Status-quo ontwikkeling van belangrijke apparatuur voor het slijpen van spoorwegen

Momenteel is het spoorwegsysteem het meest gebruikte systeem, met een relatief groot marktaandeel voor slijpmethoden voor actieve slijptechnologie, passieve slijptechnologie met hoge snelheid en composietslijptechnologie voor frezen en slijpen. De volgende drie typische ontwikkelingsstatussen van spoorslijpapparatuur worden samengevat.

1.3.1 Rail-actieve slijpsleutelapparatuur

Actieve slijptechnologie is momenteel de meest gebruikte slijpmethode, met het grootste marktaandeel, en meer automodellen. Buitenlandse fabrikanten van slijpmachines zijn voornamelijk de Verenigde Staten.HARSCOEnRIEMbedrijf en het Zwitserse SPENO-bedrijf enzovoort. De binnenlandse technologie voor het slijpen van rails begon laat, na tientallen jaren van ontwikkeling, de huidige binnenlandse fabrikanten van slijpwagens zijn voornamelijk Golden Eagle Heavy Construction Machinery Company Limited (Golden Eagle Heavy Industry), CNR Beijing Erqi Vehicle Company Limited (CNR Erqi), Zhuzhou CNR Times Electric Company Limited (Times Electric), China Railway Construction High-tech Equipment Company Limited enzovoort. Golden Eagle Heavy Industry (GEHI) en CNR Erqi hebben onafhankelijk van elkaar GMC-96X en GMC-96B schuurwagens ontwikkeld door technologie van respectievelijk HARSCO (VS) en SPENO (Zwitserland) te introduceren, zoals weergegeven in Afbeelding 1 en Afbeelding 2. De GMC-48JS schuurwagen, onafhankelijk ontwikkeld door TIME ELECTRIC, is in maart 2020 goedgekeurd voor gebruik [1].

Afbeelding.1GMC-96X

Afbeelding.2GMC-96B[2]

Op dit moment, de lijn veelgebruikte GMC-96X (Golden Eagle Heavy Industry), GMC-96B (China Railway Erqi), PGM-48 (HARSCO, USA) modellen en de nieuwe lijn van GMC-48JS modellen (Times Electric), de belangrijkste bedrijfsparameters en bedrijfsvereisten worden weergegeven in Tabel 1. De gegevens tonen aan dat de bedrijfssnelheid van de slijpwagen ongeveer 3~24 km/u is, lager dan de kritische bedrijfssnelheid kan resulteren in de rail Onder de kritische bedrijfssnelheid kan overmatig slijpen op lokaal niveau veroorzaken, en de lokale slijpwarmte van de rail bij lage snelheden is actief geneigd de rail te verbranden [3]; als de bedrijfssnelheid te hoog is, kan de ideale verwijderingsefficiëntie niet worden gegarandeerd. Een slijpwagen die is ontworpen voor de maximale bedrijfshelling van 30 ‰ kan het overgrote deel van het lijnslijponderhoud aan. Voor sommige lijnen met een lange helling (helling groter dan 30 ‰), met name de Sichuan-Tibet-spoorlijn in aanbouw, zal de coördinatie van de bedrijfsprestaties van de slijpwagen en tractieproblemen een van de belangrijke uitdagingen zijn.

Tab1.De bedrijfsparameters van de typische railslijptrein [2]

1.3.2 Belangrijkste apparatuur voor passief railslijpen met hoge snelheid

De passieve slijpwagen met hoge snelheid wordt voornamelijk geproduceerd door het Duitse bedrijf VOSSLOH HSG-railslijpwagen, die voornamelijk bestaat uit een slijpwagen en een hulpwagen, afbeelding 3. Slijpbewerkingen vereisen locomotieftractie, bedrijfssnelheid tot 60 ~ 80 km / u; het hele voertuig 4 groepen slijpeenheden in totaal 96 slijpstenen tegelijkertijd in de bedrijfstoestand en met een snelheid van ongeveer 6000 tpm hogesnelheidsrotatie, zoals weergegeven in afbeelding 4; elke groep slijpeenheden is uitgerust met 2 sets slijpframes, het bedrijfsproces van de slijpsteen kan worden bereikt zonder de hele groep van snelle, continue rotatie te stoppen, dat wil zeggen dat een enkele slijpsteenbelasting continu kan slijpen Ongeveer 70 km [4], zoals weergegeven in afbeelding 5. Tijdens het slijpproces kunnen de hoeveelheid slijpvonken, slijtage van de slijpschijf en slijpdruk in realtime worden bewaakt. Na het slijpen wordt het railprofiel getest om het slijpeffect te controleren. De hogesnelheidsslijpwagen vertrouwt uitsluitend op de weerstand van de slijptrein om het materiaal van de railkop te verwijderen, aangezien de slijpschijf geen aandrijving heeft. Daarom heeft de werksnelheid een aanzienlijke invloed op het werkeffect van de slijpwagen. Wanneer de hogesnelheidsslijpwagen de slijpbewerking uitvoert op de interstationlijn: in de acceleratiefase bij het verlaten van het station, wanneer de snelheid hoger is dan 30 km/u, wordt het slijpframe verlaagd en wordt de slijpbewerking gestart; in de deceleratiefase bij het binnenrijden van het station, wanneer de snelheid lager is dan 15 km/u, wordt het slijpframe geheven en wordt de slijpbewerking voltooid. Daarom wordt het schuureffect in het gebied dat overeenkomt met de acceleratie en deceleratie van de slijpwagen verminderd door de afname van de voertuigsnelheid; een deel van het gebied dat niet kan worden geschuurd vanwege het heffen van het slijpframe, moet tijdens de volgende bewerking door de wisselschuurwagen in het station worden bedekt.

Afbeelding.3HSG hogesnelheidsslijpwagen

Afbeelding.4Maaleenheid

Afbeelding.5Structuur van het slijpframe

In het afgelopen decennium hebben veel binnenlandse instellingen zich toegelegd op het onderzoek naar en de ontwikkeling van hogesnelheidsslijpwagens. Op 18 juni 2021 rolde het eerste binnenlandse prototype van een intelligent hogesnelheidsslijpprototype voor de hogesnelheidstrein Beijing-Shanghai van de productielijn, gezamenlijk ontwikkeld door Southwest Jiaotong University, de hogesnelheidslijn Beijing-Shanghai en Southwest Jiaotong University Railway Development Co Ltd., waarmee de oorspronkelijke innovatie van "nul tot één" [5] werd gerealiseerd, zoals weergegeven in Afbeelding 6. Op 22 juli 2021 slaagde het KGM-80II-slijpvoertuig, onafhankelijk onderzocht en ontwikkeld door China Railway Construction High-Tech Equipment Co., Ltd., voor de evaluatie en werd het goedgekeurd voor proefbedrijf [6], zoals weergegeven in Afbeelding 7. De introductie van het zelfontwikkelde hogesnelheidsslijpvoertuig is van groot belang voor China om de volledige autonomie van de spoorweguitrusting te realiseren.

Afbeelding.6Prototype testwagen voor intelligente snelle railslijping van de hogesnelheidslijn Beijing-Shanghai[5]

Afbeelding.7KGM-80II. Spoorweg snelslijpwagen[6]

1.3.3 Railfrezen en slijpen, composiet slijpen, belangrijkste apparatuur

Momenteel worden frees- en slijpwagons veel gebruikt op binnenlandse en buitenlandse zwaarlastspoorlijnen. Het Duitse bedrijf GMB, evenals het Oostenrijkse bedrijf LINSINGER, MFL, enz., zijn de belangrijkste fabrikanten van frees- en slijpwagons in het buitenland [4,7]. Afbeelding 8 voor de frees- en slijpwagen SF03 van het bedrijf LINSINGER, de totale lengte van de wagen 25 m, het gewicht van de wagen 120 t, uitgerust met twee drieassige draaistellen, zelfrijdende snelheid tot 100 km / u, de maximale bedrijfssnelheid van 0,36 ~ 1,20 km / u, de hele wagen is uitgerust met in totaal twee sets freesschijven en twee sets slijpschijven [7,8,9]. Binnenlandse fabrikanten zijn voornamelijk China Railway Times Construction Machinery Co. in Baoji en China Railway Construction High-Tech Equipment Co. Afbeelding 9 toont het XM-1800 frees- en slijpvoertuig geproduceerd door China Railway Construction High-Tech Equipment Corporation, dat de voordelen heeft van een hoge operationele efficiëntie, flexibel slijpen, milieubescherming en minder vonkspatten bij het trimmen van de interne railvorm en het slijpen van speciale railprofielen [10]. Tabel 2 vergelijkt de belangrijkste operationele prestatieparameters van het SF03 frees- en slijpvoertuig en het XM-1800 frees- en slijpvoertuig, wat aantoont dat het in China ontwikkelde XM-1800 frees- en slijpvoertuig het geavanceerde technische niveau van de wereld heeft bereikt in termen van materiaalverwijderingsefficiëntie en operationele precisie.

Afbeelding.8SF03 freeswagen

Figuur 9 XM-1800 freeswagen[10]

Tab.2 De vergelijking van de operationele prestaties tussen de SF03 en de XM-1800 spoortrein

1.3.4 Uitgebreide vergelijking van de prestaties van de belangrijkste spoorslijpapparatuur

Actief slijpen, passief slijpen op hoge snelheid en frezen en slijpen van composieten, drie typische vergelijkingen van de prestaties van railslijpapparatuur, zoals weergegeven in Tabel 3. Actief slijpen, materiaalverwijdering, licht slijpen, de contour van de bandomhulling is goed, hoge loopsnelheid, is momenteel het grootste marktaandeel van de operatie. Bij actief slijpen is het belangrijkste punt het oplossen van het probleem van het verbranden van rails, om zo de oppervlaktekwaliteit van de rail na het slijpen te verbeteren. Studies hebben aangetoond dat de optimalisatie van slijpparameters [11,3,12] en de structuur van de slijpschijf [13] de verbrande resultaten effectief kan verbeteren, en de ontwikkeling van een actieve slijpschijf met hoge prestaties is de focus van toekomstig onderzoek.

De snelheid van passief slijpen met hoge snelheid kan theoretisch intermodaal zijn met gewone personenauto's/vrachtwagens, zonder dat een "schuifdak" nodig is. Dit heeft geen invloed op de normale doorgang van de lijn. Bovendien verlengt passief slijpen met hoge snelheid, gebaseerd op de voorgestelde preventieve slijpstrategie, de levensduur van de rails met aanzienlijke voordelen. Hogesnelheidsslijpen speelt daarom een ​​belangrijke rol in de toekomstige ontwikkeling. Het is een van de belangrijkste uitdagingen voor de toekomst om te voldoen aan de hoge efficiëntie, hoge kwaliteit en andere operationele eisen, en ervoor te zorgen dat de slijpschijf uitstekende mechanische eigenschappen (sterkte/taaiheid) en serviceprestaties (snijprestaties, slijtvastheid, enz.) heeft.

Composiet slijpen biedt aanzienlijke voordelen op het gebied van materiaalverwijderingsefficiëntie, contourafwerking, oppervlaktekwaliteit, enz. De werksnelheid is echter laag en in de toekomst, met de economische ontwikkeling, wordt de slijptijd extreem verkort, nemen de eisen aan de efficiëntie van het slijpproces toe en zal de afstemming van de toekomstige lijncapaciteit en de lengte van de slijptijd een aandachtspunt zijn. Tegelijkertijd is de ontwikkeling van railslijpmachines die bestand zijn tegen zware bedrijfsomstandigheden en zeer slijtvaste hardmetalen snijgereedschappen een van de toekomstige onderzoeksgebieden om de nauwkeurigheid van de railprofielcorrectie en operationele efficiëntie te garanderen.

Tabblad3De vergelijking van de drie soorten typische railslijpapparatuur

• YANG Changjian, WANG Jianhong, ZHU Hongjun, et al. Ontwikkeling van Dual-Power 48 Grinding Stone Rail Grinding T China Mechanical Engineering, 2019, 3(30): 356-371.
• Ministerie van Industrie en Elektriciteit van China, National Railway Group Co., Ltd. Handboek voor het slijpen van rails [M]. Beijing: China Railway Publishing House Co., Ltd., 2020, 1-73.
• ZHOU Kun, DING Haohao, Steenbergen Michaël, et al. Temperatuurveld en materiaalrespons als functie van spoorslijpparameters [J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2021, 175: 12366.
• FAN Wengang, LIU Yueming, LI Jianyong. Ontwikkelingsstatus en vooruitzichten van spoorslijptechnologie voor hogesnelheidslijnen [J]. Journal of Mechanical Engineering, 2018, 54(22): 184-193.
• https://news.swjtu.edu.cn/shownews-22407.shtml/ [DB/OL]. [2021-08-13]
• http://www.crcce.com.cn/art/2021/7/27/art_5175_3372925.html/ [DB/OL]. [2021-08-15]
• LIU Zhenbin. Het ontwerp van spoorfrees- en treinslijpapparatuur en het onderzoek naar slijpkrachtregeling [D]. Changsha: Central South University, 2013.
• YU Niandong, ZHANG Meng. Toepassing van SF03-FFS railfrees- en slijpwagen [J]. Railway Technical Innovation, 1: 37-38.
• CHEN Huibo. De toepassing van de SF03-FFS railfrees- en slijpwagen op de Shuozhou-Huanghua-spoorweg [J]. Chinese Railways, 2013, (12): 85-88.
• http://www.crcce.com.cn/art/2018/1/30/art_5529_109.html/ [DB/OL]. [2021-08-16]
• ZHOU Kun, DING Haohao, Zhang Shuyue et al. Modellering en simulatie van de slijpkracht bij het slijpen van rails, rekening houdend met de zwaaihoek van de slijpsteen [J]. Tribology International, 2019, 137: 274-288.
• ZHOU Kun, DINGHaohao, WANG Wenjian, et al. Invloed van slijpdruk op het verwijderingsgedrag van railmateriaal [J]. Tribology International, 2019, 134: 417-426.
• YUAN Yongjie, ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, et al. Poreuze slijpschijven ter verlichting van voorvermoeiing en ter verhoging van de materiaalverwijderingsefficiëntie bij het slijpen van rails [J]. Tribology International, 2021, 154: 106692
• ZHOU Kun, WANG Wenjian, LIU Qiyue, et al. Onderzoeksvoortgang van het railslijpmechanisme [J]. China Mechanical Engineering, 2019, 30(03): 284-294.
• ZHOU Kun, DING Haohao, WANG Ruixiang, et al. Experimenteel onderzoek naar het materiaalverwijderingsmechanisme tijdens het slijpen van rails met verschillende voorwaartse snelheden [J]. Tribology International, 2020, 143: 106040.
• FAN Wengang, LIU Yueming, LI Jianyong. Ontwikkelingsstatus en vooruitzichten van spoorslijptechnologie voor hogesnelheidslijnen [J]. Journal of Mechanical Engineering, 2018, 54(22): 184-193.
• XU Xiaotang. Studie naar het mechanisme van hogesnelheidsspoorslijpen [D]. Chengdu: Southwest Jiaotong University, 2016.
• WILHELMKubin, DAVES Werner, STOCK Analyse van railfrezen als railonderhoudsproces: simulaties en experimenten [J]. Wear, 2019, 438-439: 203029.