Конструкция жернова

Одним из главных недостатков производимых в настоящее время шлифовальных камней является склонность к пригоранию стальных рельсов [1]. В процессе шлифовки рельсов основными источниками тепла являются абразивный эффект шлифования (скольжение, вспахивание, резание) и трение между связующим веществом и поверхностью рельса [3]. Под воздействием сочетания тепла (тепло шлифования) и силы (механическая сила) перлит в материале рельса подвергается аустенитному превращению и впоследствии, при охлаждении, образует мартенсит и феррит, что приводит к образованию высокотвердой и хрупкой белой слоистой структуры. Частичные трещины будут распространяться на границе между белым слоем и перлитом, вызывая преждевременное разрушение рельса [1], как показано на рисунке 1 (а). В процессе полировки поверхность стального рельса подвергается различной степени окисления, что приводит к различным цветам полированного рельса. Желтый, синий и фиолетовый обычно называют «пригораниями». Лин и др. [9] разместили полуискусственный термоэлемент в стальном рельсе для мониторинга температуры поверхности полировки в реальном времени при различных параметрах полировки. Они сравнили температуру полировки со степенью обжига на поверхности стального рельса и установили модель зависимости между степенью обжига (изменением цвета) и температурой полировки, как показано на рисунке 1 (b). На этой основе Чжоу и др. [3] установили модель зависимости между температурой и толщиной и степенью обжига белого слоя во время полировки рельса, предложив новый метод оптимизации параметров полировки рельса, как показано на рисунке 1 (c). Вышеуказанные результаты исследований показывают, что оптимизация параметров шлифовки и снижение тепловыделения при шлифовке являются важными методами улучшения обжига рельсов.

Рисунок 1. Следы от шлифовки на рельсах и белый травильный слой (WEL).

Многие ученые изучают механизм пригорания рельсов при шлифовании с точки зрения конструкции шлифовального камня. Результаты исследований Чжана и др. [2] показывают, что белый корундовый шлифовальный камень обладает наилучшей самозаточкой и наиболее значительным шлифовальным эффектом, что приводит к самой высокой температуре шлифования и наибольшей толщине белого слоя. Юань и др. [4] создали пористую структуру в шлифовальном камне, что способствует удалению шлифовальных отходов, уменьшает засорение шлифовального камня, снижает температуру шлифования и улучшает качество поверхности полированного стального рельса. Ван и др. [5] провели исследование влияния твердости шлифовального камня (N, R, P, T) на качество поверхности стальных рельсов, и результаты показали, что толщина белого слоя увеличивается с увеличением твердости шлифовального камня. Следовательно, разумная регулировка структуры шлифовального камня (поры, абразивный состав), твердости и т. д. оказывает положительное влияние на уменьшение пригорания рельсов.

Приведенные выше результаты исследований показывают, что параметры шлифовки и производительность шлифовального камня являются двумя основными факторами, влияющими на износ рельсов при шлифовке. Для существующих полировальных машин на маршруте сложно внести существенные корректировки в рабочие параметры существующей конструкции машины для обеспечения эффективности полировки. Поэтому проектирование и контроль производительности конструкции шлифовального камня являются одним из эффективных способов уменьшения износа рельсов. Ву и др. [7, 8] имплантировали в шлифовальный камень предварительно изготовленные блоки из припаянного алмаза в определенном порядке, как показано на рисунке 2 (а). Результаты полировки показывают, что композитный шлифовальный камень может эффективно повысить эффективность полировки рельсов, уменьшить шероховатость поверхности полированного рельса и уменьшить износ рельсов. Чжао Цзиньбо и др. [9] связали CaF2 с полиэфирэфиркетоном для образования самосмазывающихся соединительных блоков и подготовили самосмазывающиеся шлифовальные камни, поместив их в зародыш шлифовального камня, как показано на рисунке 2 (б). Результаты шлифовки показывают, что самосмазывающийся соединительный блок может непрерывно разъединяться на границе между шлифовальным камнем и рельсом по мере износа шлифовального камня, снижая тепловыделение при шлифовке и улучшая пригорание рельсов. Внедрение припаянных предварительно изготовленных блоков, самосмазывающихся соединительных блоков и т. д. в матрицу шлифовального камня приводит к неравномерной структуре шлифовального камня и создает низкопрочную границу раздела (граница раздела матрица шлифовального камня/имплантированный блок), что делает обеспечение механических свойств (прочность на вращение, динамическое равновесие и т. д.) композитной структуры шлифовального камня ключевой задачей. Ву и др. [10] разработали припаянный абразивный шлифовальный круг из кубического нитрида бора с прорезью, как показано на рисунке 2 (c), что улучшило пригорание рельсовых заготовок. Однако припой, используемый в шлифовальном камне, обладает низкой износостойкостью в процессе шлифовки рельсов, и срок службы шлифовального камня крайне короткий. Таким образом, разумное проектирование/регулирование конструкции шлифовального камня оказывает положительное влияние на снижение тепловыделения при шлифовании и уменьшение пригорания рельсов, но это необходимое условие, которое следует в полной мере учитывать для обеспечения хороших физико-химических свойств и обрабатываемости шлифовального камня.

(а) Предварительно установленный алмазный шлифовальный камень [7,8]

(б) Предварительно установленный самосмазывающийся шлифовальный брусок[9](c)Щелевой шлифовальный камень [10]

Рисунок 2. Конструкция жернова.

Ссылка

[1]А. Аль-Джубури, Дэвид Векслер, Ли Хуйцзюнь и др. Образование приземистого слоя и появление двух различных классов белого травильного слоя на поверхности рельсовой стали[J]. Международный журнал усталости, 2017, 104: 52-60.

[2]ГУО Шуай, ЧЖАО Сянцзи, ХЭ Чэнган и др. Влияние следов шлифовки на усталостное повреждение рельсов в условиях воды[J]. Китайская машиностроительная промышленность, 2019, 30(08): 889-895.

[3]36[3] Чжоу Кун, Дин Хаохао, Стинберген Михаэль и др. Температурное поле и реакция материала в зависимости от параметров шлифовки рельсов[J]. Международный журнал тепло- и массопереноса, 2021, 175: 12366.

[4]ЮАНЬ Юнцзе, ЧЖАН Вулин, ЧЖАН Пэнфэй и др. Пористые шлифовальные круги для снижения предварительной усталости и повышения эффективности удаления материала при шлифовании рельсов[J]. Tribology International, 2021, 154: 106692

[5]ВАН Жуйсян, ЧЖОУ Кун, ЯН Цзиньюй и др. Влияние абразивного материала и твердости шлифовального круга на поведение при шлифовании рельсов[J]. Износ, 2020, 454-455: 203332.

[6]57[6] 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.

[7]Сяо Бин, Сяо Хаочжун, Сяо Бо и др. Шлифовальный круг для высокоэффективной шлифовки рельсов и способ его изготовления: Китай, CN 108453638 A[P]. 28.08.2018.

[8]У Хэнхэн, Сяо Бин, Сяо Хаочжун и др. Характеристики износа припаянных алмазных листов при различном времени шлифовки[J]. Износ, 2019, 432-433: 202942.

[9]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.

[10]ЛИН Бин, ЧЖОУ Кун, ГУО Цзюнь и др. Влияние параметров шлифовки на температуру поверхности и поведение при горении шлифовального рельса[J]. Международная трибология, 2018, 122: 151-162.