Sjelljet e bluarjes vetë-përshtatëse të bluarjes së hekurudhave me shpejtësi të lartë nën lëvizjet e përbëra me rrotullim rrëshqitës

Sjelljet e bluarjes vetë-përshtatëse të hekurudhës me shpejtësi të lartë nën lëvizjet e përbëra me rrëshqitje-rrokullisje fokusohen në optimizimin e performancës së bluarjes dhe cilësisë së sipërfaqes. Hekurudhat me shpejtësi të lartë, të karakterizuara nga shpejtësi të larta operacionale dhe ngarkesa të lehta boshtore, shpesh vuajnë nga lodhja e kontaktit në rrotullim [1], e cila çon në copëtim të sipërfaqes [2-4], çarje të lodhjes [5,6] dhe thyerje [7,8]. Këto çështje kërkojnë mirëmbajtje në kohë për të siguruarfunksionimin e sigurt dhe të besueshëm të rrjeteve hekurudhore. Teknikat tradicionale të bluarjes së hekurudhave synojnë të adresojnë defektet e thella, por shpesh rezultojnë në joefikasitet, kohë të zgjatura mirëmbajtjeje dhe dëmtime termike. Bluarja me shpejtësi të lartë (HSG) është shfaqur si një alternativë efektive, duke ofruar shpejtësi më të larta bluarjeje (60–80 km/h) dhe reduktuar "dritaret e mirëmbajtjes". Ndryshe nga bluarja konvencionale, HSG vepron përmes lëvizjeve të përbëra rrëshqitëse-rrotulluese, të nxitura nga forcat e fërkimit midis rrotave bluarëse (GWs) dhe sipërfaqes së hekurudhës [9]. Ky mekanizëm unik mundëson heqjen e materialit dhe vetë-mprehjen gërryese. Megjithatë, ndërveprimi ndërmjet lëvizjeve rrëshqitëse dhe rrotulluese është eksploruar mjaftueshëm, duke kufizuar potencialin e HSG për optimizimin e mirëmbajtjes së hekurudhave. Në këtë punë, një pajisje testimi HSG e bërë në shtëpi u përdor për të simuluar kushtet e bluarjes në vend. Eksperimentet u kryen nën kënde të ndryshme kontakti (30°, 45° dhe 60°) dhe ngarkesa bluarëse (500 N, 700 N dhe 900 N) [10, 11].

1. Raporti i Slide-roll.Rezultatet tregojnë se lëvizjet e përbëra me rrëshqitje-rrokullisje luajnë një rol vendimtar në ndikimin e sjelljes së bluarjes. Raporti rrëshqitës-rrokullisje (SRR), i përcaktuar si raporti i shpejtësisë së rrëshqitjes me shpejtësinë e rrotullimit, siç tregohet në Fig.1, u rrit si me këndin e kontaktit ashtu edhe me ngarkesën e bluarjes, e cila reflektonte në mënyrë intuitive ndryshimet në lëvizjen e përbërë rrëshqitëse-rrokullisur të çifteve bluarëse. Për shembull, SRR u rrit nga 0,18 në një kënd kontakti 30° në 0,81 në 60°. Ky ndryshim nga lëvizja e dominuar nga rrotullimi në një ekuilibër midis rrëshqitjes dhe rrotullimit përmirësoi ndjeshëm rezultatet e bluarjes. Studimi zbuloi se një kënd kontakti 45° prodhoi efikasitetin më të lartë të bluarjes, ndërsa një kënd kontakti 60° jepte cilësinë më të mirë të sipërfaqes, vrazhdësia e sipërfaqes (Ra) u ul ndjeshëm me rritjen e këndit të kontaktit, nga 12,9 μm në 30° në 3,5 μm në 60°, siç tregohet në Fig.2 deri në Fig.

2. WEL i shkaktuar nga bluarja.Gjatë procesit të bluarjes, për shkak të efekteve të lidhjes termo-mekanike, duke përfshirë stresin e lartë të kontaktit, temperaturat e ngritura dhe ftohjen e shpejtë, në sipërfaqen e hekurudhës ndodhin transformime metalurgjike dhe deformime plastike. Këto ndryshime çojnë në formimin e një shtrese gërvishtëse të bardhë të brishtë (WEL), e cila është e prirur për t'u thyer nën streset ciklike nga kontakti i rrotës me shina. Të gjitha rezultatet tregojnë se trashësia mesatare e WEL është më e vogël se 8 μm, e cila është më e hollë se WEL e shkaktuar nga bluarja aktive (~ 40 μm) [12, 13], siç tregohet në Fig.5. Ky fenomen ka të ngjarë të lidhet me karakteristikat unike të metodës HSG, Krahasuar me bluarjen aktive tradicionale, në HSG, një grimcë e vetme gërryese përfshihet në procesin e bluarjes vetëm për një periudhë të shkurtër gjatë një cikli rrotullimi, madje edhe në kënde të larta kontakti. Për shumicën e kohës, grimca gërryese është në periudhën e shpërndarjes së nxehtësisë pas bluarjes. Kjo siguron që grimca gërryese të ketë kohë të mjaftueshme për të shpërndarë nxehtësinë përpara se të ri-angazhohet në bluarje, duke rezultuar në kushte të përmirësuara termike në ndërfaqen e bluarjes.

3. Bluarja e mbeturinave.Analiza e mbeturinave bluarëse siguroi njohuri shtesë në mekanizmat e heqjes së materialit, siç tregohet në Fig.6 dhe Fig.7. Mbeturinat në formë rrjedhje dhe në formë thike, të cilat nënkuptojnë performancën efektive të bluarjes, ishin më të përhapura në SRR më të larta. Në të kundërt, blloku dhe mbeturinat e prera ishin mbizotëruese në këndet më të ulëta të kontaktit, duke reflektuar performancën joadekuate të bluarjes. Prania e mbeturinave sferike u rrit me ngarkesat bluarëse, duke treguar temperatura të larta të bluarjes. Këto vëzhgime theksojnë rëndësinë e optimizimit të parametrave të bluarjes për të balancuar efikasitetin dhe kushtet termike.

4. Mekanizmi i lëvizjes së përbërjes rrotulluese rrëshqitëse.Studimi zbuloi gjithashtu ndërveprimin dinamik midis lëvizjeve rrëshqitëse dhe rrotulluese në procesin e bluarjes, siç tregohet në Fig.8. Rrëshqitja lehtësoi heqjen e materialit nga sipërfaqja e hekurudhës, ndërsa rrotullimi rrit shkarkimin e mbeturinave dhe vetë-mprehjen gërryese. Ky ekuilibër dinamik është thelbësor për arritjen e bluarjes efikase me dëmtime minimale termike. Megjithatë, një theksim i tepërt në secilën lëvizje mund të çojë në rezultate jo optimale: lëvizja e dominuar nga rrotullimi rrit vrazhdësinë e sipërfaqes, ndërsa lëvizja e dominuar nga rrëshqitja mund të rezultojë në reduktim të rinovimit gërryes dhe rritje të dëmtimit termik.

5. Vlerësimi gjithëpërfshirës.Vlerësimet gjithëpërfshirëse të performancës së bluarjes, duke përfshirë efikasitetin e bluarjes, vrazhdësinë e sipërfaqes dhe trashësinë e WEL, theksuan avantazhet e optimizimit të lëvizjeve të përbëra me rrëshqitje-rrokullisje, siç tregohet në Fig.9. Grafikët e radarëve të performancës së bluarjes nën ngarkesa të ndryshme dhe kënde kontakti treguan se një kënd kontakti 45° siguron ekuilibrin më të mirë të përgjithshëm të efikasitetit dhe cilësisë. Megjithatë, këndi i kontaktit 60° prodhoi vazhdimisht sipërfaqet më të lëmuara, duke e bërë atë ideale për kalimet përfundimtare të bluarjes. Këto gjetje sugjerojnë se rregullimet e synuara për parametrat e bluarjes mund të trajtojnë në mënyrë efektive dëmtimet e ndryshme të sipërfaqes së hekurudhës.

Ky hulumtim ofron implikime praktike për mirëmbajtjen e hekurudhave me shpejtësi të lartë. Për kalimet fillestare të bluarjes, një kënd kontakti 45° maksimizon efikasitetin e heqjes së materialit, ndërsa një kënd prej 60° siguron cilësi superiore të sipërfaqes në fazat e përfundimit. Studimi nënvizon rëndësinë e balancimit dinamik të lëvizjeve rrëshqitëse dhe rrotulluese për të përmirësuar performancën e bluarjes, për të përmirësuar cilësinë e sipërfaqes dhe për të zgjatur jetën e shërbimit të rrotave bluarëse.

Si përfundim, studimi thekson rolin kritik të lëvizjeve të përbëra rrëshqitëse-rrotulluese në bluarjen e hekurudhës me shpejtësi të lartë. Duke optimizuar proporcionin e veprimeve të rrëshqitjes dhe rrotullimit, HSG mund të arrijë efikasitet më të lartë bluarjeje dhe cilësi sipërfaqeje duke minimizuar dëmtimin termik. Këto gjetje ofrojnë një bazë teorike për avancimin e teknologjisë HSG dhe udhëzime praktike për përmirësimin e praktikave të mirëmbajtjes së hekurudhave.

Fig. 1.Trendi i ndryshimit të SRR, COF dhe shpejtësisë së rrotullimit me ngarkesat bluarëse dhe këndet e kontaktit.

Fig. 2.Efikasiteti i bluarjes nën kënde të ndryshme kontakti dhe ngarkesa bluarjeje.

Fig. 3.Morfologjitë e sipërfaqes së ekzemplarëve të hekurudhës nën kënde të ndryshme kontakti dhe ngarkesa bluarëse.

Fig. 4.Vrazhdësia e sipërfaqes dheMorfologjitë 3Dtë mostrave të hekurudhave nën kënde të ndryshme kontakti dhe ngarkesa bluarëse.

Fig. 5.Imazhe metalografike optike dhe SEM tërthore të ekzemplarëve të hekurudhës.

Fig. 6.Lloji dhe proporcioni ibluarje e mbeturinavenën kënde të ndryshme kontakti dhe ngarkesa bluarëse.

Fig. 7.Imazhet SEM dhe spektrat EDS për lloje të ndryshme të mbeturinave bluarëse.

Fig. 8.Diagrami skematik i efektit të lëvizjes së përbërë rrëshqitëse-rrotulluese në HSG.

Kjo punë është raportuar në Journal of Tribology International.

Referencat

[1] Fan W, Wu C, Wu Z, et al. Mekanizmi statik i kontaktit ndërmjet rrotës së kontaktit të dhëmbëzuar dhe hekurudhës në bluarje hekurudhore me rrip gërryes[J]. Journal of Manufacturing Processes, 2022, 84: 1229-1245.

[2] Cheng ZN, Zhou Y, Li PJ, etj. Përhapja e plasaritjeve dhe mekanizmi i ndarjes së sipërfaqes së hekurudhës bazuar në peridinamikën[J]. Journal of Tongji University, 2023, 51(6): 912-922.

[3] Wang JN, Guo X, Jing L, etj. Simulimet e elementeve të fundme të reagimit të goditjes së rrotave-shinës të shkaktuara nga copëtimi i shkallës së rrotave të trenave me shpejtësi të lartë[J]. Shpërthimi dhe Valët Shoku, 2022, 42 (4): 045103-1-045103-15.

[4] Hua J, Liu J, Liu F, etj. Studim mbi dëmtimin e konsumit të shiritit WEA dhe copëtimin e lodhjes të materialit hekurudhor U71MnG nga trajtimi i shuarjes me lazer[J]. Tribology International, 2022, 175: 107811.

[5] Benoît D, Salima B, Marion R. Karakterizimi në shkallë të gjerë i fillimit të kontrollit të kokës në shina nën lodhjen e kontaktit të rrotullimit: Analiza mekanike dhe mikrostrukturore [J]. Veshja, 2016, 366: 383-391.

[6] Shur EA, Borts AI, Bazanova LV, etj. Përcaktimi i shkallës dhe kohës së rritjes së plasaritjes së lodhjes në shina duke përdorur makrolinat e lodhjes[J]. Metalurgjia Ruse (Metal), 2020, 2020: 477-482.

[7] El-Juboori A, Zhu H, Li H, etj. Hetim mikrostrukturor në një dështim të thyerjes së hekurudhave të shoqëruara me defekte në squat [J]. Analiza e dështimit inxhinierik, 2023, 151: 107411.

[8] Masoudi Nejad R, Farhangdoost K, Shariati M. Analiza mikrostrukturore dhe sjellja e thyerjes së lodhjes së çelikut të hekurudhës[J]. Mekanika e materialeve dhe strukturave të avancuara, 2020, 27 (2): 152-164.

[9] Von Diest K, Puschel A. Reduktimi i zhurmës së hekurudhave me bluarje me shpejtësi të lartë nëpërmjet bluarjes së rregullt të hekurudhave pa ndërprerje të trafikut[C]//INTER-NOISE dhe NOISE-CON Kongresi dhe Procedura e KonferencësGW. Instituti i Inxhinierisë së Kontrollit të Zhurmës, 2013, 247 (2): 5206-5212.

[10] Von Diest K, Ferrarotti G, Kik W, etj. Analiza e konsumit të automjetit HSG-2 me bluarje me shpejtësi të lartë: vërtetimi, simulimi dhe krahasimi me matjet[M]//Dynamics of Vehicles on Roads and Trains Vol 2. CRC Press, 2017: 925-930.

[11] Von Diest K, Puschel A. Reduktimi i zhurmës së hekurudhave me bluarje me shpejtësi të lartë nëpërmjet bluarjes së rregullt të hekurudhave pa ndërprerje të trafikut[C]//INTER-NOISE dhe NOISE-CONgress and Conference ProceedingGW. Instituti i Inxhinierisë së Kontrollit të Zhurmës, 2013, 247 (2): 5206-5212.

[12] Mesaritis M, Santa JF, Molina LF, et al. Vlerësimi i bluarjes pas terrenit të klasave të ndryshme të hekurudhave në testet laboratorike me rrota/hekurudha në shkallë të plotë[J]. Tribology International, 2023, 177: 107980.

[13] Rasmussen CJ, Fæster S, Dhar S, et al. Formimi i çarjeve sipërfaqësore në shina në shtresat e bardha të gravurës së martensitit të shkaktuar nga bluarja[J]. Veshja, 2017, 384: 8-14.