Nieuws
0102030405
De railgrindingstrategieën
2024-10-28
Regelmatig slijpen van rails vermindert of verwijdert schade aan rails en verlengt de levensduur ervan. Dit wordt algemeen erkend als een van de effectieve onderhoudsmethoden voor spoorvervoersystemen. Gebaseerd op het gedrag van railschade en de behoeften van de spoorwegtransportcapaciteit, ontwikkelen technologie en apparatuur voor het slijpen van rails zich op een meerlagige en gediversifieerde manier. De belangrijkste strategieën voor het slijpen van rails zijn voorslijpen, preventief slijpen en repareren.
Voorslijpen. Tijdens het warmwalsproces van rails intensiveren hoge temperaturen de oxidatie van koolstof- en ijzerelementen op het oppervlak van de rails. Wanneer de oxidatiesnelheid van koolstof groter is dan die van ijzer, transformeert een deel van het cementiet in perliet in ferriet, wat leidt tot de vorming van een ontkolingslaag, zoals weergegeven in Afb. 1. De hardheid, sterkte en slijtvastheid van de ontkolingslaag op de rail zijn lager dan die van het substraat [1]. Tijdens gebruik planten scheuren zich voornamelijk voort langs het ferriet, wat eerder ernstige schade aan de rail veroorzaakt [2]. Tijdens de bouw van de nieuwe lijn kan frequent starten/stoppen van bouwvoertuigen gemakkelijk krassen op de rail en andere problemen veroorzaken. Railkrassen zijn in een vroeg stadium niet gemakkelijk te detecteren door inspectiepersoneel, maar de wrijvingshitte tussen het wiel en de rail veroorzaakt metallografische transformatie in het bekraste gebied van de rail, wat zich later in gebruik snel kan ontwikkelen tot ernstige schade [3]. Daarom moet bij de aanleg van nieuwe lijnen en het leggen van nieuwe spoorstaven in secties, na ingebruikname en vóór opening voor gebruik, een voorslijpbewerking worden uitgevoerd om de ontkolingslaag van ongeveer 0,2 mm op het oppervlak en de door de constructie veroorzaakte schade te verwijderen. Voor reeds in gebruik genomen lijnen is het vereist om het voorslijpen te voltooien voordat een totale massa van 10 ton wordt gepasseerd.
Afbeelding 1.De ontkolingslaag op de spoorstaafkop.
Preventief slijpenBij ernstige defecten zoals golving, delaminatie, laterale slijtage en verbrijzeling is een grotere slijpdiepte nodig om de defecten te verwijderen en tegelijkertijd het railprofiel te corrigeren en te repareren. Op dit punt zijn de hoeveelheid verwijderd railmateriaal en de slijpdiepte groot, en deze slijpstrategie wordt reparatieslijpen genoemd. Vanwege de slijtagetolerantie van de railbovenkant is de frequentie van railvervanging tijdens reparatieslijpen toegenomen, wat resulteert in een lagere slijpefficiëntie.
China heeft duidelijke regels opgesteld voor het slijpen van spoorlijnen: (a) Bij het slijpen moeten geschikte slijpapparatuur en bedrijfsparameters worden geselecteerd op basis van de kenmerken van de spoordefecten, moeten spoordefecten worden verwijderd en moeten spoorprofielen worden gerepareerd; (b) Bij gewone lijnen moet tijdig slijpen worden georganiseerd bij defecten zoals een golfvormige slijpdiepte of een dikke randbreedte van meer dan 0,3 mm; (c) Bij hogesnelheidslijnen moet tijdig worden georganiseerd wanneer er sprake is van schudden door hogesnelheidstreinen, een laterale versnellingsalarm van het dwarsframe, een slechte lichtstrook in secties, een visschubdiepte van de wisselrail van 0,5 mm, een spoorimpactresponsindex die de beheerswaarde overschrijdt of spoordefecten die de saneringsgrens bereiken.
Slijpen repareren. De rail wordt onderworpen aan periodieke belastingen van de wielen, en de rolling contact vermoeidheidslaag (RCF) wordt gevormd op het oppervlak van de rail als gevolg van het "ratchet effect" [4,5]. In de rolling contact vermoeidheidslaag nemen de hardheid en brosheid van het railmateriaal aanzienlijk toe, en de microstructuur vertoont een toename in dislocatiedichtheid en microscheurinitiatie [5]. De laterale en longitudinale voortplanting van microscheuren kan schade veroorzaken zoals delaminatie en railbreuk in rails [1]. In de scheurontwikkelingscyclus (nucleatie, initiatie en voortplanting) vormen nucleatie en initiatietijd een groot deel. Slijpen wordt meestal uitgevoerd wanneer de diepte van scheurvoortplanting niet groter is dan 0,2 mm, wat het beste moment is om de voortplanting van railscheuren te blokkeren en verdere achteruitgang van de rail te voorkomen, zoals weergegeven in Afb. 2. Gebaseerd op het mechanisme van rolcontactvermoeidheid op het railoppervlak en de wet van scheurvoortplanting, wordt een preventieve slijpstrategie voorgesteld. Deze strategie omvat het regelmatig verwijderen van de rolcontactvermoeidheidslaag op het railoppervlak. Preventief slijpen heeft een kleinere slijpdiepte, wat gunstiger is voor het verlengen van de levensduur van de rails en een gunstiger slijprendement oplevert dan reparatieslijpen.
China Railway Corporation heeft duidelijke eisen gesteld aan de implementatie van preventief slijpen van spoorstaven. (a) Voor hogesnelheidslijnen moet preventief slijpen worden uitgevoerd na elke 30-50 Mt van het totale gewicht, met een slijpinterval van maximaal 2 jaar. (b) Voor rechte stukken en gebogen gedeelten met een grote radius (> 1200 m) van lijnen met normale snelheid wordt een slijpproces doorgaans eenmaal uitgevoerd voor een totaalgewicht van 100 Mt; voor gedeelten met een kleine radius ( 
De evolutiewet van de levensduur van rails onder verschillende slijpstrategieën wordt weergegeven in Fig. 2, en de resultaten geven aan dat slijpen de levensduur van rails effectief kan verlengen. Volgens rapporten is de kans op defecten op het oppervlak van rails na niet-slijpen, reparatieslijpen en preventief slijpen respectievelijk 15%, 8% en 4% [6], wat aangeeft dat preventief slijpen een aanzienlijk voordeel heeft bij het verminderen van de kans op raildefecten. Bovendien hebben preventieve slijpmaterialen een kleinere verwijderingsdikte, wat de levensduur van rails aanzienlijk kan verlengen in vergelijking met reparatieslijpen. Onder de ernstige situatie van snelle economische ontwikkeling en dringende vraag naar de transportcapaciteit van het Chinese spoorwegvervoer, kan het toepassen van preventief slijpen de vervangingscyclus van rails effectief verlengen en een hogere slijpeconomie hebben. Voorspellend preventief slijpen is de belangrijkste ontwikkelingsrichting van toekomstige spoorslijptechnologie.
Afbeelding 2.Het voortplantingsgedrag van rollende contactvermoeiingsscheuren
Afbeelding 3.De relatie tussen slijpstrategieën en de levensduur van rails
[1] ZHAO Xiangji, GUO Jun, WANG Hengyu, et al. Effecten van ontkoling op de slijtvastheid en schademechanismen van rails die onderhevig zijn aan contactvermoeidheid [J]. Wear, 2016, 364-365: 130-143.
[2] ZHAO Xiangji, WANG Hengyu, Guo Jun, et al. Het effect van een ontkoolde laag op de rolcontactvermoeidheid van railmaterialen onder droge en natte omstandigheden [J]. Engineering Failure Analysis, 2018, 91: 58-71.
[3] LIU Fengshou, LI Chuang, TIAN Changhai. Onderzoek naar vroege schade aan Chinese hogesnelheidsspoorrails. Railway Engineering, 2018, 58(1): 138-140.
[4] Reza Masoudi Nejad, Shariati Mahmoud, Farhangdoost Khalil. Effect van slijtage op de groei van rolcontactvermoeidheidsscheuren in rails [J]. Tribology International, 2016, 94: 118-13.
[5] HU Yue, ZHOU Lang, DING Haohao, et al. Microstructuurevolutie van perlitische spoorwegwielen onder rollende-glijdende contactbelasting [J]. Tribology International, 2021, 154: 106685.
[6] ZAREMBSKI Allan M., PALESE Joseph. Vermindert railslijpen spoordefecten? [J]. Railway Track&Structure, 2011, 107(2): 32-35.