Метод оценки производительности шлифовального камня

Метод оценки производительности шлифовального камня

Наиболее важным аспектом процесса разработки шлифовального камня является оценка и проверка его характеристик (включая размер и точность, динамическую/статическую балансировку, прочность на вращение, несущую способность, качество шлифования и т. д.), что позволяет оптимизировать конструкцию, процесс и структуру камня. Среди этих факторов качество шлифования служит наглядным показателем его эффективности, привлекая значительное внимание исследователей. В настоящее время оборудование для проверки характеристик шлифовальных камней можно разделить на шесть типов в зависимости от различий в формах взаимодействия шлифовального камня и рельса: 1) традиционный шлифовальный станок; 2) стационарный рельсовый станок; 3) станок с линейной подачей рельса; 4) станок с горизонтальной вращательной подачей рельса; 5) высокоскоростной рельсовый шлифовальный стенд; и 6) испытательная линия для шлифования рельсов в реальных условиях.

(1) Тип шлифовального станка. Ульманн и др. [1] исследовали влияние параметров шлифования на качество поверхности (твердость, шероховатость, толщина белого слоя) рельсов с помощью шлифовального станка, изображенного на рисунке 1. Ву и др. [2] подтвердили, что щелевой шлифовальный камень улучшает качество поверхности рельса после шлифования с использованием аналогичного устройства. Этот тип шлифовального станка характеризуется высокой скоростью вращения шлифовального камня (до 30-50 м/с), но низкой скоростью подачи (8-16 м/мин) [2]; одновременно давление шлифования не регулируется. Следовательно, этот станок не может имитировать реальные операции шлифования рельсов и может служить лишь ориентиром для изучения поведения шлифовального круга.

Инжир.1 Испытательная машина для шлифовальных станков[1]

(2) Стационарный блочный рельсовый тип. Основываясь на режиме работы шлифовальных камней для шлифовки рельсов, многие исследователи подключали двигатель к шлифовальному камню и использовали торцевую поверхность шлифовального камня для шлифовки рельсовой заготовки. Канемацу и др. [3] проверили шлифовальные характеристики различных шлифовальных камней с помощью испытательного стенда для шлифовки рельсов, показанного на рисунке 2. Гу и др. [4] модифицировали испытательный стенд для шлифовки с аналогичной структурой, используя экспериментальный стенд для измерения трения, чтобы изучить шлифовальные характеристики шлифовальных камней с различными размерами абразивных зерен. Этот тип испытательной машины может лучше имитировать скорость вращения шлифовального камня, давление шлифовки и другие параметры, но не может обеспечить движение подачи при шлифовке. Длительная шлифовка локальной области рельса приведет к повышению температуры на границе раздела из-за тепла шлифовки, что приведет к ухудшению характеристик шлифовальных камней на смоляной связке при высоких температурах и снижению абразивной удерживающей способности. Кроме того, под воздействием тепла шлифовки рельс склонен к перегоранию. Поэтому в процессе эксперимента на этом типе испытательной машины необходимо в полной мере учитывать влияние температуры шлифовки на результаты эксперимента.

Инжир.2 Тестер для проверки шлифовки рельсов в блоке[3]

(3) Линейный тип подачи рельса. Для решения проблемы подачи рельса на испытательном стенде для шлифовки рельсов Гу и др. [4] Чжоу Кун [80] использовал реечную передачу для привода рельсов, что позволило обеспечить однонаправленную линейную подачу рельса со скоростью от 1,6 до 4,0 км/ч, как показано на рисунке 3. Экспериментальная машина также использовалась для изучения различных параметров шлифовки (давление шлифовки [5], скорость подачи [6]) и твердости шлифовального круга [7]. Хуан Гуйган [8] модифицировал основную конструкцию портального строгального станка BM2015 для разработки вертикального активного стенда для шлифовки рельсов, изображенного на рисунке 4. Оборудование использовало рельсы с шириной колеи 60 кг/м, имитируя скорость подачи 0,3–4,5 км/ч, и позволяло достигать шлифовки с углом колеи ±50°. Оборудование успешно подтвердило производительность шлифовки разработанного шлифовального круга из кубического нитрида бора. Скорость активной шлифовки рельсов колеблется от 3 до 24 км/ч, в то время как скорости, имитируемые этим типом шлифовального оборудования, ниже, что ограничивает его экспериментальные возможности.

Инжир.3Тестер для горизонтальной линейной подачи рельсов при шлифовании [5,6,7]

Инжир.4Вертикальный линейный шлифовальный станок с подачей рельса[8]

(4) Горизонтальный вращающийся податчик для круговых рельсов. Китайская академия железнодорожных наук [9], Нанкинский университет авиации и космонавтики [10,11] и Куффа и др. из Швейцарии [12] сообщили о создании испытательного стенда для горизонтального вращающегося податчика для круговых рельсов, показанного на рисунке 5. В этом стенде рельсы обрабатываются в диск и располагаются горизонтально; рельсовый диск может вращаться горизонтально под действием приводного механизма, имитируя скорость подачи шлифовальной машины. Оборудование, разработанное Китайской академией железнодорожных наук, имеет диаметр рельсового диска приблизительно 1,6 м, ширину шлифовальной ленты 10 мм и максимальную скорость шлифования 10,8 км/ч [9]. На основе результатов шлифования, полученных с помощью этого экспериментального оборудования, предоставляются данные для разработки условий заказа активных шлифовальных кругов [9,13,14]. Этот тип оборудования хорошо известен в области активного шлифования рельсов.

Инжир.5Тестер для горизонтального вращения и подачи шлифовальной машины с циклической направляющей [19]

(5) Высокоскоростной тестер шлифовки рельсов. Команда Ван Хэнъюя из Юго-Западного университета Цзяотун [15,16] разработала пассивный высокоскоростной тестер шлифовки рельсов, способный имитировать максимальную скорость шлифовки до 60–80 км/ч, как показано на рисунке 6. Кроме того, команда профессора Цзоу Вэньцзюня из Хэнаньского технологического университета [17,18] разработала небольшой высокоскоростной тестер шлифовки рельсов (рисунок 7), в котором диск рельсового колеса расположен вертикально, и оборудование позволяет регулировать импульс шлифовального камня и давление шлифовки. Внешний диаметр направляющей составляет 150 мм, а характеристики шлифовального камня — Φ80×10×10 мм, что позволяет имитировать скорости шлифования на месте эксплуатации 60–80 км/ч и давление шлифования 1200–3200 Н. Давление шлифования камня можно регулировать до максимальной скорости 60–80 км/ч, при этом максимальное давление шлифования составляет 3200 Н. Этот тип экспериментальной машины играет решающую роль в разработке высокоскоростных шлифовальных камней.

Инжир.6 Высокоскоростной шлифовальный станок[13]

Инжир.7Испытательный стенд для высокоскоростного шлифования[16]

(6) Реальная испытательная линия для шлифовки рельсов. За последнее десятилетие компания Golden Eagle Heavy Industry приступила к разработке и инновационному проектированию высокоскоростных вагонеток для шлифовки рельсов и создала испытательную базу для шлифовки рельсов в Юцзяху, город Сянъян, провинция Хубэй. На рисунке 8 изображена высокоскоростная вагонетка для шлифовки рельсов, которая может быть оснащена 24 шлифовальными кругами (по 12 с каждой стороны) и работать со скоростью шлифовки более 60 км/ч [15]. Условия и режимы работы машины полностью соответствуют условиям высокоскоростной шлифовки рельсов, что позволяет проверить режущие характеристики шлифовального камня. Одновременно машина оснащена несколькими шлифовальными камнями, что позволяет проверить стабильность процесса производства шлифовального камня. Поэтому при условии создания комплексной системы оценки будущая оценка и проверка характеристик шлифовальных кругов с помощью этой вагонетки имеют авторитетное руководящее значение.

Инжир.8Тестовая линия, реальный автомобиль, шлифовка[13]

• Ульманн Экарт, Липовка Павло, Хохшильд Лейф и др. Влияние параметров процесса шлифовки рельсов на шероховатость поверхности рельсов и твердость поверхностного слоя [J]. Wear, 2016, 366-367: 287-293.
• У Яо, Шэнь Мэнбо, Цюй Мэйна и др. Экспериментальное исследование повреждений поверхностного слоя при высокоэффективной и малоповреждающей шлифовке рельсов с помощью щелевого шлифовального круга из кубического нитрида бора [J]. Международный журнал передовых производственных технологий, 2019, 105(7-8): 2833-2841.
• Канемацу Йошикадзу, Сато Юкио. Влияние типа шлифовального камня на эффективность шлифовки рельсов[J]. Ежеквартальные отчеты Научно-исследовательского института железнодорожной техники, 2011, 52(2): 97-102.
• Гу Кайкай, Лин Цян, Ван Вэньцзянь и др. Анализ влияния скорости вращения шлифовального камня на процесс удаления рельсового материала [J]. Wear, 2015, 342-343: 52-59.
• Чжоу Кун, Дин Хаохао, Ван Вэньцзянь и др. Влияние давления шлифовки на характер удаления рельсового материала[J]. Tribology International, 2019, 134: 417-426.
• Чжоу Кун, Дин Хаохао, Ван Жуйсян и др. Экспериментальное исследование механизма удаления материала при шлифовании рельсов на разных скоростях [J]. Tribology International, 2020, 143: 106040.
• Ван Жуйсян, Чжоу Кунь, Ян Цзиньюй и др. Влияние абразивного материала и твердости шлифовального круга на поведение при шлифовании рельсов [J]. Износ, 2020, 454-455: 203332.
• ХУНАГ Гуйган. Проектирование и экспериментальное исследование высокоскоростного испытательного стенда для шлифовки рельсовых CBN шлифовальных кругов [J]. Автоматизация производства, 2020, 42(05): 88-91+122.
• ЦЗИ Юань. Систематическое исследование технологии оценки шлифовальных кругов для шлифовки рельсов[D]. Пекин: Китайская академия железнодорожных наук, 2019.
• У Хэнхэн, Сяо Бин, Сяо Хаочжун и др. Характеристики износа припаянных алмазных листов при различном времени шлифовки [J]. Износ, 2019, 432-433: 202942.
• У Хэнхэн, Сяо Бин, Сяо Хаочжун и др. Исследование характеристик износа припаянного алмазного листа для композитного шлифовального круга рельсов при различном давлении [J]. Износ, 2019, 424-425: 183-192.
• МИХАЛ Куффа, ДАНИЭЛЬ Зиглер, ТОМАС Питер и др. Новая стратегия шлифовки для улучшения акустических свойств железнодорожных путей[J]. Труды Института инженеров-механиков, Часть F: Журнал железнодорожного и скоростного транспорта, 2018, 232(1): 214-221.
• Китайская железнодорожная корпорация. Вопрос/Рекомендация 1-2014. Стандарт предприятия Китайской железнодорожной корпорации: Технические условия закупки шлифовальных кругов для рельсошлифовальных поездов[S]. Пекин: Китайское издательство железных дорог, 2014: 1-13.
• 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.
• Сюй Сяотан. Исследование механизма высокоскоростной шлифовки рельсов[D]. Чэнду: Юго-западный университет Цзяотун, 2016.
• Сюй Сяотан, Ван Хэнъюй, У Лэй и др. Экспериментальное исследование высокоскоростной шлифовки рельсов во влажных условиях [J]. Смазочная техника, 2016, 41(11): 41-44.
• Цзоу Вэньцзюнь, Лю Пэнчжань, Ли Хуаньфэн и др. Испытательная платформа для шлифовки пассивных рельсов: Китай, CN 110579244A[P]. 17.12.2019.
• ЛИУ Пэнчжань, ЦОУ Вэньцзюнь, ПЭН Цзинь и др. Исследование влияния давления шлифования на поведение удаления материала, выполненное на самостоятельно разработанном пассивном симуляторе шлифования[J]. Прикладные науки, 2021, 11(9): 4128.
• Чжао Цзиньбо, Сяо Бинь, У Хэнхэн и др. Разработка испытаний производительности самосмазывающегося композитного шлифовального круга [J]. Машиностроение, 2019, 48(03): 56-58.