Projekt konstrukcji kamienia młyńskiego

Jedną z głównych wad krajowych kamieni szlifierskich jest obecnie tendencja do przypalania stalowych szyn [1]. Podczas procesu szlifowania szyn, efekt szlifowania ścierniwem (ślizganie, oranie, cięcie) i tarcie między spoiwem a interfejsem szyny są głównymi źródłami ciepła szlifowania [3]. Pod wpływem sprzężonego efektu ciepła (ciepła szlifowania) i siły (siły mechanicznej), perlit w materiale szyny ulega przemianie austenitycznej, a następnie tworzy martenzyt i ferryt podczas chłodzenia, co skutkuje wysoką twardością i kruchą białą strukturą warstwy. Częściowe pęknięcia będą rozprzestrzeniać się na granicy między białą warstwą a perlitem, powodując przedwczesne uszkodzenie szyny [1], jak pokazano na rysunku 1 (a). Podczas procesu polerowania powierzchnia stalowej szyny ulega różnym stopniom utleniania, co skutkuje różnymi kolorami polerowanej szyny. Żółty, niebieski i fioletowy są powszechnie określane jako „przypalenia”. Lin i in. [9] umieścili półsztuczną termoparę w stalowej szynie, aby monitorować temperaturę interfejsu polerującego w czasie rzeczywistym przy różnych parametrach polerowania. Porównali temperaturę polerowania ze stopniem wypalenia na powierzchni stalowej szyny i ustanowili model zależności między stopniem wypalenia (zmiana koloru) a temperaturą polerowania, jak pokazano na rysunku 1 (b). Na tej podstawie Zhou i in. [3] ustanowili model zależności między temperaturą a grubością i stopniem wypalenia białej warstwy podczas polerowania szyny, zapewniając nową metodę optymalizacji parametrów polerowania szyny, jak pokazano na rysunku 1 (c). Powyższe wyniki badań wskazują, że optymalizacja parametrów szlifowania i redukcja ciepła szlifowania są ważnymi metodami poprawy wypalenia szyny.

Rysunek 1. Wypalanie szyn wywołane szlifowaniem i białe trawienie (WEL)

Wielu naukowców bada mechanizm przypalania się szyn z perspektywy konstrukcji kamienia szlifierskiego. Wyniki badań Zhang i in. [2] wskazują, że biały korundowy kamień szlifierski ma najlepszą ostrość własną i najbardziej znaczący efekt szlifowania, co skutkuje najwyższą temperaturą szlifowania i największą grubością białej warstwy. Yuan i in. [4] prefabrykowali strukturę porów w kamieniu szlifierskim, co jest korzystne dla odprowadzania zanieczyszczeń szlifierskich, zmniejsza zatykanie kamienia szlifierskiego, obniża temperaturę szlifowania i poprawia jakość powierzchni polerowanej stalowej szyny. Wang i in. [5] przeprowadzili badanie dotyczące wpływu twardości kamienia szlifierskiego (N, R, P, T) na jakość powierzchni stalowych szyn, a wyniki wykazały, że grubość białej warstwy wzrastała wraz ze wzrostem twardości kamienia szlifierskiego. Dlatego też rozsądna regulacja struktury kamienia szlifierskiego (pory, skład ścierny), twardości itp. ma pozytywny wpływ na poprawę przypalania się szyn.

Powyższe wyniki badań wskazują, że parametry szlifowania i wydajność kamienia szlifierskiego to dwa główne czynniki wpływające na przypalenia szyn. W przypadku istniejących pojazdów polerujących na trasie trudno jest dokonać znaczących korekt parametrów roboczych istniejącej konstrukcji pojazdu w celu zapewnienia wydajności polerowania. Dlatego też projektowanie i kontrola wydajności struktury kamienia szlifierskiego to jeden ze skutecznych sposobów na poprawę przypaleń szyn. Wu i in. [7, 8] wszczepili lutowane diamentowe prefabrykowane bloki w określonym układzie do kamienia szlifierskiego, jak pokazano na rysunku 2 (a). Wyniki polerowania pokazują, że kompozytowy kamień szlifierski może skutecznie poprawić wydajność polerowania szyn, zmniejszyć chropowatość powierzchni polerowanej szyny i poprawić przypalenia szyn. Zhao Jinbo i in. [9] połączyli CaF2 z polieteroeteroketonem, aby utworzyć samosmarujące bloki łączące i przygotowali samosmarujące kamienie szlifierskie, umieszczając je w zarodku kamienia szlifierskiego, jak pokazano na rysunku 2 (b). Wyniki szlifowania pokazują, że samosmarujący blok łączący może stale uwalniać się na styku kamienia szlifierskiego i szyny w miarę zużycia kamienia szlifierskiego, zmniejszając ciepło szlifowania i poprawiając przypalanie szyny. Wszczepianie lutowanych prefabrykowanych bloków, samosmarujących bloków łączących itp. do matrycy kamienia szlifierskiego powoduje nierówną strukturę kamienia szlifierskiego i wprowadza interfejs o niskiej wytrzymałości (interfejs matrycy kamienia szlifierskiego/bloku implantu), zapewniając w ten sposób właściwości mechaniczne (wytrzymałość obrotowa, równowaga dynamiczna itp.) kompozytowej struktury kamienia szlifierskiego jest kluczowym wyzwaniem. Wu i in. [10] zaprojektowali lutowane ścierne koło szlifierskie CBN ze szczeliną, jak pokazano na rysunku 2 (c), co poprawiło przypalanie obrabianych elementów szyny. Jednak warstwa lutownicza stosowana w kamieniu szlifierskim ma słabą odporność na zużycie podczas procesu szlifowania szyny, a żywotność kamienia szlifierskiego jest wyjątkowo krótka. Dlatego też rozsądna konstrukcja/regulacja struktury kamienia szlifierskiego ma pozytywny wpływ na redukcję ciepła powstającego podczas szlifowania i poprawę spalania szyn, ale jest to warunek wstępny, który należy w pełni uwzględnić, aby zapewnić dobre właściwości fizyczne i chemiczne kamienia szlifierskiego oraz jego obrabialność.

(a) Wstępnie ustawiony diamentowy blok szlifierski [7,8]

(b) Wstępnie ustawiony samosmarujący kamień szlifierski[9](c) Kamień szlifierski o strukturze szczelinowej [10]

Rysunek 2. Projekt konstrukcji kamienia młyńskiego

Odniesienie

[1]A Al-Juboori, DAVID Wexler, LI Huijun i in. Formacja kucania i występowanie dwóch odrębnych klas białej warstwy trawionej na powierzchni stali szynowej[J]. International Journal of Fatigue, 2017, 104: 52-60.

[2]GUO Shuai, ZHAO Xiangji, HE Chenggang i in. Wpływ śladów szlifowania na uszkodzenia zmęczeniowe szyn w warunkach wodnych[J]. China Mechanical Engineering, 2019, 30(08): 889-895.

[3]36[3] ZHOU Kun, DING Haohao, Steenbergen Michaël i in. Pole temperatury i odpowiedź materiału jako funkcja parametrów szlifowania szyny[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2021, 175: 12366.

[4]YUAN Yongjie, ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei i in. Porowate koła szlifierskie w celu złagodzenia zmęczenia wstępnego i zwiększenia wydajności usuwania materiału podczas szlifowania szyn [J]. Tribology International, 2021, 154: 106692

[5]WANG Ruixiang, ZHOU Kun, YANG Jinyu i in. Wpływ materiału ściernego i twardości koła szlifierskiego na zachowanie się szyn podczas szlifowania[J]. Wear, 2020, 454-455: 203332.

[6]57[6] ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, ZHANG Jun i in. Badanie wpływu wielkości ziarna ściernego na zachowania podczas szlifowania szyn[J]. Journal of Manufacturing Processes, 2020, 53: 388-395.

[7]XIAO Bing, XIAO Haozhong, XIAO Bo i in. Koło szlifierskie do wysokowydajnego szlifowania szyn i metoda jego wytwarzania: Chiny, CN 108453638 A[P]. 2018-08-28.

[8]WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong i in. Charakterystyka zużycia lutowanych arkuszy diamentowych przy różnym czasie szlifowania[J]. Wear, 2019, 432-433: 202942.

[9]WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong i in. Badanie charakterystyk zużycia lutowanej blachy diamentowej do kompozytowego koła szlifierskiego do szyn przy różnych ciśnieniach [J]. Wear, 2019, 424-425: 183-192.

[10]LIN Bin, ZHOU Kun, GUO Jun i in. Wpływ parametrów szlifowania na temperaturę powierzchni i zachowanie się szyny szlifierskiej podczas spalania [J]. Tribology International, 2018, 122: 151-162.