Гулсах нийлмэл хөдөлгөөний дор өндөр хурдны төмөр замын нунтаглалтын өөрөө дасан зохицох нунтаглалтын зан байдал

Өндөр хурдны төмөр замын гулсах нийлмэл хөдөлгөөний дор өөрөө дасан зохицох нунтаглах үйл ажиллагаа нь нунтаглалтын гүйцэтгэл болон гадаргуугийн чанарыг оновчтой болгоход чиглэгддэг. Ашиглалтын өндөр хурдтай, тэнхлэгт бага ачаалалтай байдаг өндөр хурдны төмөр замд голдуу өнхрөх контактын ядаргаа [1] тохиолддог бөгөөд энэ нь гадаргуугийн хагарал [2-4], ядрах хагарал [5,6], хугарал [7,8] зэрэгт хүргэдэг. Эдгээр асуудлуудыг хангахын тулд цаг тухайд нь засвар үйлчилгээ хийх шаардлагатайтөмөр замын сүлжээг найдвартай, найдвартай ажиллуулах. Уламжлалт төмөр замыг нунтаглах техник нь гүний согогийг арилгахад чиглэгддэг боловч ихэвчлэн үр ашиггүй, засвар үйлчилгээний хугацаа уртасч, дулааны эвдрэлд хүргэдэг. Өндөр хурдтай нунтаглах (HSG) нь үр дүнтэй хувилбар болж гарч ирсэн бөгөөд нунтаглалтын өндөр хурд (60-80 км/цаг) болон "арчилгаа цонх"-ыг багасгасан. Уламжлалт нунтаглалтаас ялгаатай нь HSG нь нунтаглах дугуй (GW) ба төмөр замын гадаргуугийн хоорондох үрэлтийн хүчээр хөдөлдөг гулсах нийлмэл хөдөлгөөнөөр ажилладаг. Энэхүү өвөрмөц механизм нь материалыг зайлуулах, зүлгүүрийг өөрөө хурцлах боломжийг олгодог. Гэсэн хэдий ч гулсах болон гулсмал хөдөлгөөний хоорондын харилцан хамаарлыг хангалтгүй судалсан нь HSG-ийн төмөр замын засвар үйлчилгээг оновчтой болгох боломжийг хязгаарлаж байна. Энэ ажилд газар дээрх нунтаглалтын нөхцөлийг загварчлахын тулд гэртээ хийсэн HSG туршилтын төхөөрөмжийг ашигласан. Туршилтыг янз бүрийн контактын өнцөг (30°, 45°, 60°) болон нунтаглалтын ачаалал (500 Н, 700 Н, 900 Н) дор хийсэн [10, 11].

1. Slide-roll-ийн харьцаа.Үр дүн нь гулсах нийлмэл хөдөлгөөн нь нунтаглах үйл ажиллагаанд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг болохыг харуулж байна. 1-р зурагт үзүүлсэн шиг гулсалтын хурд ба гулсалтын хурдны харьцаагаар тодорхойлогддог гулсах-гулсалтын харьцаа (SRR) нь контактын өнцөг болон нунтаглалтын ачааллын аль алинд нь нэмэгдсэн бөгөөд энэ нь нунтаглах хосуудын гулсах-гулсах нийлмэл хөдөлгөөний өөрчлөлтийг зөн совингоор тусгадаг. Жишээлбэл, SRR нь 30 ° контактын өнцөгт 0.18-аас 60 ° үед 0.81 болж өссөн. Өнхрөх давамгайлсан хөдөлгөөнөөс гулсах болон өнхрөх хоорондын тэнцвэрт байдал руу шилжих нь нунтаглалтын үр дүнг мэдэгдэхүйц сайжруулсан. Судалгаанаас үзэхэд 45° контактын өнцөг нь нунтаглалтын үр ашгийг хамгийн өндөр түвшинд хүргэдэг бол 60° контактын өнцөг нь гадаргуугийн хамгийн сайн чанарыг өгдөг ба 30°-д 12.9 μм-ээс 60°-д 3.5 μм хүртэл гадаргуугийн тэгш бус байдал (Ra) мэдэгдэхүйц буурч, 2-р зурагт үзүүлэв.

2. Нунтаглахаас үүдэлтэй WEL.Нунтаглах явцад өндөр контактын ачаалал, өндөр температур, хурдан хөргөлт зэрэг термомеханик холболтын нөлөөллөөс болж төмөр замын гадаргуу дээр металлургийн хувирал, хуванцар деформаци үүсдэг. Эдгээр өөрчлөлтүүд нь хэврэг цагаан сийлбэрийн давхарга (WEL) үүсэхэд хүргэдэг бөгөөд энэ нь дугуйны төмөр контактаас үүсэх мөчлөгийн дарамтанд хугарах хандлагатай байдаг. Бүх үр дүнгээс харахад WEL-ийн дундаж зузаан нь 8 μм-ээс бага бөгөөд энэ нь 5-р зурагт үзүүлсэн шиг идэвхтэй нунтаглалтаас үүдэлтэй WEL (~40 μm) [12, 13] -аас нимгэн байна. Энэ үзэгдэл нь HSG аргын өвөрмөц онцлогтой холбоотой байж магадгүй. Уламжлалт идэвхтэй нунтаглалттай харьцуулахад HSG-д нэг зүлгүүрийн тоосонцор нь нэг эргэлтийн мөчлөгийн хугацаанд, тэр ч байтугай өндөр контактын өнцгөөр нунтаглах процесст зөвхөн богино хугацаанд оролцдог. Ихэнх тохиолдолд зүлгүүрийн тоосонцор нь нунтаглалтын дараа дулаан ялгарах үе шатанд байдаг. Энэ нь зүлгүүрийн тоосонцорыг дахин нунтаглахаас өмнө дулааныг гадагшлуулах хангалттай хугацаатай байх ба ингэснээр нунтаглах интерфэйсийн дулааны нөхцөл сайжирна.

3. Нунтаглах хог хаягдал.Нунтаглах хог хаягдлын шинжилгээ нь 6-р зураг, 7-р зурагт үзүүлсэн шиг материалыг зайлуулах механизмын талаар нэмэлт ойлголтыг өгсөн. Нунтаглалтын үр дүнтэй гүйцэтгэлийг илэрхийлдэг урсгалтай болон хутга хэлбэртэй хог хаягдал нь өндөр SRR-д илүү их байсан. Үүний эсрэгээр, бага контактын өнцгөөр блок болон хэрчсэн хог хаягдал давамгайлж байсан нь нунтаглалтын гүйцэтгэл хангалтгүй байгааг харуулж байна. Бөмбөрцөг хэлбэрийн хог хаягдал нь нунтаглалтын ачаалал ихсэх тусам нэмэгдэж, нунтаглалтын температур нэмэгдсэнийг харуулж байна. Эдгээр ажиглалтууд нь үр ашиг, дулааны нөхцлийг тэнцвэржүүлэхийн тулд нунтаглах параметрүүдийг оновчтой болгохын ач холбогдлыг онцолж байна.

4. Гулсах гулсмал нийлмэл хөдөлгөөний механизм.Судалгаагаар мөн 8-р зурагт үзүүлсэн шиг нунтаглах үйл явц дахь гулсах болон өнхрөх хөдөлгөөнүүдийн динамик харилцан үйлчлэлийг илрүүлсэн. Гулсах нь төмөр замын гадаргуугаас материалыг зайлуулах, өнхрөх явцад хог хаягдлыг зайлуулах, зүлгүүрийн өөрөө хурцлах чадварыг сайжруулсан. Энэхүү динамик тэнцвэр нь дулааны гэмтэл багатай үр дүнтэй нунтаглахад зайлшгүй шаардлагатай. Гэсэн хэдий ч, аль нэг хөдөлгөөнд хэт их анхаарал хандуулах нь оновчтой бус үр дүнд хүргэж болзошгүй: өнхрөх давамгайлсан хөдөлгөөн нь гадаргуугийн барзгар байдлыг нэмэгдүүлдэг бол гулсах давамгайлсан хөдөлгөөн нь зүлгүүрийн шинэчлэлтийг бууруулж, дулааны эвдрэлийг нэмэгдүүлдэг.

5. цогц үнэлгээ.Нунтаглалтын үр ашиг, гадаргуугийн тэгш бус байдал, WEL-ийн зузаан зэрэг нунтаглалтын гүйцэтгэлийн иж бүрэн үнэлгээ нь 9-р зурагт үзүүлсэн шиг гулсах гулсмал нийлмэл хөдөлгөөнийг оновчтой болгохын давуу талыг онцолсон. Төрөл бүрийн ачаалал ба контактын өнцгөөр нунтаглах гүйцэтгэлийн радарын графикаас харахад 45 ° контактын өнцөг нь үр ашиг, чанарын хамгийн сайн тэнцвэрийг хангаж өгдөг. Гэсэн хэдий ч 60 ° контактын өнцөг нь хамгийн гөлгөр гадаргууг байнга үүсгэдэг бөгөөд энэ нь эцсийн нунтаглалтын дамжуулалтанд тохиромжтой. Эдгээр олдворууд нь нунтаглалтын параметрийн зорилтот тохируулга нь төмөр замын гадаргуугийн янз бүрийн эвдрэлийг үр дүнтэй шийдвэрлэх боломжтойг харуулж байна.

Энэхүү судалгаа нь өндөр хурдны галт тэрэгний засвар үйлчилгээнд практик ач холбогдолтой юм. Нунтаглалтын эхний үе шатанд 45°-ийн контактын өнцөг нь материалыг зайлуулах үр ашгийг дээд зэргээр нэмэгдүүлдэг бол 60° өнцөг нь өнгөлгөөний үе шатанд гадаргуугийн чанарыг дээд зэргээр хангадаг. Судалгаа нь нунтаглалтын гүйцэтгэлийг сайжруулах, гадаргуугийн чанарыг сайжруулах, нунтаглах дугуйны ашиглалтын хугацааг уртасгахын тулд гулсах болон өнхрөх хөдөлгөөнийг динамикаар тэнцвэржүүлэхийн ач холбогдлыг онцолж байна.

Эцэст нь хэлэхэд, судалгаа нь өндөр хурдны төмөр замыг нунтаглахад гулсах нийлмэл хөдөлгөөнүүдийн чухал үүргийг онцлон тэмдэглэв. HSG нь гулсах болон өнхрөх үйлдлүүдийн харьцааг оновчтой болгосноор дулааны эвдрэлийг багасгахын зэрэгцээ нунтаглалтын дээд зэргийн үр ашиг, гадаргуугийн чанарт хүрч чадна. Эдгээр олдворууд нь HSG технологийг хөгжүүлэх онолын үндэс суурь болж, төмөр замын засвар үйлчилгээний туршлагыг сайжруулах практик удирдамж болж байна.

Зураг 1.Нунтаглалтын ачаалал ба контактын өнцөг бүхий SRR, COF, эргэлтийн хурдны өөрчлөлтийн хандлага.

Зураг 2.Янз бүрийн контактын өнцөг ба нунтаглалтын ачааллын дор нунтаглалтын үр ашиг.

Зураг 3.Янз бүрийн контактын өнцөг ба нунтаглалтын ачааллын дор төмөр замын дээжийн гадаргуугийн морфологи.

Зураг 4.Гадаргуугийн барзгар байдал ба3D морфологиөөр өөр контактын өнцөг болон нунтаглалтын ачааллын дор төмөр замын дээжийн .

Зураг 5.Төмөр замын дээжийн хөндлөн огтлолын оптик ба SEM металлографийн зураг.

Зураг 6.Төрөл ба хувь хэмжээнунтаглах хогөөр өөр контактын өнцөг болон нунтаглах ачааллын дор .

Зураг 7.Төрөл бүрийн нунтаглалтын хог хаягдлын хувьд SEM зураг ба EDS спектр.

Зураг 8.HSG-д гулсах нийлмэл хөдөлгөөний нөлөөллийн бүдүүвч диаграм.

Энэ ажлыг Journal of Tribology International сэтгүүлд нийтэлжээ.

Лавлагаа

[1] Fan W, Wu C, Wu Z, et al. Зүлгүүрийн туузаар нунтаглах үед араатай контакт дугуй ба төмөр замын хоорондох статик контакт механизм[J]. Үйлдвэрлэлийн процессын сэтгүүл, 2022, 84: 1229-1245.

[2] Cheng ZN, Zhou Y, Li PJ, et al. Перидинамик[J] дээр суурилсан хагарлын тархалт ба төмөр замын гадаргуугийн хагарлын механизм. Тунжи их сургуулийн сэтгүүл, 2023, 51(6): 912-922.

[3] Wang JN, Guo X, Jing L, et al. Өндөр хурдны галт тэрэгний дугуйны гишгүүр хагарснаас үүдэлтэй дугуйны төмөр замын цохилтын хариу урвалын төгсгөлийн элементийн загварчлал[J]. Тэсрэлт ба цохилтын долгион, 2022, 42(4): 045103-1-045103-15.

[4] Хуа Ж, Лю Ж, Лю Ф, нар. U71MnG төмөр замын материалын туузан дахь WEA элэгдлийн эвдрэл, ядралтыг лазераар унтраах аргаар [J] судална. Tribology International, 2022, 175: 107811.

[5] Benoît D, Salima B, Marion R. Гулсмал контактын ядаргааны дор төмөр зам дээрх толгойн шалгалтын эхлэлийн олон талт шинж чанар: Механик ба бичил бүтцийн шинжилгээ[J]. Wear, 2016, 366: 383-391.

[6] Shur EA, Borts AI, Bazanova LV, et al. Ядаргааны макролиныг [J] ашиглан рельс дэх ядаргааны хагарлын өсөлтийн хурд ба хугацааг тодорхойлох. Оросын металлурги (металл), 2020, 2020: 477-482.

[7] Al-Juboori A, Zhu H, Li H, et al. Хел тавих гажигтай холбоотой төмөр замын хугарлын бичил бүтцийн судалгаа[J]. Инженерийн эвдрэлийн шинжилгээ, 2023, 151: 107411.

[8] Masoudi Nejad R, Farhangdoost K, Shariati M. Төмөр замын гангийн бичил бүтцийн шинжилгээ ба ядаргааны хугарлын зан төлөв [J]. Нарийвчилсан материал ба бүтцийн механик, 2020, 27(2): 152-164.

[9] Von Diest K, Puschel A. Хөдөлгөөний тасалдалгүйгээр тогтмол төмөр замын нунтаглах замаар өндөр хурдтай нунтаглах-төмөр замын дуу чимээг бууруулах[C]//INTER-NOISE and NOISE-CON Конгресс, Conference ProceedinGW. Дуу чимээний хяналтын инженерийн хүрээлэн, 2013, 247(2): 5206-5212.

[10] Von Diest K, Ferrarotti G, Kik W, et al. Өндөр хурдтай нунтаглагч тээврийн хэрэгслийн элэгдлийн шинжилгээ HSG-2: баталгаажуулалт, загварчлал ба хэмжилтийн харьцуулалт[M]//Зам ба зам дээрх тээврийн хэрэгслийн динамик 2-р боть. CRC Press, 2017: 925-930.

[11] Von Diest K, Puschel A. Хөдөлгөөний тасалдалгүйгээр тогтмол төмөр замын нунтаглах замаар өндөр хурдтай нунтаглах-төмөр замын дуу чимээг бууруулах[C]//INTER-NOISE болон NOISE-CON Конгресс, Conference ProceedinGW. Дуу чимээний хяналтын инженерийн хүрээлэн, 2013, 247(2): 5206-5212.

[12] Mesaritis M, Santa JF, Molina LF, et al. Бүрэн хэмжээний дугуй/төмөр замын лабораторийн туршилтын янз бүрийн зэрэглэлийн талбайн нунтаглалтын дараах үнэлгээ [J]. Tribology International, 2023, 177: 107980.

[13] Rasmussen CJ, Fæster S, Dhar S, et al. Нунтаглах үед төмөр зам дээр гадаргуугийн хагарал үүсэх нь мартенситийн цагаан сийлбэрийн давхарга[J]. Хувцаслалт, 2017, 384: 8-14.