De Common Rail-schade

Rails zijn een van de belangrijkste dragende onderdelen van het spoorwegsysteem. De tractie en het remmen van treinen worden gerealiseerd door de wrijving tussen wielen en rails. Een goede spoorconditie is daarom een ​​voorwaarde voor een veilige en soepele treinloop. Door de wisselende contactspanningen loopt het railmateriaal echter vaak slijtage of vermoeiingsschade op. Zoals weergegeven in figuur 1, zijn de belangrijkste soorten spoorschade: vermoeiingsscheuren, afbladdering, golvingsslijtage, verbrijzeling en slijtage aan de zijkant van de rails. Deze vormen samen meer dan 80% van alle spoorschade. Met de toename van de treinsnelheid en de aslast worden de problemen met spoorvermoeiing en -slijtage steeds ernstiger, waardoor de eisen aan spoorslijptechnologieën sterk toenemen.

1. Rollende contactvermoeidheidsscheur.Rollende contactvermoeidheidsscheur is een van de meest voorkomende vormen van schade aan hogesnelheidstreinen [1], zoals weergegeven in Afbeelding 2. Over het algemeen strekken de scheuren zich niet helemaal uit, maar strekken ze zich in een boog uit tot aan het railoppervlak, waardoor er een spoorafbladdering ontstaat, zoals weergegeven in Afbeelding 2. Het bovenoppervlak van de rail wordt ingedrukt door het afbladderen, en de impactspanning ontstaat wanneer de treinwielen passeren, wat de trillingen en het lawaai verergert. In sommige gevallen kunnen de aftakkingsscheuren in de pelput zich onder de rail uitbreiden en leiden tot een spoorbreuk, wat kan leiden tot ernstige veiligheidsongelukken [2].

2. Slijtage van de railgolf. Slijtage van de railcorrugatie verwijst naar het fenomeen van periodieke ongelijkmatige slijtage van het oppervlak op de rail binnen een bepaald longitudinaal bereik [3, 4], zoals weergegeven in Figuur 3. De slijtage van de ribbels zal de trillingen en het lawaai van de trein verhogen, het rijcomfort beïnvloeden en de vermoeiingslevensduur van locomotief- en voertuigonderdelen verkorten. Afhankelijk van de golflengte van de slijtage van de ribbels, wordt deze onderverdeeld in kortgolvige (golflengte 25~80 mm) en langgolvige (golflengte groter dan 100 mm) ribbels. De belangrijkste oorzaken van ribbels omvatten dynamische en niet-dynamische theorieën. De dynamische theorie gelooft dat trillingen van het wiel-railsysteem leiden tot ribbels, inclusief zelfopgewekte trillingen, resonantie en feedbackvibraties [5]. Niet-dynamische theorie dat de vorming van ribbels voornamelijk verband houdt met railmaterialen en het smeltproces, enz.; en zelfs als de wiel-rail-interforce constant is, zal de rail ook ribbels vertonen als gevolg van de ongelijkmatige plastische stroming [6,7].

3. Verbrijzeling van de rails.Railverbrijzeling is het fenomeen waarbij het materiaal van de railkop plastisch vervormt en het loopvlak plat wordt. Dit verschijnsel wordt vaak waargenomen bij rails in het gebogen gedeelte van zwaar spoor [8], zoals weergegeven in figuur 4. Door railverbrijzeling verandert de vorm van de railkop en verandert de contactkracht tussen wiel en rail, wat de trillingen en het geluid tijdens het rijden zal verergeren. Bovendien gaat railverbrijzeling vaak gepaard met scheurvorming of vermoeiingsscheuren. De stabiliteitsgrens wordt vaak gebruikt als criterium om te beoordelen of er verbrijzelingsschade in de rails optreedt. Door de vloeigrens van materialen te verhogen, kan dit type schade worden voorkomen of vertraagd.

4. Slijtage aan de railzijde.Slijtage aan de railzijde is de belangrijkste vorm van schade aan rails met bochten met een kleine radius [9], zoals weergegeven in figuur 5. Bij Chinese spoorwegen wordt 98% van de rails met een bocht met een kleine radius afgedankt vanwege de overmatige slijtage aan de zijkant. Wanneer de locomotief en het voertuig de bocht ingaan, beweegt de trein vooruit vanwege de traagheid, maar het spoor dwingt de treinbak om te draaien. In dit geval zullen de wielen de rail raken en zal er ernstige slijtage aan de zijkant optreden. Vooral wanneer de middelpuntvliedende kracht en de middelpuntzoekende kracht van de trein niet in evenwicht zijn, zal de belasting van de binnen- en buitenrail worden voorgespannen, wat de slijtage aan de zijkant aanzienlijk verergert [10, 11]. Het is algemeen aangenomen dat slijtage aan de railzijde de levensduur van de rail verkort en dat de verandering van het railprofiel de interactie tussen wiel en rail verslechtert, wat de stabiliteit van de trein die de bocht passeert, beïnvloedt.

Afbeelding 1 Vermoeiingsscheuren.

Afbeelding 2. Rails schillen.

Figuur 3 Slijtage van de railsgolf.

Figuur 4 Railverbrijzeling.

Afbeelding 5 Slijtage aan de railzijde.

Referenties

1. K. Zhou. Onderzoek naar de regels en mechanismen van materiaalverwijdering tijdens het slijpen van rails [D]. Chengdu: Proefschrift van de Southwest Jiaotong University, 2020.
2. X. Zhao, ZL Li. Een driedimensionale eindige-elementenoplossing van wrijvingscontact tussen wiel en rail in elasto-plasticiteit [J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Deel J: Journal of Engineering Tribology, 2015, 229(1): 86-100.
3. W. Zhong, J. Hu, P. Shen, et al. Experimenteel onderzoek naar rolcontactvermoeidheid en slijtage van hogesnelheids- en zwaartransportspoorwegen en de selectie van spoormateriaal [J]. Wear, 2011, 271(9-10): 2485-2493.
4. S. Grassie, J. Kalousek. Spoorwegcorrugatie: kenmerken, oorzaken en behandelingen [J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Deel F: Journal of Rail and Rapid Transit, 1993, 207(1): 57-68.
5. Y. Gu. Onderzoek naar het mechanisme van spoorgolfvorming op onbelast hogesnelheidsspoor [D]. Beijing: Doctoraalscriptie van de Beijing Jiaotong University, 2017.
6. X. Jin, X. Li, W. Li, et al. Overzicht van de voortgang van spoorgolfvorming [J]. Tijdschrift van de Southwest Jiaotong University, 2016, 51(2-3): 264-273.
7. S. Li, D. Liu, P. Liu, et al. Golfvorming en microstructuurontwikkeling van U75V-railstaal [J]. Tijdschrift van Dalian Jiaotong University, 2019, 40(5): 66-71.
8. Z. Li, Z. Yan, S. Li. Invloed van de golfvorming van het spoor op de dynamische prestaties van een wisselsysteem voor hogesnelheidsvoertuigen [J]. Journal of Central South University (Science and Technology), 2003, 25(1): 104-108.
9. W. Wang, H. Guo, X. Du, et al. Onderzoek naar het schademechanisme en de preventie van zware transporten [J]. Engineering Failure Analysis, 2013, 35: 206-218.
10. Y. Zhou, S. Wang, T. Wang, et al. Veld- en laboratoriumonderzoek naar de relatie tussen spoorstaafcontrole en slijtage in een zwaartransportspoor [J]. Wear, 2014, 315(1-2): 68-77.
11. I. Povilaitiene, I. Kamaitis, I. Podagelis. Invloed van de spoorbreedte op slijtage aan de spoorzijde in spoorbochten [J]. Journal of Civil Engineering and Management, 2006, 12(3): 255-260.
12. W. Zhai, J. Gao, P. Liu, et al. Vermindering van slijtage aan de spoorzijde in bochten van zwaar spoorvervoer op basis van de dynamische interactie tussen wiel en spoorstaaf [J]. Vehicle System Dynamics, 2014, 52(sup1): 440-454.