Het structuurontwerp van slijpsteen

Nederlands Een van de grootste nadelen van binnenlands geproduceerde slijpstenen is momenteel de neiging om stalen rails te verbranden [1]. Tijdens het slijpen van rails zijn het slijpeffect van schuurmiddelen (glijden, ploegen, snijden) en de wrijving tussen het bindmiddel en de railinterface de belangrijkste bronnen van slijpwarmte [3]. Onder het koppelende effect van warmte (slijpwarmte) en kracht (mechanische kracht) ondergaat het perliet in het railmateriaal een austeniettransformatie en vormt vervolgens martensiet en ferriet tijdens het afkoelen, wat resulteert in een hoge hardheid en een brosse witte laagstructuur. Gedeeltelijke scheuren zullen zich voortplanten op de grens tussen de witte laag en het perliet, wat leidt tot voortijdig falen van de rail [1], zoals weergegeven in Figuur 1 (a). Tijdens het polijstproces ondergaat het oppervlak van de stalen rail verschillende graden van oxidatie, wat resulteert in verschillende kleuren van de gepolijste rail. Geel, blauw en paars worden vaak "brandwonden" genoemd. Lin et al. [9] plaatsten een semi-kunstmatig thermokoppel in de stalen rail om de temperatuur van de polijstinterface in realtime te bewaken onder verschillende polijstparameters. Ze vergeleken de polijsttemperatuur met de mate van verbranding op het oppervlak van de stalen rail en stelden een relatiemodel op tussen de mate van verbranding (kleurverandering) en de polijsttemperatuur, zoals weergegeven in Figuur 1 (b). Op basis hiervan stelden Zhou et al. [3] een relatiemodel op tussen de temperatuur en de dikte en stookgraad van de witte laag tijdens het polijsten van de rail, wat een nieuwe methode opleverde voor het optimaliseren van de parameters voor het polijsten van rails, zoals weergegeven in Figuur 1 (c). De bovenstaande onderzoeksresultaten geven aan dat het optimaliseren van slijpparameters en het verminderen van slijpwarmte belangrijke methoden zijn om verbranding van rails te verbeteren.

Figuur 1. De door slijpen veroorzaakte railverbranding en wit etslaag (WEL)

Veel wetenschappers onderzoeken het mechanisme van rail slijpverbranding vanuit het perspectief van het ontwerp van slijpstenen. De onderzoeksresultaten van Zhang et al. [2] geven aan dat witte korund slijpsteen de beste zelfscherpte en het meest significante slijpeffect heeft, wat resulteert in de hoogste slijptemperatuur en de grootste witte laagdikte. Yuan et al. [4] prefabriceerden een poriënstructuur in de slijpsteen, wat gunstig is voor de afvoer van slijpresten, vermindert verstopping van de slijpsteen, verlaagt de slijptemperatuur en verbetert de oppervlaktekwaliteit van de gepolijste stalen rail. Wang et al. [5] voerden een onderzoek uit naar de invloed van de hardheid van de slijpsteen (N, R, P, T) op de oppervlaktekwaliteit van stalen rails, en de resultaten toonden aan dat de dikte van de witte laag toenam met de toename van de hardheid van de slijpsteen. Daarom heeft een redelijke regulering van de structuur van de slijpsteen (poriën, schuurmiddelsamenstelling), hardheid, enz. een positief effect op het verbeteren van rail verbrandingen.

Nederlands De bovenstaande onderzoeksresultaten geven aan dat slijpparameters en de prestaties van de slijpsteen de twee belangrijkste factoren zijn die de verbranding van het railslijpen beïnvloeden. Voor bestaande polijstvoertuigen op de route is het moeilijk om significante aanpassingen te doen aan de bedrijfsparameters van de bestaande voertuigstructuur om de polijstefficiëntie te garanderen. Daarom is het ontwerp en de prestatiecontrole van de slijpsteenstructuur een van de effectieve manieren om de verbranding van het railslijpen te verbeteren. Wu et al. [7, 8] implanteerden gesoldeerde diamantprefabblokken in een bepaalde opstelling in de slijpsteen, zoals weergegeven in Afbeelding 2 (a). De polijstresultaten tonen aan dat de composiet slijpsteen de efficiëntie van het railpolijsten effectief kan verbeteren, de oppervlakteruwheid van de gepolijste rail kan verminderen en de verbranding van het railslijpen kan verbeteren. Zhao Jinbo et al. [9] bonden CaF2 met polyetheretherketon om zelf-smerende verbindingsblokken te vormen en bereidden zelf-smerende slijpstenen voor door ze in het embryo van de slijpsteen te plaatsen, zoals weergegeven in Afbeelding 2 (b). De slijpresultaten tonen aan dat het zelf-smerende verbindingsblok continu kan loslaten op het grensvlak tussen de slijpsteen en de rail naarmate de slijpsteen slijt, waardoor de slijpwarmte wordt verminderd en de railverbranding wordt verbeterd. Het implanteren van gesoldeerde geprefabriceerde blokken, zelf-smerende verbindingsblokken, enz. in de matrix van de slijpsteen resulteert in een ongelijkmatige structuur van de slijpsteen en introduceert een interface met lage sterkte (interface tussen matrix van de slijpsteen en implantaatblok), waardoor de mechanische eigenschappen (rotatiesterkte, dynamische balans, enz.) van de composietstructuur van de slijpsteen een belangrijke uitdaging vormen. Wu et al. [10] ontwierpen een gesoldeerde CBN-slijpschijf met een sleuf zoals weergegeven in Afbeelding 2 (c), die de verbranding van railwerkstukken verbeterde. De soldeerlaag die in de slijpsteen wordt gebruikt, heeft echter een slechte slijtvastheid tijdens het slijpproces van de rail en de levensduur van de slijpsteen is extreem kort. Daarom heeft een verstandig ontwerp/regulering van de structuur van de slijpsteen een positief effect op de reductie van de slijpwarmte en de verbetering van de verbranding van de rails. Het is echter een voorwaarde waar volledig rekening mee moet worden gehouden om te garanderen dat de slijpsteen goede fysieke en chemische eigenschappen en bewerkbaarheid heeft.

(a) Vooraf ingestelde diamantblok slijpsteen [7,8]

(b) Vooraf ingestelde zelf-smerende blokslijpsteen[9](c)Spleetgestructureerde slijpsteen [10]

Figuur 2. Het structuurontwerp van de slijpsteen

Referentie

[1]A Al-Juboori, DAVID Wexler, LI Huijun, et al. Squatformatie en het voorkomen van twee verschillende klassen witte etslaag op het oppervlak van railstaal[J]. International Journal of Fatigue, 2017, 104: 52-60.

[2]GUO Shuai, ZHAO Xiangji, HE Chenggang, et al. Effecten van slijpsporen op vermoeiingsschade aan rails onder wateromstandigheden[J]. China Mechanical Engineering, 2019, 30(08): 889-895.

[3]36[3] 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.

[4]YUAN Yongjie, ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, et al. Poreuze slijpschijven ter verlichting van voorvermoeidheid en ter verhoging van de materiaalverwijderingsefficiëntie bij het slijpen van rails[J]. Tribology International, 2021, 154: 106692

[5]WANG Ruixiang, ZHOU Kun, YANG Jinyu, et al. Effecten van schuurmateriaal en de hardheid van een slijpschijf op het slijpgedrag van rails[J]. Wear, 2020, 454-455: 203332.

[6]57[6] ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, ZHANG Jun, et al. Onderzoek naar het effect van de korrelgrootte van het schuurmiddel op het slijpgedrag van rails[J]. Journal of Manufacturing Processes, 2020, 53: 388-395.

[7]XIAO Bing, XIAO Haozhong, XIAO Bo, et al. Slijpschijf voor het slijpen van rails met hoge efficiëntie en de bijbehorende productiemethode: China, CN 108453638 A[P]. 2018-08-28.

[8]WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong, et al. Slijtagekenmerken van gesoldeerde diamantplaten met verschillende slijptijden[J]. Wear, 2019, 432-433: 202942.

[9]WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong, et al. Studie naar slijtagekenmerken van gesoldeerde diamantplaat voor railcomposiet slijpschijven onder verschillende druk[J]. Wear, 2019, 424-425: 183-192.

[10]LIN Bin, ZHOU Kun, GUO Jun, et al. Invloed van slijpparameters op de oppervlaktetemperatuur en het verbrandingsgedrag van slijprails[J]. Tribology International, 2018, 122: 151-162.