Comportamentos de retificação autoadaptativos de retificação de trilhos de alta velocidade sob movimentos compostos de deslizamento e rolamento

Os comportamentos de retificação autoadaptativos de trilhos de alta velocidade sob movimentos compostos de deslizamento e rolamento concentraram-se na otimização do desempenho de retificação e da qualidade da superfície. Ferrovias de alta velocidade, caracterizadas por altas velocidades operacionais e cargas leves por eixo, frequentemente sofrem de fadiga por contato de rolamento [1], o que leva a lascamento da superfície [2-4], trincas por fadiga [5,6] e fraturas [7,8]. Esses problemas exigem manutenção oportuna para garantir aoperação segura e confiável de redes ferroviáriasAs técnicas tradicionais de retificação ferroviária visam tratar defeitos profundos, mas frequentemente resultam em ineficiências, tempos de manutenção prolongados e danos térmicos. A retificação de alta velocidade (HSG) surgiu como uma alternativa eficaz, oferecendo velocidades de retificação mais altas (60–80 km/h) e "janelas de manutenção" reduzidas. Diferentemente da retificação convencional, a HSG opera por meio de movimentos compostos de deslizamento e rolamento, impulsionados por forças de atrito entre as rodas de retificação (GWs) e a superfície do trilho [9]. Esse mecanismo exclusivo permite tanto a remoção de material quanto a autoafiação abrasiva. No entanto, a interação entre os movimentos de deslizamento e rolamento tem sido insuficientemente explorada, limitando o potencial da HSG para a otimização da manutenção ferroviária. Neste trabalho, um equipamento de teste HSG caseiro foi utilizado para simular as condições de retificação no local. Os experimentos foram conduzidos sob diferentes ângulos de contato (30°, 45° e 60°) e cargas de retificação (500 N, 700 N e 900 N) [10, 11].

1. A proporção de deslizamento-rolagem.Os resultados demonstram que os movimentos compostos de deslizamento e laminação desempenham um papel crucial na influência do comportamento de retificação. A razão deslizamento-laminação (SRR), definida como a razão entre a velocidade de deslizamento e a velocidade de laminação, como mostrado na Fig. 1, aumentou com o ângulo de contato e a carga de retificação, o que refletiu intuitivamente as mudanças no movimento composto de deslizamento-laminação dos pares de retificação. Por exemplo, a SRR cresceu de 0,18 em um ângulo de contato de 30° para 0,81 em 60°. Essa mudança do movimento dominado pela laminação para um equilíbrio entre deslizamento e laminação melhorou significativamente os resultados de retificação. O estudo descobriu que um ângulo de contato de 45° produziu a maior eficiência de retificação, enquanto um ângulo de contato de 60° produziu a melhor qualidade de superfície. A rugosidade da superfície (Ra) diminuiu substancialmente com o aumento do ângulo de contato, de 12,9 μm a 30° para 3,5 μm a 60°, como mostrado nas Fig. 2 a Fig. 4.

2. WEL induzido por trituração.Durante o processo de retificação, devido aos efeitos de acoplamento termomecânico, incluindo alta tensão de contato, temperaturas elevadas e resfriamento rápido, transformações metalúrgicas e deformação plástica ocorrem na superfície do trilho. Essas mudanças levam à formação de uma camada de corrosão branca quebradiça (WEL), que é propensa a fraturar sob tensões cíclicas do contato roda-trilho. Todos os resultados revelam que a espessura média da WEL é menor que 8 μm, que é mais fina do que a WEL induzida por retificação ativa (~40 μm) [12, 13], conforme mostrado na Fig. 5. Este fenômeno provavelmente está relacionado às características únicas do método HSG. Comparado à retificação ativa tradicional, na HSG, uma única partícula abrasiva se envolve no processo de retificação por apenas um breve período durante um ciclo de revolução, mesmo em altos ângulos de contato. Na maior parte do tempo, a partícula abrasiva está no período de dissipação de calor após a retificação. Isso garante que a partícula abrasiva tenha tempo suficiente para dissipar o calor antes de retornar à moagem, resultando em melhores condições térmicas na interface de moagem.

3. Trituração de detritos.A análise de detritos de retificação forneceu informações adicionais sobre os mecanismos de remoção de material, como mostrado nas Figuras 6 e 7. Detritos em forma de fluxo e em forma de faca, que indicam um desempenho de retificação eficaz, foram mais prevalentes em SRRs mais elevados. Em contraste, detritos em bloco e fatiados predominaram em ângulos de contato mais baixos, refletindo um desempenho de retificação inadequado. A presença de detritos esféricos aumentou com as cargas de retificação, indicando temperaturas de retificação elevadas. Essas observações destacam a importância de otimizar os parâmetros de retificação para equilibrar a eficiência e as condições térmicas.

4. Mecanismo de movimento composto de deslizamento e rolamento.O estudo também revelou a interação dinâmica entre os movimentos de deslizamento e rolamento no processo de retificação, como mostrado na Fig. 8. O deslizamento facilitou a remoção do material da superfície do trilho, enquanto a rolagem melhorou a descarga de detritos e a autoafiação do abrasivo. Esse equilíbrio dinâmico é essencial para alcançar uma retificação eficiente com o mínimo de dano térmico. No entanto, uma ênfase excessiva em qualquer um dos movimentos pode levar a resultados abaixo do ideal: o movimento dominado pela rolagem aumenta a rugosidade da superfície, enquanto o movimento dominado pelo deslizamento pode resultar em menor renovação do abrasivo e aumento do dano térmico.

5. Avaliação abrangente.Avaliações abrangentes do desempenho de retificação, incluindo eficiência de retificação, rugosidade superficial e espessura da camada de contato (WEL), destacaram as vantagens da otimização dos movimentos de deslizamento e laminação de compósitos, como mostrado na Fig. 9. Os gráficos de radar do desempenho de retificação sob diversas cargas e ângulos de contato mostraram que um ângulo de contato de 45° proporcionou o melhor equilíbrio geral entre eficiência e qualidade. No entanto, o ângulo de contato de 60° produziu consistentemente as superfícies mais lisas, tornando-o ideal para as passadas finais de retificação. Essas descobertas sugerem que ajustes direcionados nos parâmetros de retificação podem tratar danos variáveis ​​à superfície dos trilhos de forma eficaz.

Esta pesquisa oferece implicações práticas para a manutenção de trilhos de alta velocidade. Para passes iniciais de retificação, um ângulo de contato de 45° maximiza a eficiência da remoção de material, enquanto um ângulo de 60° garante qualidade superficial superior nas etapas de acabamento. O estudo destaca a importância do balanceamento dinâmico dos movimentos de deslizamento e rolamento para aprimorar o desempenho da retificação, melhorar a qualidade da superfície e prolongar a vida útil dos rebolos.

Em conclusão, o estudo destaca o papel crítico dos movimentos compostos de deslizamento e laminação na retificação ferroviária de alta velocidade. Ao otimizar a proporção das ações de deslizamento e laminação, a HSG pode alcançar eficiência de retificação e qualidade de superfície superiores, minimizando os danos térmicos. Essas descobertas fornecem uma base teórica para o avanço da tecnologia HSG e diretrizes práticas para aprimorar as práticas de manutenção ferroviária.

Figura 1.Tendência de variação de SRR, COF e velocidade de rotação com cargas de retificação e ângulos de contato.

Figura 2.Eficiência de retificação sob diferentes ângulos de contato e cargas de retificação.

Figura 3.Morfologias de superfície de espécimes ferroviários sob diferentes ângulos de contato e cargas de retificação.

Figura 4.Rugosidade da superfície eMorfologias 3Dde amostras de trilhos sob diferentes ângulos de contato e cargas de retificação.

Figura 5.Imagens metalográficas ópticas e SEM de corte transversal dos espécimes ferroviários.

Figura 6.O tipo e a proporção dedetritos de trituraçãosob diferentes ângulos de contato e cargas de retificação.

Figura 7.Imagens SEM e espectros EDS para diferentes tipos de detritos de moagem.

Figura 8.Diagrama esquemático do efeito do movimento composto de deslizamento e rolamento no HSG.

Este trabalho foi relatado no Journal of Tribology International.

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