Správy
Stav vývoja kľúčových zariadení na brúsenie železníc
V súčasnosti je najpoužívanejší železničný systém, trhový podiel má pomerne veľký spôsob brúsenia pre technológiu aktívneho brúsenia, vysokorýchlostnú technológiu pasívneho brúsenia a technológiu mletia a brúsenia kompozitov. Sú zhrnuté nasledujúce tri typické stavy vývoja zariadenia na brúsenie koľajníc.
1.3.1 Kľúčové zariadenie na aktívne brúsenie koľajníc
Aktívna technológia brúsenia je v súčasnosti najpoužívanejšia, najväčší podiel na trhu metóda brúsenia, brúsenie modelov áut viac. Zahraničnými výrobcami brúsnych áut sú najmä Spojené štáty americkéHARSCOaSTRAPspoločnosť a švajčiarska spoločnosť SPENO a pod. Domáca technológia brúsenia koľajníc začala neskoro, po desaťročiach vývoja sú súčasnými domácimi výrobcami brúsnych automobilov hlavne Golden Eagle Heavy Construction Machinery Company Limited (Golden Eagle Heavy Industry), CNR Beijing Erqi Vehicle Company Limited (CNR Erqi), Zhuzhou CNR Times Electric Company Limited (Times Electric), China Railway Construction High-tech Equipment Company Limited a so Golden Eagle Heavy Industry (GEHI) a CNR Erqi nezávisle vyvinuli posýpacie vozidlá GMC-96X a GMC-96B zavedením technológie od HARSCO (USA) a SPENO (Švajčiarsko), ako je znázornené na obrázku 1 a obrázku 2. Posypové vozidlo GMC-48JS, nezávisle vyvinuté spoločnosťou TIME, bolo schválené na prevádzku v marci [10.20]
Obr.1GMC-96X
Obr.2GMC-96B[2]
V súčasnosti sa na rade bežne používajú modely GMC-96X (Golden Eagle Heavy Industry), GMC-96B (China Railway Erqi), PGM-48 (HARSCO, USA) a nový rad modelov GMC-48JS (Times Electric), hlavné prevádzkové parametre a prevádzkové požiadavky sú uvedené v tabuľke 1. Údaje ukazujú, že prevádzková rýchlosť brúsneho vozňa je pri kritických 3/2 km nižšia ako kritická rýchlosť 3/4 km. koľajnica Pod kritickou prevádzkovou rýchlosťou môže spôsobiť nadmerné brúsenie v miestnych oblastiach a miestne teplo brúsenia koľajnice pri nízkych rýchlostiach je aktívne náchylné na spálenie koľajnice [3]; ak je prevádzková rýchlosť príliš vysoká, nie je možné zabezpečiť ideálnu účinnosť odstraňovania. Brúsne auto určené pre maximálny prevádzkový spád 30 ‰ zvládne drvivú väčšinu údržby linkového brúsenia. Avšak pre niektoré trate s dlhým sklonom (sklon väčší ako 30 ‰), najmä železnicu Sichuan-Tibet vo výstavbe, bude koordinácia prevádzkového výkonu brúsnych vozňov a problémy s trakciou jednou z dôležitých výziev.
Tab1.Prevádzkové parametre typického vlaku na brúsenie koľajníc[2]
| Modelky | GMC-96X | GMC-96B | PGM-48 | GMC-48JS |
| Počet mlecích kameňov | 48 na každej strane | 48 na každej strane | 24 na každej strane | 24 na každej strane |
| Rýchlosť brúsenia | 3~24 km/h | 3~15 km/h | 3~24 km/h | 2~16 km/h |
| Výkon motora leštenia | 22 kW | 18,5 kW | 22 kW | 22 kW |
| Uhol brúsenia | -70°～+20° | -70°~+15° | -50°~+45° | -70°~+25° |
| Minimálny polomer krivky aktivity | 180 m | 250 m | 180 m | 180 m |
| Maximálny sklon trasy | 30‰ | |||
| Presnosť brúsenia pozdĺžnej stopy | Maximálne hodnoty amplitúdy v rozsahu 300 mm a 1000 mm sú 0,03 mm a 0,15 mm. | |||
| Drsnosť povrchu koľajnice po brúsení | Ra menej ako 10 μm; Nesmie dochádzať k nepretržitému alebo nadmernému modrému výboju | |||
1.3.2 Kľúčové vybavenie pre vysokorýchlostné pasívne brúsenie koľajníc
Vysokorýchlostný pasívny brúsny vozeň vyrába hlavne nemecká spoločnosť VOSSLOH HSG na brúsenie koľajníc, ktorý sa skladá hlavne z brúsneho vozňa a pomocného vozňa, obrázok 3. Brúsne operácie vyžadujú trakciu lokomotívy, prevádzkovú rýchlosť do 60 ~ 80 km/h; celé vozidlo 4 skupiny brúsnej jednotky spolu 96 brúsnych kameňov súčasne v prevádzkovom stave a pri rýchlosti asi 6000 otáčok za minútu pri vysokej rýchlosti otáčania, ako je znázornené na obrázku 4; každá skupina brúsnych jednotiek je vybavená 2 súpravami brúsneho rámu, prevádzkový proces brúsneho kameňa je možné dosiahnuť bez zastavenia celej skupiny rýchleho, nepretržitého otáčania, to znamená, že jedným zaťažením brúsneho kameňa môže byť nepretržité brúsenie Približne 70 km [4], ako je znázornené na obrázku 5. Počas procesu brúsenia je možné v reálnom čase sledovať množstvo brúsnych iskier, opotrebovanie brúsneho kotúča a tlak brúsenia. Po brúsení sa profil koľajnice testuje, aby sa skontroloval účinok brúsenia. Vysokorýchlostné brúsne vozidlo sa pri odstraňovaní materiálu hlavy koľajnice spolieha výlučne na odpor brúsnej súpravy, pretože brúsny kotúč nemá pohon. Preto má pracovná rýchlosť významný vplyv na pracovný účinok brúsneho vozidla. Keď vysokorýchlostný brúsny voz vykonáva brúsnu operáciu v medzistaničnej linke: vo fáze zrýchlenia výjazdu zo stanice, keď je rýchlosť vyššia ako 30 km/h, brúsny rám sa spustí a brúsna operácia sa spustí; vo fáze spomalenia vjazdu do stanice, keď je rýchlosť nižšia ako 15 km/h, sa zdvihne brúsny rám a operácia brúsenia je ukončená. Preto sa v oblasti zodpovedajúcej zrýchleniu a spomaleniu posýpacieho vozidla znižuje účinok posypu v dôsledku zníženia rýchlosti vozidla; časť plochy, ktorú nie je možné prebrúsiť z dôvodu zdvihnutia posýpacieho rámu, musí byť pri nasledujúcej operácii prekrytá vozidlom na posýpanie výhybiek v stanici.
Obr.3Vysokorýchlostné brúsne auto HSG
Obr.4Brúsna jednotka
Obr.5Štruktúra brúsneho rámu
V poslednom desaťročí sa mnohé domáce inštitúcie zaviazali k výskumu a vývoju vysokorýchlostných brúsnych automobilov. Dňa 18. júna 2021 zišiel z výrobnej linky prvý domáci prototyp inteligentného vysokorýchlostného brúsenia koľajníc na brúsenie domácich koľajníc, ktorý spoločne vyvinuli Juhozápadná univerzita Jiaotong, Vysokorýchlostná železnica Peking-Šanghaj a Univerzita Southwest Jiaotong University Railway Development Co Ltd, realizujúc pôvodnú inováciu „nula ku jednej“ [5]. Dňa 22. júla 2021 vozidlo na brúsenie koľajníc KGM-80II nezávisle preskúmané a vyvinuté spoločnosťou China Railway Construction High-Tech Equipment Co., Ltd. prešlo hodnotením a bolo schválené na skúšobnú prevádzku [6], ako je znázornené na obrázku 7. Zavedenie samovyvinutého vysokorýchlostného brúsneho vozidla má pre Čínu veľký význam, aby si uvedomila úplnú autonómiu zariadení železničného systému.
Obr.6Testovacie vozidlo vysokorýchlostného železničného inteligentného rýchleho brúsenia koľajníc Peking-Šanghaj[5]
Obr.7KGM-80II. Vagón na rýchle brúsenie koľajníc[6]
1.3.3 Kľúčové zariadenie na frézovanie a brúsenie kompozitov na brúsenie koľajníc
V súčasnosti sú vozne na frézovanie a brúsenie koľajníc hojne využívané na domácich a zahraničných železničných tratiach s ťažkým nákladom. Nemecká spoločnosť GMB, ako aj rakúska spoločnosť LINSINGER, spoločnosť MFL atď., sú hlavnými výrobcami zámorských frézovacích a brúsnych vagónov [4,7]. Obrázok 8 pre frézovací a brúsny voz SF03 firmy LINSINGER, celková dĺžka vozňa 25 m, hmotnosť vozňa 120 t, vybavený dvoma trojnápravovými podvozkami, rýchlosť samohybu do 100 km/h, maximálna prevádzková rýchlosť 0,36 ~ 1,20 km/h je vybavený dvoma súpravami brúsnych kolies, celý voz je vybavený dvoma súpravami brúsnych kolies [7,8,9]. Medzi domácich výrobcov patria najmä China Railway Times Construction Machinery Co. v Baoji a China Railway Construction High-Tech Equipment Co. Obrázok 9 zobrazuje frézovacie a brúsne vozidlo XM-1800 vyrobené spoločnosťou China Railway Construction High-Tech Equipment Corporation, ktoré má výhody vysokej prevádzkovej efektívnosti, flexibilného brúsenia, ochrany životného prostredia a menšieho rozstreku vo vnútornom orezávaní koľajníc a špeciálne brúsenie koľajnicových profilov [10]. Tabuľka 2 porovnáva hlavné parametre prevádzkového výkonu frézovacieho a brúsneho vozidla SF03 a frézovacieho a brúsneho vozidla XM-1800, čo ukazuje, že frézovacie a brúsne vozidlo XM-1800 vyvinuté v Číne dosiahlo svetovú pokročilú technickú úroveň z hľadiska efektívnosti odstraňovania materiálu a prevádzkovej presnosti.
Obr.8Frézovacie auto SF03
Obr.9 Frézovacie auto XM-1800[10]
Tab.2 Porovnania prevádzkových výkonov medzi koľajnicovým frézovacím vlakom SF03 a XM-1800
| Modelky | Frézovacie auto SFO3 | Frézovacie auto XM-1800 |
| hĺbka domácej úlohy | Povrch koľajnice 0,3~1,5 mm；Rozchodový uhol je najväčší 5,0 mm | Povrch koľajnice 0,3 ~ 1,5 mm； Uhol meradla je najväčší 5,0 mm |
| Presnosť prierezového profilu | ±0,2 mm | ±0,2 mm |
| Pozdĺžna Nie hladká presnosť | ±0,1 mm | ±0,02 mm（vlnité trenie 10 |
| Drsnosť povrchu koľajníc | 3 ~ 5 μm | ≤6 um |
1.3.4 Komplexné porovnanie výkonu hlavného zariadenia na brúsenie koľajníc
Aktívne brúsenie, vysokorýchlostné pasívne brúsenie a frézovanie a brúsenie kompozitné brúsenie tri typické porovnanie výkonu zariadenia na brúsenie koľajníc, ako je tabuľka 3. aktívne odstraňovanie brúsneho materiálu, brúsenie ľahkého pásu obálky obrys je dobrý, rýchla rýchlosť chodu, je v súčasnosti najväčší podiel na trhovom podiele prevádzky. Pre aktívne brúsenie je kľúčovým bodom vyriešenie problému popálenín koľajníc pri brúsení, aby sa zlepšila kvalita povrchu koľajnice po brúsení. Štúdie ukázali, že optimalizácia parametrov brúsenia [11,3,12], štruktúry brúsneho kotúča [13] môže účinne zlepšiť popáleniny, z ktorých vývoj vysoko výkonného aktívneho brúsneho kotúča je stredobodom budúceho výskumu.
Vysokorýchlostná rýchlosť pasívneho brúsenia, teoreticky môže byť intermodálna s bežným osobným / nákladným vozidlom, bez potreby "strešného okna", neovplyvňuje normálny prechod linky. Okrem toho vysokorýchlostné pasívne brúsenie založené na stratégii preventívneho brúsenia koľajníc navrhlo predĺžiť životnosť koľajnice s významnými výhodami. Preto má vysokorýchlostné brúsenie dôležitú konkurencieschopnosť v budúcom vývoji. Jednou z dôležitých výziev do budúcnosti je obsluha pri vysokej rýchlosti, vysokom zaťažení, silných vibráciách a iných náročných podmienkach pri splnení vysokej účinnosti, vysokej kvality a iných prevádzkových požiadaviek, aby sa zabezpečilo, že brúsny kotúč bude mať vynikajúce mechanické vlastnosti (pevnosť / húževnatosť), servisný výkon (rezný výkon, odolnosť proti opotrebeniu atď.).
Kompozitné brúsenie má významné výhody v účinnosti úberu materiálu, dokončovaní obrysov, kvalite povrchu atď. Jeho prevádzková rýchlosť je však pomalá, v budúcnosti, s rozvojom ekonomiky, je doba brúsenia extrémne stlačená, požiadavky na efektivitu operácie brúsenia sa zvyšujú, stredobodom pozornosti bude koordinácia budúcej kapacity linky a dĺžka doby brúsenia. Súčasne, aby sa zabezpečila presnosť korekcie profilu koľajnice a prevádzková efektívnosť, vývoj brúsenia koľajníc, aby odolali drsným prevádzkovým podmienkam a vysoko odolných karbidových rezných nástrojov, je tiež jedným z budúcich výskumných cieľov.
Tab.3Porovnanie troch druhov typických zariadení na brúsenie koľajníc
| Vlastnosti | Aktívne brúsenie[2,14,15] | Vysokorýchlostné pasívne brúsenie[16,15,14] | Brúsenie mlynskej zmesi[18,7,9] |
| Použiteľný režim | Predbrúsenie, preventívne brúsenie, obnovovacie brúsenie | Preventívne brúsenie | Reštauračné brúsenie |
| Rýchlosť prevádzky | 3~24 km/h | 60~80 km/h | 0.36~1.20 km/h |
| Množstvo mletia | Maximálny jednorazový čas je približne 0,2 mm | Až približne 0,1 mm až 3-krát | Maximálne 5 mm pri rozchodných uhloch Až 3 mm v hornej časti koľajnice |
| Drsnosť povrchu (Ra) | Menej ako 10 μm | Menej ako 9 μm | 3 ~ 5 μm |
| Leštenie textúry | Paralelné značky brúsenia, zhruba kolmo na pozdĺžny smer koľajnice | Textúra prepletenej sieťoviny je v uhle asi 45° ku koľajnici | Povrchová úprava je vysoká |
| Práca "Svetlík" | Byť povinný | Nevyžaduje sa | Byť povinný |
| Oprava siluety | Silueta je dobre obalená | Silueta sa nedá opraviť | Koľajnicové profily je možné presne opraviť |
| Časť mínusov | ľahko horiace koľajnice; Po brúsení sa na povrchu koľajnice ľahko vytvorí biela vrstva, čo má za následok "predúnavu" koľajnice | Vážne ochorenie na povrchu koľajnice sa nedá odstrániť a profil koľajnice sa nedá opraviť | Hriadeľ je ťažký a pracovná rýchlosť je nízka |
- YANG Changjian, WANG Jianhong, ZHU Hongjun a kol. Development of Dual-power 48 Grinding Stone Rail Grinding T China Mechanical Engineering, 2019, 3(30): 356-371.
- Ministerstvo priemyslu a elektriny Číny National Railway Group Co., Ltd. Príručka brúsenia koľajníc[M]. Peking: China Railway Publishing House Co., Ltd., 2020, 1-73.
- ZHOU Kun, DING Haohao, Steenbergen Michaël a kol. Teplotné pole a odozva materiálu ako funkcia parametrov brúsenia koľajníc[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2021, 175: 12366.
- FAN Wengang, LIU Yueming, LI Jianyong. Stav vývoja a perspektíva technológie brúsenia koľajníc pre vysokorýchlostné železnice[J]. Časopis pre strojárstvo, 2018, 54(22): 184-193.
- https://news.swjtu.edu.cn/shownews-22407.shtml/ [DB/OL]. [2021-08-13]
- http://www.crcce.com.cn/art/2021/7/27/art_5175_3372925.html/ [DB/OL]. [2021-08-15]
- LIU Ženbin. Návrh zariadenia na brúsenie koľajníc na brúsenie vlakov a výskum riadenia brúsnej sily[D]. Changsha: Central South University, 2013.
- YU Niandong, ZHANG Meng. Aplikácia SF03-FFS vozňa na frézovanie a brúsenie koľajníc[J]. Železničná technická inovácia, 1: 37-38.
- CHEN Huibo. Aplikácia železničného frézovacieho a brúsneho vozidla SF03-FFS na železnici Shuozhou-Huanghua[J]. Čínske železnice, 2013, (12): 85-88.
- http://www.crcce.com.cn/art/2018/1/30/art_5529_109.html/ [DB/OL]. [2021-08-16]
- ZHOU Kun, DING Haohao, Zhang Shuyue a kol. Modelovanie a simulácia brúsnej sily pri brúsení koľajníc s uhlom výkyvu brúsneho kameňa[J]. Tribology International, 2019, 137: 274-288.
- ZHOU Kun, DINGHAohao, WANG Wenjian a kol. Vplyv brúsneho tlaku na správanie pri odstraňovaní koľajnicového materiálu[J]. Tribology International, 2019, 134: 417-426.
- YUAN Yongjie, ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei a kol. Porézne brúsne kotúče na zmiernenie predúnavy a zvýšenie účinnosti odstraňovania materiálu pri brúsení koľajníc[J]. Tribology International, 2021, 154: 106692
- ZHOU Kun, WANG Wenjian, LIU Qiyue a kol. Pokroky výskumu mechanizmu brúsenia koľajníc[J]. China Mechanical Engineering, 2019, 30(03): 284-294.
- ZHOU Kun, DING Haohao, WANG Ruixiang a kol. Experimentálny výskum mechanizmu odstraňovania materiálu počas brúsenia koľajníc pri rôznych dopredných rýchlostiach[J]. Tribology International, 2020, 143: 106040.
- FAN Wengang, LIU Yueming, LI Jianyong. Stav vývoja a perspektíva technológie brúsenia koľajníc pre vysokorýchlostné železnice[J]. Časopis pre strojárstvo, 2018, 54(22): 184-193.
- XU Xiaotang. Štúdia o mechanizme brúsenia vysokorýchlostných koľajníc[D]. Chengdu: Juhozápadná univerzita Jiaotong, 2016.
- WILHELMKubin, DAVES Werner, STOCK Analýza frézovania koľajníc ako procesu údržby koľajníc: Simulácie a experimenty[J]. Wear, 2019, 438-439: 203029.