Metoda oceny wydajności kamienia szlifierskiego

Metoda oceny wydajności kamienia szlifierskiego

Najważniejszym aspektem procesu rozwoju kamienia szlifierskiego jest ocena i weryfikacja jego wydajności (w tym rozmiaru i dokładności, równowagi dynamicznej/statycznej, wytrzymałości obrotowej, nośności, wydajności szlifowania itp.), co pozwala na optymalizację projektu jego formulacji, procesu i struktury. Spośród tych czynników, wydajność szlifowania kamienia szlifierskiego stanowi namacalny obraz jego skuteczności operacyjnej, co przyciąga znaczną uwagę badaczy. Obecnie urządzenia do weryfikacji wydajności kamienia szlifierskiego można podzielić na sześć typów w oparciu o różnice w formach działania między kamieniem szlifierskim a szyną: 1) tradycyjna szlifierka; 2) stacjonarna szyna blokowa; 3) liniowy podajnik szynowy; 4) poziomy podajnik obrotowy szyny kołowej; 5) stanowisko do szybkiego szlifowania szyn; oraz 6) rzeczywista linia testowa do szlifowania szyn.

(1) Typ szlifierki konwencjonalnej. Uhlmann i in. [1] zbadali wpływ parametrów szlifowania na jakość powierzchni (twardość, chropowatość, grubość białej warstwy) szyn przy użyciu szlifierki do powierzchni przedstawionej na rysunku 1. Wu i in. [2] potwierdzili, że rowkowany kamień szlifierski poprawia jakość powierzchni szyny po szlifowaniu przy użyciu podobnego urządzenia. Ten typ testera szlifierskiego charakteryzuje się dużą prędkością liniową kamienia szlifierskiego (do 30–50 m/s), ale niską prędkością posuwu (8–16 m/min) [2]; jednocześnie ciśnienie szlifowania nie jest regulowane. W związku z tym tester ten nie może symulować rzeczywistych operacji szlifowania szyn i może jedynie stanowić punkt odniesienia do badania zachowania ściernicy.

Figa.1 Maszyna do testowania szlifierek powierzchniowych[1]

(2) Typ szyny stacjonarnej. W oparciu o tryb pracy w terenie kamieni szlifierskich do szlifowania szyn, wielu naukowców podłączyło silnik do kamienia szlifierskiego i wykorzystało czoło kamienia szlifierskiego do szlifowania obrabianego przedmiotu szyny. Kanematsu i in. [3] zweryfikowali wydajność szlifowania różnych kamieni szlifierskich za pomocą testera szlifowania szyn pokazanego na rysunku 2. Gu i in. [4] zmodyfikowali tester szlifowania o podobnej konstrukcji, używając testera tarcia, aby zbadać wydajność szlifowania kamieni szlifierskich o różnych rozmiarach ziarna ściernego. Ten typ maszyny wytrzymałościowej może lepiej symulować prędkość obrotową kamienia szlifierskiego, nacisk szlifowania i inne parametry, ale nie może osiągnąć ruchu posuwu szlifowania. Długotrwałe szlifowanie lokalnego obszaru szyny podniesie temperaturę interfejsu z powodu ciepła szlifowania, co prowadzi do pogorszenia wydajności kamieni szlifierskich wiązanych żywicą w wysokich temperaturach i zmniejszenia siły trzymania ścierniwa. Ponadto pod wpływem ciepła szlifowania szyna jest podatna na spalenie. Dlatego proces eksperymentalny tego typu maszyny wytrzymałościowej musi w pełni uwzględniać wpływ temperatury szlifowania na wyniki eksperymentalne.

Figa.2 Tester szlifowania szyn blokowych [3]

(3) Typ liniowego podawania szyny. Aby rozwiązać problem podawania szyny w maszynie testowej do szlifowania szyn Gu i in. [4], Zhou Kun [80] użył zębatki i zębnika do napędzania szyn prętowych, umożliwiając jednokierunkowe, liniowe podawanie szyny od 1,6 do 4,0 km/h, jak pokazano na rysunku 3. Maszyna eksperymentalna została również wykorzystana do zbadania różnych parametrów szlifowania (ciśnienie szlifowania [5], prędkość posuwu [6]) i twardość ściernicy [7]. Huang Guigang [8] zmodyfikował główną strukturę strugarki bramowej BM2015 w celu opracowania pionowego testera aktywnego szlifowania szyn, przedstawionego na rysunku 4. Sprzęt wykorzystywał na miejscu szynę o rozstawie 60 kg/m z symulowaną prędkością posuwu 0,3~4,5 km/h i mógł osiągnąć szlifowanie pod kątem rozstawu ±50°. Sprzęt pomyślnie zweryfikował wydajność szlifowania opracowanej ściernicy CBN. Prędkość czynnego szlifowania szyn mieści się w zakresie 3~24 km/h, natomiast prędkości symulowane przez ten typ sprzętu do szlifowania szyn są niższe, co ogranicza jego możliwości eksperymentalne.

Figa.3Poziomy liniowy tester mielenia [5,6,7]

Figa.4Pionowy liniowy tester mielenia z podawaniem szynowym [8]

(4) Typ poziomego podajnika obrotowego z szyną kołową. Chińska Akademia Nauk Kolejowych [9], Uniwersytet Aeronautyki i Astronautyki w Nankinie [10,11] oraz Kuffa i in. ze Szwajcarii [12] opisali tester poziomego podajnika obrotowego z szyną kołową, pokazany na rysunku 5. W tym testerze szyny są obrabiane w tarczę i układane poziomo; tarcza szyny może obracać się poziomo pod działaniem mechanizmu napędowego, aby symulować prędkość posuwu wózka szlifierskiego. Sprzęt zaprojektowany przez Chińską Akademię Nauk Kolejowych charakteryzuje się średnicą tarczy szynowej wynoszącą około 1,6 m, szerokością pasa szlifierskiego 10 mm i maksymalną prędkością szlifowania 10,8 km/h [9]. Na podstawie efektu szlifowania tego sprzętu eksperymentalnego, dostarcza on danych wspierających rozwój warunków uporządkowania dla aktywnych kół szlifierskich [9,13,14]. Ten typ sprzętu jest dobrze znany w dziedzinie aktywnego szlifowania szyn.

Figa.5Tester mielenia z poziomym posuwem i obrotem szyny cyklicznej [19]

(5) Tester szlifowania szyn o dużej prędkości. Zespół Wang Hengyu z Uniwersytetu Southwest Jiaotong [15,16] zaprojektował pasywny tester szlifowania szyn o dużej prędkości, który jest w stanie symulować maksymalną prędkość szlifowania do 60~80 km/h, jak pokazano na rysunku 6. Ponadto zespół profesora Zou Wenjun z Uniwersytetu Technologicznego Henan [17,18] zaprojektował mały tester szlifowania szyn o dużej prędkości (rysunek 7), w którym tarcza koła szyny jest ustawiona pionowo, a sprzęt może regulować impuls kamienia szlifierskiego i ciśnienie szlifowania. Średnica zewnętrzna szyny wynosi 150 mm, a specyfikacja kamienia szlifierskiego to Φ80×10×10 mm, co umożliwia symulację prędkości szlifowania na miejscu wynoszących 60–80 km/h i nacisków szlifowania 1200–3200 N. Nacisk szlifowania kamienia szlifierskiego można regulować do maksymalnej prędkości szlifowania 60–80 km/h, przy maksymalnym nacisku szlifowania 3200 N. Ten typ maszyny eksperymentalnej odgrywa kluczową rolę w rozwoju kamieni szlifierskich o dużej prędkości.

Figa.6 Stół szlifierski szybkoobrotowy[13]

Figa.7Stanowisko testowe do redukcji szlifowania przy dużej prędkości [16]

(6) Linia testowa do szlifowania szyn. W ciągu ostatniej dekady firma Golden Eagle Heavy Industry rozpoczęła prace rozwojowe i innowacyjne projektowanie szybkich wózków szlifierskich oraz utworzyła bazę testową do szlifowania szyn w Yujiahu, w mieście Xiangyang w prowincji Hubei. Rysunek 8 przedstawia szybki wózek szlifierski, który może być wyposażony w 24 tarcze szlifierskie (po 12 z każdej strony), pracujące z prędkością szlifowania przekraczającą 60 km/h [15]. Warunki i tryby pracy wózka mogą być w pełni dostosowane do warunków i trybów pracy szybkiego szlifowania szyn, co umożliwia weryfikację wydajności cięcia kamienia szlifierskiego. Jednocześnie pojazd jest wyposażony w wiele kamieni szlifierskich, co pozwala na weryfikację stabilności procesu produkcji kamieni szlifierskich. Dlatego też, pod warunkiem ustanowienia kompleksowego systemu oceny, przyszła ocena i weryfikacja wydajności tarcz szlifierskich przez ten wózek szlifierski mają autorytatywną wartość przewodnią.

Figa.8Linia testowa – szlifowanie prawdziwych samochodów[13]

• UHLMANN Eckart, LYPOVKA Pavlo, HOCHSCHILD Leif i in. Wpływ parametrów procesu szlifowania szyn na chropowatość powierzchni szyny i twardość warstwy powierzchniowej [J]. Wear, 2016, 366-367: 287-293.
• WU Yao, SHEN Mengbo, Qu Meina i in. Badanie eksperymentalne uszkodzeń warstwy wierzchniej podczas wysokowydajnego i niskouszkodzonego szlifowania szyn za pomocą ściernicy CBN z rowkami [J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2019, 105(7-8): 2833-2841.
• KANEMATSU Yoshikazu, SATOH Yukio. Wpływ rodzaju kamienia szlifierskiego na wydajność szlifowania szyn [J]. Kwartalne Sprawozdania Instytutu Badań Technicznych Kolejnictwa, 2011, 52(2): 97-102.
• GU Kaikai, LIN Qiang, WANG Wenjian i in. Analiza wpływu prędkości obrotowej kamienia szlifierskiego na zachowanie się materiału szyny podczas usuwania [J]. Wear, 2015, 342-343: 52-59.
• ZHOU Kun, DING Haohao, WANG Wenjian i in. Wpływ nacisku szlifowania na zachowanie się materiału szyn podczas usuwania [J]. Tribology International, 2019, 134: 417-426.
• ZHOU Kun, DING Haohao, WANG Ruixiang i in. Badania eksperymentalne mechanizmu usuwania materiału podczas szlifowania szyn przy różnych prędkościach postępowych [J]. Tribology International, 2020, 143: 106040.
• WANG Ruixiang, ZHOU Kun, YANG Jinyu i in. Wpływ materiału ściernego i twardości ściernicy na zachowanie się szyn podczas szlifowania [J]. Wear, 2020, 454-455: 203332.
• HUNAG Guigang. Projekt i badanie eksperymentalne stanowiska testowego do szlifowania z dużą prędkością dla ściernic CBN do szyn [J]. Automatyzacja produkcji, 2020, 42(05): 88-91+122.
• JI Yuan. Systematyczne badanie technologii oceny ściernic do szlifowania szyn [D]. Pekin: Chińska Akademia Nauk Kolejowych, 2019.
• WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong i in. Charakterystyka zużycia lutowanych blach diamentowych o różnym czasie szlifowania [J]. Wear, 2019, 432-433: 202942.
• WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong i in. Badanie charakterystyki zużycia lutowanej blachy diamentowej do kompozytowych tarcz szlifierskich do szyn przy różnym ciśnieniu [J]. Wear, 2019, 424-425: 183-192.
• MICHAL Kuffa, DANIEL Ziegler, THOMAS Peter i in. Nowa strategia szlifowania w celu poprawy właściwości akustycznych torów kolejowych [J]. Prace Instytutu Inżynierów Mechaników, część F: Journal of Rail and Rapid Transit, 2018, 232(1): 214-221.
• China Railways Corporation. Q/CR 1-2014. Standard przedsiębiorstwa China Railway Corporation: Specyfikacje techniczne dotyczące zakupu ściernicy do pociągu do szlifowania szyn [S]. Pekin: China Railway Publishing House Co, LTD, 2014: 1-13.
• JI Yuan, TIAN Changhai, PEI Dingfeng. Analiza porównawcza chińskich norm dotyczących ściernic kolejowych i zagranicznych norm międzynarodowych [J]. Railway Quality Control, 2018, 46(9): 5-8.
• XU Xiaotang. Badanie mechanizmu szlifowania szyn szybkobieżnych [D]. Chengdu: Uniwersytet Południowo-Zachodniego Jiaotong, 2016.
• XU Xiaotang, WANG Hengyu, WU Lei i in. Badanie eksperymentalne dotyczące szlifowania szyn szybkobieżnych w warunkach mokrych [J]. Lubrication Engineering, 2016, 41(11): 41-44.
• ZOU Wenjun, LIU Pengzhan, LI Huanfeng i in. Platforma testowa do pasywnego szlifowania szyn: Chiny, CN 110579244A[P]. 2019-12-17.
• LIU Pengzhan, ZOU Wenjun, PENG Jin i in. Badanie wpływu nacisku szlifowania na zachowanie się materiału podczas usuwania materiału przeprowadzone na samodzielnie zaprojektowanym pasywnym symulatorze szlifowania [J]. Applied Sciences, 2021, 11(9): 4128.
• ZHAO Jinbo, XIAO Bin, WU Hengheng i in. Opracowanie testu wydajności samosmarującej ściernicy kompozytowej [J]. Machinery, 2019, 48(03): 56-58.