Méthode d'évaluation des performances des meules

Méthode d'évaluation des performances des meules

L'aspect le plus crucial du processus de développement des meules réside dans l'évaluation et la vérification de leurs performances (dimensions, précision, équilibre dynamique/statique, résistance à la rotation, capacité de charge, rendement de meulage, etc.), permettant ainsi d'optimiser leur formulation, leur processus de fabrication et leur structure. Parmi ces facteurs, le rendement de meulage constitue une représentation concrète de l'efficacité opérationnelle de la meule et suscite un vif intérêt chez les chercheurs. Actuellement, les équipements de vérification des performances des meules peuvent être classés en six catégories selon les modes d'action relatifs entre la meule et le rail : 1) meuleuse traditionnelle ; 2) meuleuse à bloc fixe sur rail ; 3) meuleuse à alimentation linéaire sur rail ; 4) meuleuse à alimentation rotative horizontale sur rail circulaire ; 5) banc d'essai de meulage pour rails à grande vitesse ; et 6) ligne d'essai de meulage de rails réels.

(1) Rectifieuse conventionnelle. Uhlmann et al. [1] ont étudié l'influence des paramètres de rectification sur la qualité de surface (dureté, rugosité, épaisseur de la couche blanche) des rails à l'aide d'une rectifieuse plane (voir figure 1). Wu et al. [2] ont vérifié qu'une meule rainurée améliore la qualité de surface du rail après rectification avec un dispositif similaire. Ce type de rectifieuse se caractérise par une vitesse de déplacement de la meule élevée (jusqu'à 30-50 m/s) mais une faible vitesse d'avance (8-16 m/min) [2] ; la pression de rectification n'est pas réglable. Par conséquent, cette rectifieuse ne peut pas simuler les opérations réelles de rectification de rails et ne peut servir que de référence pour l'étude du comportement de la meule.

Figue.1 machine d'essai de rectifieuse de surface[1]

(2) Type de bloc stationnaire sur rail. S'inspirant du mode de fonctionnement des meules utilisées pour le meulage des rails, de nombreux chercheurs ont relié le moteur à la meule et utilisé sa face d'extrémité pour meuler le rail. Kanematsu et al. [3] ont vérifié les performances de meulage de diverses meules à l'aide du banc d'essai de meulage de rails présenté sur la figure 2. Gu et al. [4] ont modifié un banc d'essai de meulage de structure similaire, utilisant un banc d'essai de friction, afin d'étudier les performances de meules présentant différentes granulométries. Ce type de machine d'essai permet de mieux simuler la vitesse de rotation de la meule, la pression de meulage et d'autres paramètres, mais ne permet pas de reproduire le mouvement d'avance. Un meulage prolongé d'une zone du rail entraîne une élévation de la température d'interface due à la chaleur de meulage, ce qui dégrade les performances des meules à liant résine à haute température et diminue leur pouvoir de rétention de l'abrasif. De plus, sous l'effet de la chaleur de meulage, le rail est susceptible de brûler. Par conséquent, le processus expérimental de ce type de machine d'essai doit impérativement prendre en compte l'influence de la température de meulage sur les résultats.

Figue.2 Testeur de meulage fixe sur rail de bloc[3]

(3) Alimentation par rail linéaire. Pour résoudre le problème d'alimentation des rails dans la machine d'essai de rectification de rails de Gu et al. [4], Zhou Kun [80] a utilisé un système pignon-crémaillère pour entraîner les rails, permettant une alimentation linéaire unidirectionnelle de 1,6 à 4,0 km/h, comme illustré sur la figure 3. La machine expérimentale a également servi à étudier différents paramètres de rectification (pression de rectification [5], vitesse d'avance [6]) et la dureté de la meule [7]. Huang Guigang [8] a modifié la structure principale de la raboteuse à portique BM2015 pour développer un banc d'essai de rectification active sur rail vertical, représenté sur la figure 4. Cet équipement utilisait sur site des rails de 60 kg/m d'écartement, avec une vitesse d'avance simulée de 0,3 à 4,5 km/h, et permettait de réaliser une rectification d'un angle de ±50°. L'équipement a permis de valider les performances de rectification de la meule CBN développée. La vitesse de fonctionnement de la rectification active des rails varie de 3 à 24 km/h, tandis que les vitesses simulées par ce type d'équipement de rectification de rails sont inférieures, ce qui limite sa capacité expérimentale.

Figue.3Testeur de broyage à alimentation linéaire horizontale [5,6,7]

Figue.4Testeur de broyage à alimentation linéaire verticale[8]

(4) Banc d'essai à alimentation rotative horizontale sur rail circulaire. L'Académie chinoise des sciences ferroviaires [9], l'Université d'aéronautique et d'astronautique de Nanjing [10,11] et Kuffa et al. (Suisse) [12] ont présenté un banc d'essai à alimentation rotative horizontale sur rail circulaire, illustré à la figure 5. Dans ce banc, les rails sont usinés en disque et disposés horizontalement ; ce disque peut tourner horizontalement sous l'action du mécanisme d'entraînement afin de simuler la vitesse d'avance d'une meuleuse. L'équipement conçu par l'Académie chinoise des sciences ferroviaires présente un diamètre de disque d'environ 1,6 m, une largeur de bande abrasive de 10 mm et une vitesse de rectification maximale de 10,8 km/h [9]. Les résultats obtenus avec cet équipement expérimental ont permis de fournir des données utiles pour l'établissement des conditions de fonctionnement des meules actives [9,13,14]. Ce type d'équipement est bien connu dans le domaine de la rectification active des rails.

Figue.5Testeur de broyage à alimentation par rotation horizontale cyclique sur rail[19]

(5) Banc d'essai de rectification de rails à grande vitesse. L'équipe de Wang Hengyu à l'Université Jiaotong du Sud-Ouest [15,16] a conçu un banc d'essai passif de rectification de rails à grande vitesse capable de simuler une vitesse de rectification maximale de 60 à 80 km/h, comme illustré à la figure 6. Par ailleurs, l'équipe du professeur Zou Wenjun à l'Université de technologie du Henan [17,18] a conçu un banc d'essai de rectification de rails à grande vitesse de petite taille (figure 7), dans lequel le disque de la roue du rail est disposé verticalement et l'équipement permet de régler l'impulsion de la meule et la pression de rectification. Le diamètre extérieur du rail est de 150 mm et les dimensions de la meule sont de Φ80×10×10 mm. Cette machine permet de simuler des vitesses de meulage sur site de 60 à 80 km/h et des pressions de meulage de 1200 à 3200 N. La pression de meulage de la meule est réglable jusqu'à une vitesse maximale de 60 à 80 km/h, pour une pression maximale de 3200 N. Ce type de machine expérimentale joue un rôle essentiel dans le développement des meules à grande vitesse.

Figue.6 Banc de meulage à grande vitesse[13]

Figue.7Banc d'essai de réduction de broyage à grande vitesse[16]

(6) Ligne d'essai réelle de rectification de rails. Au cours de la dernière décennie, Golden Eagle Heavy Industry s'est consacrée au développement et à la conception innovante de wagons de rectification de rails à grande vitesse et a établi une base d'essais de rectification de rails à Yujiahu, dans la ville de Xiangyang, province du Hubei. La figure 8 représente un wagon de rectification de rails à grande vitesse, pouvant être équipé de 24 meules (12 de chaque côté) et fonctionnant à une vitesse de rectification supérieure à 60 km/h [15]. Les conditions et modes de fonctionnement du véhicule correspondent parfaitement à ceux de la rectification de rails à grande vitesse, permettant ainsi de vérifier les performances de coupe des meules. Parallèlement, le véhicule est équipé de plusieurs meules, permettant de vérifier la stabilité du processus de production des meules. Par conséquent, dans le cadre de la mise en place d'un système d'évaluation complet, l'évaluation et la vérification futures des performances des meules par ce wagon revêtent une valeur de référence incontestable.

Figue.8Ligne de test de broyage de vraie voiture[13]

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