Daunele Common Rail

Ferovia este una dintre cele mai importante părți portante ale sistemului feroviar. Tracțiunea și frânarea trenurilor se realizează prin frecarea dintre roți și șină. Prin urmare, o stare bună a căilor ferate este o condiție prealabilă pentru a asigura funcționarea sigură și bună a trenurilor. Cu toate acestea, din cauza tensiunilor de contact alternative, materialul șinei suferă adesea de deteriorare prin uzură sau oboseală. După cum se arată în Figura 1, principalele tipuri de deteriorare a șinei includ: fisura prin oboseală, decojirea, uzura ondulată, strivirea și uzura laterală a șinei, care reprezintă mai mult de 80% din toate daunele șinei. Odată cu creșterea vitezei de rulare a trenului și a sarcinii pe osie, problemele de oboseală și uzură ale șinei devin din ce în ce mai grave, ceea ce face ca cerințele pentru tehnologiile de șlefuire a șinelor să crească brusc.

1. Fisura de oboseală de contact de rulare.Fisura de oboseală de contact de rulare este una dintre cele mai comune forme de deteriorare a șinei feroviare de mare viteză [1], așa cum se arată în Figura 2. În general, fisurile nu se vor extinde până la capăt, ci se extind până la suprafața șinei într-un arc pentru a forma aspectul de desprindere a șinei, așa cum se arată în Figura 2. Suprafața superioară a șinei este deprimată din cauza decojirii și trecerii de impact a trenului. vibrația și zgomotul. În unele cazuri, fisurile ramurilor din groapa de decojire se pot extinde sub șină și pot duce la ruperea șinei, ceea ce poate provoca accidente majore de siguranță [2].

2. Uzura ondularea șinei. Uzura ondulației șinei se referă la fenomenul de uzură periodică neuniformă a suprafeței șinei într-un anumit interval longitudinal [3, 4], așa cum se arată în Figura 3. Uzura ondulației va crește vibrația și zgomotul trenului, va afecta confortul călătoriei și va reduce durata de viață la oboseală a pieselor locomotivei și vehiculului. În funcție de lungimea de undă a uzurii ondulației, aceasta este împărțită în ondulație cu undă scurtă (lungime de undă 25 ~ 80 mm) și ondulație cu undă lungă (lungime de undă mai mare de 100 mm). Principalele cauze ale ondulației includ teoriile dinamice și non-dinamice. Teoria dinamică consideră că vibrația sistemului roată-șină duce la ondulare, inclusiv vibrație autoexcitată, rezonanță și vibrație de feedback [5]. Teoria non-dinamică conform căreia formarea ondulației este legată în principal de materialele șinelor și de procesul de topire etc.; și chiar dacă interforța roată-șină este constantă, șina va apărea și ondularea datorită curgerii sale neuniforme din plastic [6,7].

3. Zdrobirea șinei.Zdrobirea șinei este fenomenul prin care materialul din partea superioară a șinei apare deformare plastică și banda de rulare a șinei devine aplatizată, ceea ce se observă în mod obișnuit pe șinele din secțiunea curbată a căii ferate grele [8], așa cum se arată în Figura 4. Zdrobirea șinei modifică forma capului șinei, forța de contact roată-șină, care va vibra și va produce zgomot. În plus, zdrobirea șinei este adesea însoțită de deteriorarea fisurilor prin decapare sau oboseală. Limita de stabilitate este adesea folosită ca criteriu pentru a evalua dacă apar daune prin strivire pe șină, iar limita de randament crescută a materialelor poate preveni sau încetini acest tip de daune.

4. Uzura laterală a șinei.Uzura laterală a șinei este principala formă de deteriorare a șinei cu curbe cu rază mică [9], așa cum se arată în Figura 5. În calea ferată chineză, 98% din șina curbă cu rază mică este casată din cauza uzurii laterale excesive. Când locomotiva și vehiculul intră în secțiunea de curbă, trenul se deplasează înainte din cauza inerției, dar șina obligă corpul trenului să se întoarcă. În acest caz, roțile vor lovi șina și va avea loc o uzură laterală gravă. În special, atunci când forța centrifugă și forța centripetă a trenului sunt dezechilibrate, sarcina șinei interioare și exterioare va fi influențată, ceea ce agravează foarte mult uzura laterală [10, 11]. Se crede larg că uzura laterală a șinei scurtează durata de viață a șinei, iar modificarea profilului șinei înrăutățește interacțiunea roată/șină, afectând stabilitatea trenului care trece prin curbă.

Fig. 1 Fisuri de oboseală.

Fig. 2 Peeling șine.

Fig. 3 Uzura ondulației șinei.

Fig. 4 Zdrobirea șinei.

Fig. 5 Uzura laterală a șinei.

Referințe

1. K. Zhou. Cercetare privind regulile și mecanismele de îndepărtare a materialului în timpul șlefuirii șinei [D]. Chengdu: Teza de doctorat a Universității Southwest Jiaotong, 2020.
2. X. Zhao, ZL Li. O soluție tridimensională cu elemente finite a contactului de rulare roată-șină de frecare în elasto-plasticitate [J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology, 2015, 229(1): 86-100.
3. W. Zhong, J. Hu, P. Shen, şi colab. Investigație experimentală între oboseala prin contact de rulare și uzura căilor ferate de mare viteză și de transport greu și selecția materialului feroviar [J]. Wear, 2011, 271(9-10): 2485-2493.
4. S. Grassie, J. Kalousek. Ondularea șinei: caracteristici, cauze și tratamente [J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 1993, 207(1): 57-68.
5. Y. Gu. Studiu asupra mecanismului de ondulare a șinei pe calea ferată de mare viteză fără balastare [D]. Beijing: Teza de doctorat a Universității Beijing Jiaotong, 2017.
6. X. Jin, X. Li, W. Li, şi colab. Revizuirea progresului ondulației șinei [J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2016, 51(2-3): 264-273.
7. S. Li, D. Liu, P. Liu, et al. Formarea ondulației și evoluția microstructurii oțelului șinelor U75V [J]. Jurnalul Universității Dalian Jiaotong, 2019, 40(5): 66-71.
8. Z. Li, Z. Yan, S. Li. Influența ondulației șinei asupra performanței dinamice a sistemului vehiculului de mare viteză-turnout [J]. Journal of Central South University (Science and Technology), 2003, 25(1): 104-108.
9. W. Wang, H. Guo, X. Du, şi colab. Ancheta privind mecanismul de deteriorare și prevenirea căii ferate de transport greu [J]. Engineering Failure Analysis, 2013, 35: 206-218.
10. Y. Zhou, S. Wang, T. Wang, şi colab. Investigații pe teren și în laborator a relației dintre verificarea capului șinei și uzura într-o cale ferată de transport greu [J]. Wear, 2014, 315(1-2): 68-77.
11. I. Povilaitiene, I. Kamaitis, I. Podagelis. Influența lățimii ecartamentului asupra uzurii laterale a șinei pe curbele căii [J]. Journal of Civil Engineering and Management, 2006, 12(3): 255-260.
12. W. Zhai, J. Gao, P. Liu, et al. Reducerea uzurii laterale a șinei pe curbele feroviare de transport greu pe baza interacțiunii dinamice roată-șină [J]. Vehicle System Dynamics, 2014, 52(sup1): 440-454.