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Le strategie di rettifica ferroviaria
28-10-2024
La rettifica periodica delle rotaie riduce o elimina i danni e ne prolunga la durata utile, ed è ampiamente riconosciuta come uno dei metodi di manutenzione più efficaci nei sistemi di trasporto ferroviario. Sulla base dell'andamento dei danni alle rotaie e in combinazione con le esigenze di capacità del trasporto ferroviario, la tecnologia e le attrezzature per la rettifica delle rotaie si stanno sviluppando in modo diversificato e multilivello. Le principali strategie per la rettifica delle rotaie includono la pre-rettifica, la rettifica preventiva e la rettifica di riparazione.
Pre-rettificaDurante il processo di laminazione a caldo delle rotaie, le alte temperature intensificano l'ossidazione degli elementi di carbonio e ferro sulla superficie delle rotaie. Quando il tasso di ossidazione del carbonio è maggiore di quello del ferro, parte della cementite presente nella perlite si trasforma in ferrite, portando alla formazione di uno strato di decarburazione, come mostrato in Fig. 1. La durezza, la resistenza e la resistenza all'usura dello strato di decarburazione sulla rotaia sono inferiori a quelle del substrato [1]. Durante il servizio, le crepe si propagano principalmente lungo la ferrite, che ha maggiori probabilità di causare gravi danni alla rotaia [2]. Durante la costruzione della nuova linea, frequenti partenze/arresti dei veicoli da costruzione possono facilmente causare graffi sulle rotaie e altri problemi. I graffi sulle rotaie non sono facilmente rilevabili dal personale di ispezione nella fase iniziale, ma il calore di attrito tra la ruota e la rotaia causa una trasformazione metallografica nell'area graffiata della rotaia, che può rapidamente trasformarsi in gravi danni in servizio successivo [3]. Pertanto, per la costruzione di nuove linee e la posa di nuove rotaie in sezioni, è necessario effettuare una pre-rettifica dopo la messa in servizio e prima dell'apertura al servizio per rimuovere lo strato di decarburazione di circa 0,2 mm sulla superficie e i danni causati dal processo di costruzione. Per le linee già entrate in servizio, è necessario completare la pre-rettifica prima di far transitare una massa complessiva di 10 Mt.
Figura 1. Lo strato di decarburazione sul fungo della rotaia.
Rettifica preventivaPer difetti gravi come corrugazione, delaminazione, abrasione laterale e schiacciamento, è necessario utilizzare una profondità di rettifica maggiore per rimuovere i difetti e allo stesso tempo correggere e riparare il profilo della rotaia. A questo punto, la quantità di materiale della rotaia rimosso e la profondità di rettifica sono elevate, e questa strategia di rettifica è chiamata rettifica riparativa. A causa della tolleranza di usura di progettazione della superficie della rotaia, la frequenza di sostituzione delle rotaie è aumentata durante la rettifica di riparazione, con conseguente riduzione dei costi di rettifica.
La Cina ha emanato norme chiare sulle operazioni di rettifica di riparazione delle linee ferroviarie: (a) La rettifica di riparazione deve selezionare le attrezzature di rettifica e i parametri operativi appropriati in base alle caratteristiche dei difetti delle rotaie, rimuovere i difetti delle rotaie e riparare i profili delle rotaie; (b) Nelle linee ordinarie, per difetti come la profondità di rettifica delle onde o la larghezza del bordo spesso superiore a 0,3 mm, deve essere organizzata una rettifica di riparazione tempestiva; (c) Nelle linee ferroviarie ad alta velocità, quando si verificano vibrazioni del treno ad alta velocità, allarme di accelerazione laterale del telaio trasversale, striscia luminosa scadente nelle sezioni, profondità a squama di pesce della rotaia di scambio che raggiunge 0,5 mm, indice di risposta all'impatto del binario che supera il valore di gestione o difetti delle rotaie che raggiungono il limite di bonifica, deve essere organizzata una riparazione e una rettifica tempestive della rotaia.
Riparazione della rettificaLa rotaia è soggetta a carichi periodici provenienti dalle ruote e sulla sua superficie si forma uno strato di fatica da contatto volvente (RCF) a causa dell'"effetto cricchetto" [4,5]. Nello strato di fatica da contatto volvente, la durezza e la fragilità del materiale della rotaia aumentano significativamente e la microstruttura mostra un aumento della densità di dislocazioni e dell'innesco di microcricche [5]. La propagazione laterale e longitudinale delle microcricche può causare danni come delaminazione e rottura delle rotaie [1]. Nel ciclo di sviluppo delle cricche (nucleazione, innesco e propagazione), il tempo di nucleazione e innesco rappresenta una percentuale elevata. La rettifica viene solitamente eseguita quando la profondità di propagazione della cricca non supera 0,2 mm, che è il momento migliore per bloccare la propagazione delle cricche sulla rotaia ed evitare un ulteriore deterioramento della rotaia, come mostrato in Fig. 2. Sulla base del meccanismo di fatica da contatto volvente sulla superficie delle rotaie e della legge di propagazione delle cricche, viene proposta una strategia di rettifica preventiva, che prevede la rimozione regolare dello strato di fatica da contatto volvente sulla superficie delle rotaie. La rettifica preventiva prevede una profondità di rettifica inferiore, il che favorisce un maggiore prolungamento della vita utile delle rotaie e garantisce una migliore economia di lavorazione rispetto alla rettifica di riparazione.
La China Railway Corporation ha presentato requisiti chiari per l'implementazione della rettifica preventiva delle rotaie ferroviarie. (a) Per le ferrovie ad alta velocità, la rettifica preventiva dovrebbe essere eseguita ogni 30-50 Mt di peso totale, con un intervallo di rettifica non superiore a 2 anni. (b) Per i tratti rettilinei e curvi a raggio ampio (>1200 m) delle linee ad alta velocità, il processo di rettifica viene solitamente eseguito una volta per un peso totale di 100 Mt; per i tratti a raggio piccolo ( 
La legge evolutiva della vita utile delle rotaie con diverse strategie di rettifica è illustrata in Figura 2 e i risultati indicano che la rettifica può estendere efficacemente la vita utile delle rotaie. Secondo i rapporti, la probabilità che si verifichino difetti sulla superficie delle rotaie dopo la non rettifica, la rettifica di riparazione e la rettifica preventiva è rispettivamente del 15%, 8% e 4% [6], indicando che la rettifica preventiva presenta un vantaggio significativo nel ridurre la probabilità di difetti delle rotaie. Inoltre, i materiali per la rettifica preventiva presentano uno spessore di asportazione inferiore, il che può estendere significativamente la vita utile delle rotaie rispetto alla rettifica di riparazione. Nella grave situazione di rapido sviluppo economico e di urgente domanda di capacità di trasporto del trasporto ferroviario cinese, l'adozione della rettifica preventiva può estendere efficacemente il ciclo di sostituzione delle rotaie e ottenere una maggiore economia di lavorazione. La rettifica preventiva predittiva è la direzione di sviluppo principale della futura tecnologia di rettifica delle rotaie.
Figura 2. Il comportamento di propagazione delle cricche di grasso da contatto volvente
Figura 3. La relazione tra strategie di rettifica e durata delle rotaie
[1] ZHAO Xiangji, GUO Jun, WANG Hengyu, et al. Effetti della decarburazione sulla resistenza all'usura e sui meccanismi di danneggiamento delle rotaie soggette a fatica da contatto[J]. Usura, 2016, 364-365:130-143.
[2] ZHAO Xiangji, WANG Hengyu, Guo Jun e altri. L'effetto dello strato decarburato sulla fatica da contatto di rotolamento dei materiali ferroviari in condizioni asciutto-bagnato[J]. Engineering Failure Analysis, 2018, 91: 58-71.
[3] LIU Fengshou, LI Chuang, TIAN Changhai. Ricerca sui danni precoci delle rotaie delle ferrovie cinesi ad alta velocità. Railway Engineering, 2018, 58(1): 138-140.
[4] Reza Masoudi Nejad, Shariati Mahmoud, Farhangdoost Khalil. Effetto dell'usura sulla crescita delle cricche da fatica da contatto di rotolamento nelle rotaie[J]. Tribology International, 2016, 94: 118-13.
[5] HU Yue, ZHOU Lang, DING Haohao, et al. Evoluzione della microstruttura delle ruote perlitiche ferroviarie sotto carico di contatto rotolamento-scorrimento[J]. Tribology International, 2021, 154: 106685.
[6] ZAREMBSKI Allan M., PALESE Joseph. La rettifica delle rotaie riduce i difetti delle rotaie?[J]. Railway Track&Structure, 2011, 107(2): 32-35.