Pengisaran rel ialah proses penyingkiran bahan dengan memutarkan roda pengisar. Perbatuan pengisaran agak panjang, menggunakan cecair pemotongan bukan sahaja akan meningkatkan kos penyelenggaraan, tetapi juga menyebabkan pencemaran yang meluas. Tanpa penyejukan dan pelinciran, haba yang dijana dalam proses pengisaran tidak dapat dilepaskan dalam masa, oleh itu lecuran rel sering diperhatikan selepas proses pengisaran rel disebabkan oleh keadaan kering, kelajuan putaran tinggi roda pengisaran (~3600 rpm) dan beban pengisaran (~2000 N) [1-4], seperti yang diberikan dalam Rajah.1. Untuk meningkatkan lagi kecekapan pengisaran dan mendapatkan integriti permukaan yang baik, mereka bentuk dan mengeluarkan liang dalam roda pengisaran adalah cara yang menjimatkan dan berkesan [5].
Rajah.1.Lecur akibat pengisaran dan lapisan goresan putih pada kepala kereta api.
Sarjana Cina telah menyediakan roda pengisar berliang dan mencirikan prestasi pengisaran mereka pada pelantar yang direka sendiri [5]. Dapat diperhatikan bahawa sebaik sahaja liang-liang dijana dalam roda pengisaran, kekuatan mampatan maksimum berkurangan sebanyak 35% daripada 83.74 MPa kepada 54.53 MPa. Keputusan eksperimen pengisaran menunjukkan bahawa dengan peningkatan keliangan roda pengisaran, isipadu pengisaran bertambah baik sedikit, suhu pengisaran menurun dan beban roda berkurangan. Hasilnya menunjukkan bahawa roda pengisar dengan keliangan yang lebih tinggi memiliki keupayaan berpakaian diri yang lebih baik, yang memberi manfaat untuk mencegah pemuatan roda.
Rajah 2.Morfologi permukaan roda pengisar sebelum dan selepas ujian dengan keliangan berbeza: 8.12%(a) & (e), 15.81%(b) & (f), 18.60%(c) & (g) dan 21.18%(d) &(h).
Lapisan goresan putih yang keras dan rapuh diperhatikan pada semua kepala kereta api tanah disebabkan oleh haba pengisaran, dan WEL yang paling tebal diberikan oleh keliangan terendah roda pengisaran, seperti yang diberikan dalam Rajah.3 dan Rajah.4. Di bawah WEL ialah lapisan pearlit cacat yang dibentuk oleh ubah bentuk di bawah tegasan ricih bubur kasar. Kekerasan WEL ialah 5.77 GPa, kira-kira 2~3 kali lebih keras daripada matriks pearlit. Ramai sarjana telah membuat kesimpulan bahawa WEL mempunyai hubungan rapat dengan keretakan rel [6-8]. Disebabkan oleh tegangan campuran dan tegasan ricih roda semasa servis rel, keretakan mungkin muncul pada permukaan. Retakan yang terbentuk akan merambat dengan pantas melalui lapisan WEL kerana sifatnya yang rapuh, memanjang pada antara muka WEL dan perlite atau bahkan merambat ke dalam matriks pearlit yang membentuk kecacatan rel yang lebih teruk[9]. Oleh itu, yang keras dan rapuh akan menyebabkan kegagalan pramatang rel tanah dan boleh dikawal dengan berkesan oleh keliangan roda pengisar.
Rajah 3.Kekerasan WEL dan lapisan cacat.
Rajah 4.OM keratan rentas tanah rel mengikut keliangan roda pengisar yang berbeza: 8.12%(a), 15.81%(b), 18.60%(c) dan 21.18%(d).
Mekanisme pengisaran roda pengisar dengan struktur liang boleh digambarkan dalam Rajah 5. Oleh kerana sudut rake negatif yang tinggi dan ketumpatan grit aktif yang agak tinggi, cip pengisar mula-mula cair di bawah suhu yang begitu tinggi dan kemudian tersangkut pada permukaan roda merosot keupayaan pengisaran roda pengisar dan meningkatkan haba pengisaran. Dalam kontrak, roda pengisar berliang memiliki keupayaan berpakaian diri yang lebih baik dan menyumbang kepada kerosakan yang lebih ringan pada permukaan rel[8]. Di satu pihak, struktur liang meningkatkan ruang antara bubur kasar yang menyediakan ruang yang mencukupi untuk menyimpan cip dan melepaskan haba. Cip boleh digulung dalam liang dan dihapuskan oleh interaksi pelelas seterusnya, dan juga boleh memindahkan sebahagian haba dari zon sentuhan. Sebaliknya, tegasan dan ketinggian tonjolan bagi setiap pasir aktif adalah lebih besar daripada roda pengisar biasa, yang meningkatkan ketebalan cip yang tidak dipotong dan mengurangkan kesan gosokan antara pasir kasar dan permukaan rel untuk mengurangkan pra-keletihan yang disebabkan oleh pengisaran rel seperti yang dibincangkan. Oleh itu, bergantung kepada prestasi pengisaran yang cemerlang dan kesan kerosakan yang masing-masing lebih rendah pada permukaan rel, roda pengisar dengan struktur liang mempunyai potensi besar untuk digunakan dalam teknologi pengisaran rel di bawah keadaan pengisaran berkelajuan tinggi dan kering.
Rajah 5.Mekanisme pengisaran roda pengisaran dengan struktur liang.
Rujukan
[1] Zhang W, Zhang P, Zhang J, Kipas X, Zhu M. Menyelidik kesan saiz kersik yang melelas pada tingkah laku pengisaran rel. Proses J Manuf 2020;53:388–95.
[2] Lin B, Zhou K, Guo J, Liu QY, Wang WJ. Pengaruh parameter pengisaran pada suhu permukaan dan kelakuan pembakaran rel pengisaran. Tribol Int 2018;122:151–62.
[3] Zhou K, Ding HH, Wang WJ, Wang RX, Guo J, Liu QY. Pengaruh tekanan pengisaran terhadap tingkah laku penyingkiran bahan rel. Tribol Int 2019;134:417–26.
[4] Tawakoli T, Westkaemper E, Rabiey M. Pengisaran kering dengan penyaman khas. Int J Adv Manuf Technol 2007;33:419–24.
[5] Yuan Y, Zhang W, Zhang P, Fan X, Zhu M. Roda pengisar berliang ke arah mengurangkan pra-keletihan dan meningkatkan kecekapan penyingkiran bahan untuk pengisaran rel. Tribol Int 2021; 154: 106692.
[6] Magel E, Roney M, Kalousek J, Sroba P. Pengadunan teori dan amalan dalam pengisaran rel moden. Fract Keletihan Eng Mater Struct 2003;26:921–9.
[7] Cuervo PA, Santa JF, Toro A. Korelasi antara mekanisme haus dan operasi pengisaran rel dalam kereta api komersial. Tribol Int 2015;82:265–73.
[8] Agarwal S. Mengenai mekanisme dan mekanik pemuatan roda dalam pengisaran. Proses J Manuf 2019;41:36–47.
[9] Zhang ZY, Shang W, Ding HH, Guo J, Wang HY, Liu QY, et al. Model terma dan medan suhu dalam proses pengisaran rel berdasarkan sumber haba yang bergerak. Appl Therm Eng 2016;106:855–64.
