Բարձր արագությամբ երկաթուղային հղկման ինքնադապտացվող հղկման վարքագիծը սահող-գլորվող կոմպոզիտային շարժումների ներքո

Բարձր արագությամբ երկաթուղու ինքնադապտացվող հղկման վարքագիծը սահող-գլորվող կոմպոզիտային շարժումների ներքո կենտրոնացած է հղկման արդյունավետության և մակերեսի որակի օպտիմալացման վրա: Բարձր արագությամբ երկաթուղիները, որոնք բնութագրվում են բարձր գործառնական արագություններով և թեթև առանցքների բեռնվածությամբ, հաճախ տառապում են պտտվող կոնտակտային հոգնածությունից [1], ինչը հանգեցնում է մակերևույթի ճաքերի [2-4], հոգնածության ճաքերի [5,6] և կոտրվածքների [7,8]: Այս խնդիրները պահանջում են ժամանակին սպասարկում՝ ապահովելու համարերկաթուղային ցանցերի անվտանգ և հուսալի շահագործում. Ավանդական երկաթուղու հղկման տեխնիկան նպատակ ունի լուծելու խորը արմատացած թերությունները, բայց հաճախ հանգեցնում են անարդյունավետության, երկարաձգված պահպանման ժամանակի և ջերմային վնասների: Բարձր արագությամբ հղկելը (HSG) հայտնվել է որպես արդյունավետ այլընտրանք՝ առաջարկելով հղկման ավելի բարձր արագություն (60–80 կմ/ժ) և կրճատված «սպասարկման պատուհաններ»։ Ի տարբերություն սովորական հղկման, HSG-ն գործում է սահող-գլորվող կոմպոզիտային շարժումների միջոցով, որոնք շարժվում են հղկման անիվների (GWs) և երկաթուղու մակերեսի միջև շփման ուժերով [9]: Այս եզակի մեխանիզմը հնարավորություն է տալիս ինչպես նյութը հեռացնելու, այնպես էլ հղկող ինքնահղկման: Այնուամենայնիվ, սահող և պտտվող շարժումների փոխազդեցությունը անբավարար է ուսումնասիրվել՝ սահմանափակելով HSG-ի ներուժը ռելսերի պահպանման օպտիմալացման համար: Այս աշխատանքում կիրառվել է տնական HSG փորձարկման սարք՝ տեղում հղկման պայմանները մոդելավորելու համար: Փորձերն անցկացվել են տարբեր շփման անկյունների (30°, 45° և 60°) և հղկման բեռների տակ (500 N, 700 N և 900 N) [10, 11]:

1. Slide-roll-ի հարաբերակցությունը:Արդյունքները ցույց են տալիս, որ սահող-գլորվող կոմպոզիտային շարժումները վճռորոշ դեր են խաղում հղկման վարքի վրա ազդելու գործում: Սահող-գլորման հարաբերակցությունը (SRR), որը սահմանվում է որպես սահման արագության և գլորման արագության հարաբերակցություն, ինչպես ցույց է տրված Նկար 1-ում, ավելացել է ինչպես շփման անկյան, այնպես էլ հղկման բեռի հետ, ինչը ինտուիտիվ կերպով արտացոլում է հղկման զույգերի սահող-գլորվող կոմպոզիտային շարժման փոփոխությունները: Օրինակ, SRR-ն աճել է 0,18-ից 30° շփման անկյան տակ մինչև 0,81 60°-ում: Այս անցումը շարժման գերակշռող շարժումից դեպի սահելու և գլորելու հավասարակշռություն էապես բարելավեց հղկման արդյունքները: Հետազոտությունը ցույց է տվել, որ 45° շփման անկյունն ապահովում է հղկման ամենաբարձր արդյունավետությունը, մինչդեռ 60° շփման անկյունը տալիս է մակերեսի լավագույն որակը, մակերևույթի կոշտությունը (Ra) զգալիորեն նվազել է, երբ շփման անկյունը մեծանում է, 12,9 մկմ-ից 30°-ում մինչև 3,5 մկմ 60°-ում, ինչպես ցույց է տրված նկ.2-ից մինչև նկար 4-ում:

2. Grinding-induced WEL.Հղկման գործընթացում, ջերմա-մեխանիկական միացման էֆեկտների պատճառով, ներառյալ բարձր կոնտակտային սթրեսը, բարձր ջերմաստիճանը և արագ սառեցումը, երկաթուղու մակերեսին տեղի են ունենում մետալուրգիական փոխակերպումներ և պլաստիկ դեֆորմացիա: Այս փոփոխությունները հանգեցնում են փխրուն սպիտակ փորագրող շերտի (WEL) ձևավորմանը, որը հակված է ճեղքման՝ անիվ-ռելսային շփման հետևանքով ցիկլային սթրեսների ներքո: Բոլոր արդյունքները ցույց են տալիս, որ WEL-ի միջին հաստությունը 8 մկմ-ից պակաս է, ինչը ավելի բարակ է, քան ակտիվ հղկման արդյունքում առաջացած WEL-ը (~40 մկմ) [12, 13], ինչպես ցույց է տրված Նկար 5-ում: Այս երևույթը, հավանաբար, կապված է HSG մեթոդի եզակի առանձնահատկությունների հետ. Համեմատած ավանդական ակտիվ հղկման հետ, HSG-ում մեկ հղկող մասնիկ մեկ պտույտային ցիկլի ընթացքում միայն կարճ ժամանակահատված է մասնակցում մանրացման գործընթացին, նույնիսկ բարձր շփման անկյուններում: Ժամանակի մեծ մասի համար հղկող մասնիկը մանրացնելուց հետո գտնվում է ջերմության ցրման շրջանում: Սա ապահովում է, որ հղկող մասնիկը բավականաչափ ժամանակ ունենա ջերմությունը ցրելու համար, նախքան մանրացման մեջ նորից ներգրավելը, ինչը հանգեցնում է հղկման միջերեսի ջերմային պայմանների բարելավմանը:

3. Մանրացնել աղբը.Հղկման բեկորների վերլուծությունը լրացուցիչ պատկերացումներ տվեց նյութի հեռացման մեխանիզմների վերաբերյալ, ինչպես ցույց է տրված Նկ.6-ում և Նկ.7-ում: Հոսքի նման և դանակի ձևավորված բեկորները, որոնք նշանակում են արդյունավետ հղկման արդյունավետություն, ավելի տարածված էին ավելի բարձր SRR-ներում: Ի հակադրություն, բլոկը և կտրատված բեկորները գերակշռում էին ավելի ցածր շփման անկյուններում՝ արտացոլելով մանրացման անբավարար կատարումը: Գնդաձև բեկորների առկայությունը մեծանում էր հղկման բեռների հետ միասին, ինչը վկայում է հղկման բարձր ջերմաստիճանի մասին: Այս դիտարկումները ընդգծում են հղկման պարամետրերի օպտիմալացման կարևորությունը արդյունավետությունը և ջերմային պայմանները հավասարակշռելու համար:

4. Սահող շարժակազմի շարժման մեխանիզմ.Ուսումնասիրությունը նաև բացահայտեց սահող և պտտվող շարժումների դինամիկ փոխազդեցությունը հղկման գործընթացում, ինչպես ցույց է տրված Նկ.8-ում: Սահելը հեշտացնում է նյութի հեռացումը երկաթուղու մակերևույթից՝ գլորելով ուժեղացված բեկորների արտահոսքը և հղկող ինքնահղացումը: Այս դինամիկ հավասարակշռությունը կարևոր է նվազագույն ջերմային վնասով արդյունավետ հղկման հասնելու համար: Այնուամենայնիվ, շարժման վրա չափազանց մեծ շեշտադրումը կարող է հանգեցնել ոչ օպտիմալ արդյունքների. պտտվող շարժումը մեծացնում է մակերևույթի կոշտությունը, մինչդեռ սահող շարժումը կարող է հանգեցնել հղկանյութի նորացման կրճատման և ջերմային վնասի ավելացման:

5. Համապարփակ գնահատում.Հղկման արդյունավետության համապարփակ գնահատումները, ներառյալ հղկման արդյունավետությունը, մակերեսի կոշտությունը և WEL հաստությունը, ընդգծեցին սահող-գլորվող կոմպոզիտային շարժումների օպտիմալացման առավելությունները, ինչպես ցույց է տրված Նկար 9-ում: Տարբեր բեռների և շփման անկյունների տակ հղկման կատարման ռադարային գծապատկերները ցույց են տվել, որ 45° շփման անկյունը ապահովում է արդյունավետության և որակի լավագույն հավասարակշռությունը: Այնուամենայնիվ, 60° շփման անկյունը հետևողականորեն ստեղծեց ամենահարթ մակերեսները՝ այն դարձնելով իդեալական վերջնական հղկման համար: Այս բացահայտումները ցույց են տալիս, որ հղկման պարամետրերի նպատակային ճշգրտումները կարող են արդյունավետ կերպով լուծել երկաթուղու մակերեսի տարբեր վնասները:

Այս հետազոտությունն առաջարկում է գործնական հետևանքներ արագընթաց երկաթուղու պահպանման համար: Հղկման սկզբնական անցումների համար 45° շփման անկյունը առավելագույնի է հասցնում նյութի հեռացման արդյունավետությունը, մինչդեռ 60° անկյունը ապահովում է մակերեսի բարձր որակը հարդարման փուլերում: Հետազոտությունն ընդգծում է սահող և պտտվող շարժումների դինամիկ հավասարակշռման կարևորությունը՝ հղկման արդյունավետությունը բարձրացնելու, մակերեսի որակը բարելավելու և հղկող անիվների ծառայության ժամկետը երկարացնելու համար:

Եզրափակելով, ուսումնասիրությունը ընդգծում է սահող-գլորվող կոմպոզիտային շարժումների կարևոր դերը բարձր արագությամբ երկաթուղային հղկման մեջ: Օպտիմիզացնելով սահող և պտտվող գործողությունների համամասնությունը՝ HSG-ն կարող է հասնել հղկման բարձր արդյունավետության և մակերեսի որակի՝ նվազագույնի հասցնելով ջերմային վնասը: Այս բացահայտումները տեսական հիմք են ստեղծում HSG տեխնոլոգիայի առաջխաղացման և երկաթուղու սպասարկման պրակտիկայի բարելավման գործնական ուղեցույցների համար:

Նկար 1.SRR-ի, COF-ի և պտտման արագության տատանումների միտումը հղկման բեռներով և շփման անկյուններով:

Նկար 2.Հղկման արդյունավետությունը տարբեր շփման անկյունների և հղկման բեռների տակ:

Նկար 3.Երկաթուղային նմուշների մակերեսային մորֆոլոգիաները տարբեր շփման անկյունների և հղկման բեռների տակ:

Նկար 4.Մակերեւույթի կոպտությունը և3D մորֆոլոգիաներերկաթուղային նմուշներ տարբեր շփման անկյունների և հղկման բեռների տակ:

Նկար 5.Ռելսերի նմուշների օպտիկական և SEM մետալոգրաֆիկ պատկերներ:

Նկար 6.Տեսակը և համամասնությունըմանրացնելով բեկորներտարբեր շփման անկյունների և հղկման բեռների տակ:

Նկար 7.SEM պատկերներ և EDS սպեկտրներ տարբեր տեսակի մանրացման բեկորների համար:

Նկար 8.HSG-ի վրա սահող-գլորվող կոմպոզիտային շարժման ազդեցության սխեմատիկ դիագրամ:

Այս աշխատանքը զեկուցվել է Journal of Tribology International ամսագրում:

Հղումներ

[1] Fan W, Wu C, Wu Z, et al. Ստատիկ շփման մեխանիզմ ատամնավոր կոնտակտային անիվի և երկաթուղու միջև հղկող գոտիով [J] երկաթուղային հղկման ժամանակ: Արտադրական գործընթացների ամսագիր, 2022, 84: 1229-1245:

[2] Cheng ZN, Zhou Y, Li PJ, et al. Ճաքերի տարածման և ռելսերի մակերևույթի սփռման մեխանիզմ՝ հիմնված պերիդինամիկայի վրա [J]: Tongji համալսարանի ամսագիր, 2023, 51 (6): 912-922:

[3] Wang JN, Guo X, Jing L, et al. Անիվ-ռելսային հարվածի արձագանքման վերջավոր տարրերի սիմուլյացիաներ, որոնք առաջացել են բարձր արագությամբ գնացքների անիվի քայլքի ցատկումով[J]: Պայթյուն և հարվածային ալիքներ, 2022, 42 (4): 045103-1-045103-15:

[4] Hua J, Liu J, Liu F, et al. U71MnG երկաթուղային նյութի մաշվածության և հոգնածության վնասման և լազերային մարման միջոցով [J] շերտի ուսումնասիրություն: Tribology International, 2022, 175: 107811:

[5] Benoît D, Salima B, Marion R. Գլխի ստուգման մեկնարկի բազմամասշտաբ բնութագրում ռելսերի վրա գլորվող շփման հոգնածության տակ. Մեխանիկական և միկրոկառուցվածքի վերլուծություն [J]: Հագնում, 2016, 366: 383-391.

[6] Shur EA, Borts AI, Bazanova LV, et al. Ռելսերում հոգնածության ճաքերի աճի արագության և ժամանակի որոշում՝ օգտագործելով հոգնածության մակրոգծեր [J]: Ռուսական մետալուրգիա (մետաղ), 2020, 2020: 477-482.

[7] Al-Juboori A, Zhu H, Li H, et al. Միկրոկառուցվածքային հետազոտություն ռելսերի կոտրվածքի ձախողման վրա, որը կապված է կծկման թերությունների հետ [J]: Ինժեներական ձախողման վերլուծություն, 2023, 151: 107411:

[8] Masoudi Nejad R, Farhangdoost K, Shariati M. Ռելսերի պողպատի միկրոկառուցվածքային վերլուծություն և հոգնածության կոտրվածքի վարքագիծը [J]: Առաջադեմ նյութերի և կառուցվածքների մեխանիկա, 2020, 27 (2): 152-164:

[9] Von Diest K, Puschel A. Բարձր արագությամբ հղկման-երկաթուղային աղմուկի նվազեցում ռելսերի կանոնավոր հղկման միջոցով առանց երթևեկության ընդհատումների[C]//INTER-NOISE and NOISE-CON Congress and Conference ProceedinGW: Աղմուկի կառավարման ճարտարագիտության ինստիտուտ, 2013, 247 (2): 5206-5212:

[10] Von Diest K, Ferrarotti G, Kik W, et al. Բարձր արագությամբ հղկվող HSG-2 մեքենայի մաշվածության վերլուծություն. վավերացում, մոդելավորում և համեմատություն չափումների հետ[M]//Տրանսպորտային միջոցների դինամիկան ճանապարհների և ուղիների վրա հատոր 2. CRC Press, 2017: 925-930:

[11] Von Diest K, Puschel A. Բարձր արագությամբ հղկման-երկաթուղային աղմուկի նվազեցում կանոնավոր ռելսերի մանրացման միջոցով առանց երթևեկության ընդհատումների[C]//INTER-NOISE and NOISE-CONgress and Conference ProceedinGW: Աղմուկի կառավարման ճարտարագիտության ինստիտուտ, 2013, 247 (2): 5206-5212:

[12] Mesaritis M, Santa JF, Molina LF, et al. Ռելսերի տարբեր դասակարգերի հետդաշտային հղկման գնահատում անիվի/ռելսային լայնածավալ լաբորատոր փորձարկումներում [J]: Tribology International, 2023, 177: 107980:

[13] Rasmussen CJ, Fæster S, Dhar S, et al. Ռելսերի վրա մակերևութային ճաքերի ձևավորումը մարտենզիտի սպիտակ փորագրման շերտերի մանրացման ժամանակ [J]: Հագնում, 2017, 384: 8-14: