Проблемы локализации шлифовальных камней

Приведенный выше обзор текущего состояния исследований точильных камней с точки зрения их формовки (сырье и процесс), методов оценки характеристик точильных камней, износа рельсов и т. д., показывает, что проектирование и изготовление точильных камней представляет собой междисциплинарный (механика, материалы, механика и т. д.), многофакторный (компоненты, процессы, интерфейсы, условия работы и т. д.) процесс, сочетающий в себе сложные технические задачи. Поэтому ниже приводится краткое изложение трудностей и проблем, возникающих в процессе исследований и разработок точильных камней, с трех точек зрения: формовка точильных камней, поведение интерфейса точильный камень/рельс и оценка характеристик точильных камней (рис. 1), с целью предоставления справочной информации для соответствующих ученых и практиков.

(1) Формование жернова

На рабочие характеристики точильного камня влияют состав (смола, наполнитель, абразив и т. д.), процесс формования (смешивание, отверждение и т. д.), структура (пористость и размер пор, концентрация абразива и т. д.), а также прочность сцепления на границах раздела фаз (смола/абразив, смола/наполнитель и т. д.) и другие факторы, как показано на рисунке 1 (а). В настоящее время механизм сцепления на границах раздела фаз абразивной системы неясен; необходимо выявить механизм регулирования прочности сцепления, термостойкости и износостойкости микро- и нанонаполнителей; механизм влияния сложной структуры абразивного камня на его физико-химические свойства и эксплуатационные характеристики пока неясен. Вышеуказанные научно-технические трудности создают значительные сложности в регулировании рабочих характеристик шлифовальных камней.

Юань Юнцзе [1] использовал Abaqus и Python для создания виртуальной модели жернова и провел исследования, связанные с жерновами, с помощью метода конечных элементов, что стало важным источником вдохновения для проектирования жерновов с большим количеством переменных и сложными процессами. Поэтому в будущем мы сможем использовать метод конечных элементов и другие методы для быстрого и эффективного построения модели жернова и установить более тонкий спектр синергетических взаимосвязей между различными факторами для руководства проектированием жерновов. При этом модель обоснована большим объемом базовых экспериментальных данных.

(2) Поведение абразивного камня на границе раздела рельс/рельс

Геометрия абразива и его пространственная ориентация носят случайный характер, что приводит к значительным различиям в переднем угле абразивного шлифования (скольжение, вспахивание, резание), и, следовательно, роль каждого абразива в поведении материала рельса (механическая сила, температура шлифования и т. д.) также случайна, что приводит к различиям в механизме разрушения камня и влиянии на качество поверхности рельса. В идеале: абразив после многих циклов абразивного шлифования – процесс самозаточки, позволяющий в полной мере использовать свою режущую функцию; износ и отслоение связующего вещества приводят к отслоению пассивированного абразива, самозаточке шлифовального камня; но чрезмерный износ связующего вещества приводит к преждевременному отслоению абразива, снижению коэффициента использования абразива, снижению износостойкости шлифовального камня и сокращению срока службы. Поэтому износ и самозаточка шлифовального камня должны достичь сбалансированного состояния, чтобы обеспечить как высокую режущую способность, так и длительный срок службы шлифовального камня. В то же время износ шлифовального камня напрямую влияет на состояние абразивной кромки и угол резания, что, в свою очередь, влияет на тепловыделение в процессе шлифовки и качество поверхности рельса. Таким образом, можно увидеть, что в процессе шлифовки рельсов под воздействием термомеханического взаимодействия между шлифовальным камнем и рельсом удаление материала и разрушение шлифовального камня тесно взаимосвязаны и влияют друг на друга, что в конечном итоге сказывается на качестве поверхности рельса после шлифовки.

В настоящее время механизм взаимодействия между удалением материала и разрушением точильного камня в процессе шлифовки рельсов, а также его влияние на качество поверхности рельсов остаются неясными, что усложняет проектирование точильных камней, как показано на рис. 1(б). Поэтому важно изучить механизм удаления материала в процессе шлифовки рельсов, механизм износа точильного камня, эволюцию качества поверхности рельсов и построить физическую модель взаимосвязи структуры точильного камня – механических свойств точильного камня – эффективности шлифовки – механизма разрушения точильного камня – качества поверхности рельсов, что имеет большое значение для проектирования и изготовления точильных камней.

(3) Оценка производительности шлифовального камня

Научно обоснованная и всесторонняя оценка характеристик жерновов (особенно производительности измельчения), рецептуры жерновов и технологического процесса обеспечивает важную основу для исследований. В настоящее время существует множество методов оценки характеристик точильных камней, но отсутствуют единые стандарты оценки, что затрудняет обмен результатами исследований, связанных с точильными камнями, как показано на рис. 1(c). В то же время, многие исследователи проводят соответствующие исследования, используя полноразмерные жернова, которые имеют большие размеры, что не способствует последующей макро- и микрохарактеризации и анализу, и не позволяет получить более точные экспериментальные данные. Это приводит к тому, что результаты экспериментов по жерновам не дают достаточных рекомендаций по регулированию их характеристик, что снижает эффективность исследований и разработок, увеличивает затраты на исследования и приводит к растрате энергии и сырья. Поэтому можно использовать многомерный технологический подход к оценке, чтобы научно разработать оборудование для оценки характеристик жерновов и создать руководящие принципы оценки характеристик жерновов в различных измерениях, заложив тем самым основу для развития использования жерновов в железнодорожных транспортных линиях.

Инжир.1. Ключевые проблемы развития ГС

(а) Формирование точильного камня [2,3,1]; (б) Взаимосвязь между механизмами удаления материала, механизмами износа точильного камня и качеством поверхности рельса [4,5,6,7,8]; (в) Методы оценки эффективности точильного камня [9,2,10].

[1] ЮАНЬ Юнцзе. Механизмы регулирования характеристик шлифовального камня для рельсов с пористой структурой[J]. Чэнду: Юго-западный университет Цзяотун, 2021.

[2] ЧЖАН Вулин. Исследование механизмов регулирования характеристик высокоскоростного шлифовального камня для рельсов с использованием корундовых абразивов[D]. Чэнду: Юго-западный университет Цзяотун, 2021.

[3] ЧЖАН Пэнфэй, ЧЖАН Вулин, ЮАНЬ Юнцзе и др. Исследование влияния нагрева при шлифовании на механизм удаления материала при шлифовании рельсов[J]. Международная трибология, 2020, 147:105942.

[4] Цзи Юань, Тянь Чанхай, Пэй Динфэн. Сравнительный анализ китайских стандартов шлифовальных кругов для рельсов и зарубежных международных стандартов[J]. Контроль качества железных дорог, 2018, 46(9): 5-8.

[5] Чжоу Кун, Дин Хаохао, Ван Вэньцзянь и др. Влияние давления шлифовки на поведение при удалении рельсового материала[J]. Tribology International, 2019, 134: 417-426.

[6] Чжоу Кун, Дин Хаохао, Ван Жуйсян и др. Экспериментальное исследование механизма удаления материала при шлифовании рельсов при различных скоростях движения [J]. Tribology International, 2020, 143: 106040.

[7] ЧЖАН Вулин, ЧЖАН Пэнфэй, ЧЖАН Цзюнь и др. Исследование влияния размера абразивной зернистости на поведение при шлифовании рельсов[J]. Журнал производственных процессов, 2020, 53: 388-395.

[8] Йоахим Майер, Роберт Энгельхорн, Розмари Рот и др. Характеристики износа золь-гелевых корундовых абразивов, упрочненных второй фазой[J]. Acta Materialia, 2006, 54(13): 3605-3615.

[9] Сюй Сяотан. Исследование механизма высокоскоростной шлифовки рельсов[D]. Чэнду: Юго-западный университет Цзяотун, 2016.

[10] Сюй Сяотан, Ван Хэнъюй, У Лэй и др. Экспериментальное исследование высокоскоростной шлифовки рельсов во влажных условиях[J]. Смазочная техника, 2016, 41(11): 41-44.