Ştiri
0102030405
Strategiile de șlefuire a șinei
28-10-2024
Slefuirea regulată a șinelor reduce sau înlătură deteriorarea șinei și prelungește durata de viață a acestora, care este recunoscută pe scară largă ca una dintre metodele eficiente de întreținere a sistemelor de tranzit feroviar. Pe baza comportamentului avariilor feroviare și combinate cu nevoile capacității de transport feroviar, tehnologia și echipamentele de rectificare feroviară se dezvoltă într-un mod diversificat și pe mai multe niveluri. Principalele strategii pentru șlefuirea șinei includ șlefuirea prealabilă, șlefuirea preventivă și repararea șlefuirii.
Pre-măcinare. În timpul procesului de laminare la cald a șinelor, temperaturile ridicate intensifică oxidarea elementelor de carbon și fier de pe suprafața șinelor. Când viteza de oxidare a carbonului este mai mare decât cea a fierului, o parte din cementitul din perlită se transformă în ferită, ducând la formarea unui strat de decarburare, așa cum se arată în Fig.1. Duritatea, rezistența și rezistența la uzură a stratului de decarburare de pe șină sunt mai mici decât cele ale substratului [1]. În timpul exploatării, fisurile se propagă în principal de-a lungul feritei, care este mai probabil să provoace daune grave șinei [2]. În timpul construcției noii linii, pornirea/oprirea frecventă a vehiculelor de construcție poate cauza cu ușurință zgârieturi și alte probleme. Zgârieturile șinei nu sunt ușor de detectat de către personalul de inspecție în faza incipientă, dar căldura de frecare dintre roată și șină determină transformare metalografică în zona zgâriată a șinei, care se poate dezvolta rapid în avarii grave în timpul service-ului [3]. Prin urmare, pentru construirea de noi linii și așezarea de noi șine în secțiuni, pre-slefuirea trebuie efectuată după punerea în funcțiune și înainte de deschiderea în funcțiune pentru a îndepărta stratul de decarburare de aproximativ 0,2 mm pe suprafață și deteriorarea cauzată de procesul de construcție. Pentru liniile care au fost deja puse în funcțiune, este necesară finalizarea pre-măcinare înainte de a trece o masă totală de 10 Mt.
Fig. 1.Stratul de decarburare de pe capul șinei.
Măcinarea preventivă. Pentru defecte severe, cum ar fi ondularea, delaminarea, abraziunea laterală și strivirea, este necesar să se folosească o adâncime de șlefuire mai mare pentru a elimina defectele și, în același timp, corectarea și repararea profilului șinei. În acest moment, cantitatea de material de șină îndepărtată și adâncimea de șlefuire sunt mari, iar această strategie de șlefuire se numește șlefuire reparativă. Datorită toleranței de design la uzură a suprafeței șinei, frecvența înlocuirii șinei a crescut în timpul șlefuirii reparației, rezultând o economie de șlefuire slabă.
China a stabilit reglementări clare cu privire la operațiunea de reparare a șlefuirii liniilor de tranzit feroviar: (a) Repararea șlefuirii ar trebui să selecteze echipamentele de șlefuire și parametrii de funcționare corespunzători pe baza caracteristicilor defectelor șinei, să îndepărteze defectele șinei și să repare profilele șinei; (b) În liniile obișnuite, pentru defecte, cum ar fi adâncimea de șlefuire cu val sau lățimea marginii grase care depășește 0,3 mm, trebuie organizată șlefuirea reparației în timp util; (c) În liniile de cale ferată de mare viteză, când există tremurări ale trenului de mare viteză, alarma de accelerare laterală a cadrului transversal, bandă slabă de lumină în secțiuni, adâncimea solzii de pește a șinei de acces care ajunge la 0,5 mm, indicele de răspuns la impactul căii care depășește valoarea de gestionare sau defectele șinei care ating limita de remediere, repararea și șlefuirea în timp util a șinei trebuie organizată.
Repararea șlefuirii. Sina este supusă sarcinilor periodice de la roți, iar stratul de oboseală de contact de rulare (RCF) se formează pe suprafața șinei datorită „efectului de clichet” [4,5]. În stratul de oboseală de contact de rulare, duritatea și fragilitatea materialului șinelor cresc semnificativ, iar microstructura prezintă o creștere a densității de dislocare și inițierea microfisurilor[5]. Propagarea laterală și longitudinală a microfisurilor poate provoca daune precum delaminarea și ruperea șinei în șine [1]. În ciclul de dezvoltare a fisurilor (nucleare, inițiere și propagare), timpul de nucleare și inițiere reprezintă o mare parte. Slefuirea se efectuează de obicei atunci când adâncimea de propagare a fisurilor nu depășește 0,2 mm, care este cel mai bun moment pentru a bloca propagarea fisurilor șinei și pentru a evita deteriorarea ulterioară a șinei, așa cum este prezentat în Fig.2. Pe baza mecanismului de oboseală de contact de rulare pe suprafața șinelor și a legii de propagare a fisurilor, se propune o strategie de șlefuire preventivă, care presupune îndepărtarea regulată a stratului de oboseală de contact de rulare de pe suprafața șinelor. Slefuirea preventivă are o adâncime de șlefuire mai mică, ceea ce este mai propice pentru extinderea duratei de viață a șinelor și are o economie de șlefuire mai bună în comparație cu șlefuirea de reparație.
China Railway Corporation a prezentat cerințe clare pentru punerea în aplicare a șlefuirii preventive a șinelor feroviare. (a) Pentru căile ferate de mare viteză, măcinarea preventivă trebuie efectuată la fiecare 30-50 Mt greutate totală, cu un interval de măcinare de cel mult 2 ani. (b) Pentru secțiunile curbe drepte și cu rază mare (>1200 m) ale liniilor de viteză obișnuită, un proces de șlefuire este de obicei efectuat o singură dată pentru o greutate totală de 100 Mt; pentru secțiuni cu rază mică ( 
Legea de evoluție a duratei de viață a șinelor sub diferite strategii de șlefuire este prezentată în Fig. 2, iar rezultatele indică faptul că șlefuirea poate prelungi în mod eficient durata de viață a șinelor. Potrivit rapoartelor, probabilitatea ca defectele să apară pe suprafața șinelor după neșlefuire, șlefuire de reparare și șlefuire preventivă este de 15%, 8% și, respectiv, 4% [6], indicând că șlefuirea preventivă are un avantaj semnificativ în reducerea probabilității de apariție a defectelor șinei. În plus, materialele de șlefuire preventivă au o grosime de îndepărtare mai mică, ceea ce poate prelungi semnificativ durata de viață a șinelor în comparație cu șlefuirea de reparații. În situația severă a dezvoltării economice rapide și a cererii urgente pentru capacitatea de transport a tranzitului feroviar din China, adoptarea măcinarii preventive poate extinde în mod eficient ciclul de înlocuire a căilor ferate și poate avea o economie de măcinare mai mare. Măcinarea preventivă predictivă este direcția principală de dezvoltare a viitoarei tehnologii de șlefuire a șinei.
Fig.2.Comportamentul de propagare a fisurilor de grăsime de contact rulant
Fig.3.Relația dintre strategiile de șlefuire și durata de viață a șinelor
[1] ZHAO Xiangji, GUO Jun, WANG Hengyu și colab. Efectele decarburării asupra rezistenței la uzură și a mecanismelor de deteriorare a șinelor supuse oboselii de contact[J]. Wear, 2016, 364-365:130-143.
[2] ZHAO Xiangji, WANG Hengyu, Guo Jun și colab. Efectul stratului decarburat asupra oboselii de contact de rulare a materialelor șinelor în condiții uscate-umede[J]. Engineering Failure Analysis, 2018, 91: 58-71.
[3] LIU Fengshou, LI Chuang, TIAN Changhai. Cercetare privind deteriorarea timpurie a căilor ferate de mare viteză din China. Railway Engineering, 2018, 58(1): 138-140.
[4] Reza Masoudi Nejad, Shariati Mahmoud, Farhangdoost Khalil. Efectul uzurii asupra oboselii contactului de rulare Creșterea fisurilor în șine[J]. Tribology International, 2016, 94: 118-13.
[5] HU Yue, ZHOU Lang, DING Haohao și colab. Evoluția microstructurii roților perlitice feroviare sub încărcare de contact rulant-alunecare[J]. Tribology International, 2021, 154: 106685.
[6] ZAREMBSKI Allan M., PALESE Joseph. Șlefuirea șinei reduce defectele șinei[J]. Railway Track&Structure, 2011, 107(2): 32-35.