمق سنگزنی زیاد است و این استراتژی سنگزنی، سنگزنی ترمیمی نامیده میشود. با توجه به تحمل سایش طراحی شده روی ریل، تعداد دفعات تعویض ریل در طول سنگزنی تعمیری افزایش یافته و در نتیجه، هزینه سنگزنی پایین میآید.
چین مقررات روشنی در مورد عملیات سنگزنی تعمیر خطوط حمل و نقل ریلی وضع کرده است: (الف) سنگزنی تعمیری باید تجهیزات سنگزنی و پارامترهای عملیاتی مناسب را بر اساس ویژگیهای نقصهای ریل انتخاب کند، نقصهای ریل را برطرف کند و پروفیلهای ریل را تعمیر کند؛ (ب) در خطوط معمولی، برای نقصهایی مانند عمق سنگزنی موج یا عرض لبه ضخیم بیش از 0.3 میلیمتر، سنگزنی تعمیری به موقع باید سازماندهی شود؛ (ج) در خطوط راهآهن پرسرعت، هنگامی که لرزش قطار پرسرعت، هشدار شتاب جانبی قاب عرضی، نوار نوری ضعیف در مقاطع، عمق فلس ماهی ریل خروجی به 0.5 میلیمتر میرسد، شاخص پاسخ ضربه ریل از مقدار مدیریتی فراتر میرود، یا نقصهای ریل به حد اصلاح میرسند، تعمیر و سنگزنی به موقع ریل باید سازماندهی شود.
تعمیر سنگ زنی. ریل تحت بارهای دورهای از چرخها قرار میگیرد و لایه خستگی تماس غلتشی (RCF) به دلیل "اثر چرخدنده" روی سطح ریل تشکیل میشود [4،5]. در لایه خستگی تماس غلتشی، سختی و شکنندگی ماده ریل به طور قابل توجهی افزایش مییابد و ریزساختار افزایش چگالی نابجایی و شروع ریزترک را نشان میدهد [5]. انتشار جانبی و طولی ریزترکها ممکن است باعث آسیبهایی مانند لایه لایه شدن و شکستگی ریل در ریلها شود [1]. در چرخه توسعه ترک (هستهزایی، شروع و انتشار)، زمان هستهزایی و شروع، بخش بزرگی را تشکیل میدهند. سنگزنی معمولاً زمانی انجام میشود که عمق انتشار ترک از 0.2 میلیمتر تجاوز نکند، که بهترین زمان برای جلوگیری از انتشار ترکهای ریل و جلوگیری از تخریب بیشتر ریل است، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است. بر اساس مکانیسم خستگی تماس غلتشی روی سطح ریلها و قانون انتشار ترک، یک استراتژی سنگزنی پیشگیرانه پیشنهاد شده است که شامل حذف منظم لایه خستگی تماس غلتشی روی سطح ریلها میشود. سنگزنی پیشگیرانه عمق سنگزنی کمتری دارد که در مقایسه با سنگزنی تعمیری، برای افزایش عمر مفید ریلها مفیدتر است و از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفهتر است.
شرکت راهآهن چین الزامات روشنی را برای اجرای سنگزنی پیشگیرانه ریلهای راهآهن مطرح کرده است. (الف) برای راهآهنهای پرسرعت، سنگزنی پیشگیرانه باید هر 30 تا 50 تن از وزن کل، با فاصله سنگزنی حداکثر 2 سال انجام شود. (ب) برای مقاطع مستقیم و منحنی با شعاع بزرگ (>1200 متر) از خطوط پرسرعت معمولی، معمولاً یک بار فرآیند سنگزنی برای وزن کل 100 تن انجام میشود؛ برای مقاطع با شعاع کوچک ( 

قانون تکامل عمر مفید ریلها تحت استراتژیهای مختلف سنگزنی در شکل 2 نشان داده شده است و نتایج نشان میدهد که سنگزنی میتواند به طور مؤثر عمر مفید ریلها را افزایش دهد. طبق گزارشها، احتمال بروز نقص در سطح ریلها پس از سنگزنی غیرسنگزنی، سنگزنی تعمیری و سنگزنی پیشگیرانه به ترتیب 15٪، 8٪ و 4٪ است [6]، که نشان میدهد سنگزنی پیشگیرانه مزیت قابل توجهی در کاهش احتمال نقص ریل دارد. علاوه بر این، مواد سنگزنی پیشگیرانه ضخامت کمتری دارند که میتواند عمر مفید ریلها را در مقایسه با سنگزنی تعمیری به طور قابل توجهی افزایش دهد. در شرایط سخت توسعه سریع اقتصادی و تقاضای فوری برای ظرفیت حمل و نقل ترانزیت ریلی چین، اتخاذ سنگزنی پیشگیرانه میتواند به طور مؤثر چرخه جایگزینی ریل را افزایش داده و اقتصاد سنگزنی بالاتری داشته باشد. سنگزنی پیشگیرانه پیشبینیکننده، جهت اصلی توسعه فناوری سنگزنی ریلی در آینده است.

شکل ۲. رفتار انتشار ترکهای ناشی از خستگی تماس غلتشی

شکل ۳. رابطه بین استراتژیهای سنگزنی و عمر مفید ریلها
[1] ژائو شیانگجی، گوئو جون، وانگ هنگیو و همکاران. اثرات کربنزدایی بر مقاومت سایشی و مکانیسمهای آسیب ریلهای در معرض خستگی تماسی [J]. سایش، 2016، 364-365: 130-143.
[2] ژائو شیانگجی، وانگ هنگیو، گوئو جون و همکاران. تأثیر لایه دکربوریزه شده بر خستگی تماس غلتشی مواد ریلی در شرایط خشک-مرطوب [J]. تحلیل شکست مهندسی، 2018، 91: 58-71.
[3] لیو فنگشو، لی چوانگ، تیان چانگهای. تحقیق در مورد آسیب اولیه ریلهای راهآهن پرسرعت چین. مهندسی راهآهن، 2018، 58(1): 138-140.
[4] رضا مسعودی نژاد، شریعتی محمود، فرهنگدوست خلیل. تأثیر سایش بر رشد ترک خستگی تماس غلتشی در ریلها [J]. Tribology International، 2016، 94: 118-13.
[5] هو یو، ژو لانگ، دینگ هائوهائو و همکاران. تکامل ریزساختار چرخهای پرلیتی راهآهن تحت بارگذاری تماسی غلتشی-لغزشی [J]. Tribology International، 2021، 154: 106685.
[6] زارمسکی، آلن ام.، پالِس، جوزف. آیا سنگزنی ریل، عیوب ریل را کاهش میدهد[J]. Railway Track&Structure، 2011، 107(2): 32-35.










