Самоприлагодљива понашања брушења брзог шинског брушења под композитним покретима клизног ваљања

Понашање самоприлагодљивог брушења шине велике брзине под покретима композитног клизног котрљања фокусирано је на оптимизацију перформанси брушења и квалитета површине. Брзе пруге, које се одликују великим радним брзинама и малим осовинским оптерећењем, често пате од замора од котрљајућег контакта [1], што доводи до ломљења површине [2-4], заморних пукотина [5,6] и лома [7,8]. Ови проблеми захтевају благовремено одржавање како би се осигуралобезбедан и поуздан рад железничких мрежа. Традиционалне технике брушења шина имају за циљ да отклоне дубоко укорењене дефекте, али често резултирају неефикасношћу, продуженим временом одржавања и термичким оштећењем. Брушење велике брзине (ХСГ) се појавило као ефикасна алтернатива, нудећи веће брзине млевења (60–80 км/х) и смањене „прозоре за одржавање“. За разлику од конвенционалног брушења, ХСГ ради кроз композитне покрете клизног котрљања, покретане силама трења између брусних точкова (ГВ) и површине шине [9]. Овај јединствени механизам омогућава и уклањање материјала и абразивно самооштрење. Међутим, интеракција између клизних и котрљајућих покрета је недовољно истражена, ограничавајући потенцијал ХСГ-а за оптимизацију одржавања шина. У овом раду је коришћена кућна ХСГ тестна опрема за симулацију услова млевења на лицу места. Експерименти су спроведени под различитим контактним угловима (30°, 45° и 60°) и оптерећењима млевења (500 Н, 700 Н и 900 Н) [10, 11].

1. Однос Слиде-ролл.Резултати показују да композитни покрети клизећи и котрљају играју кључну улогу у утицају на понашање брушења. Однос клизног ваљања (СРР), дефинисан као однос брзине клизања и брзине котрљања, као што је приказано на слици 1, повећавао се и са контактним углом и са оптерећењем при млевењу, што је интуитивно одражавало промене у кретању композитног клизног котрљања парова за млевење. На пример, СРР је порастао са 0,18 при контактном углу од 30° на 0,81 на 60°. Овај прелазак са покрета којим доминира котрљање на равнотежу између клизања и котрљања значајно је побољшао резултате брушења. Студија је открила да контактни угао од 45° даје највећу ефикасност брушења, док контактни угао од 60° даје најбољи квалитет површине. Храпавост површине (Ра) се значајно смањује како се контактни угао повећава, са 12,9 μм на 30° на 3,5 μм на 60°, као што је приказано на Сл.4.2 до Сл.

2. ВЕЛ изазван млевењем.Током процеса млевења, услед термомеханичких ефеката спајања, укључујући висок контактни напон, повишене температуре и брзо хлађење, на површини шине долази до металуршких трансформација и пластичне деформације. Ове промене доводе до формирања кртог белог слоја за нагризање (ВЕЛ), који је склон ломљењу под цикличним напрезањима од контакта точка и шина. Сви резултати откривају да је просечна дебљина ВЕЛ мања од 8 μм, што је тање од активног ВЕЛ изазваног млевењем (~40 μм) [12, 13], као што је приказано на слици 5. Овај феномен је вероватно повезан са јединственим карактеристикама ХСГ методе. У поређењу са традиционалним активним млевењем, у ХСГ, једна абразивна честица учествује у процесу млевења само кратко време током једног циклуса окретања, чак и при великим контактним угловима. Већину времена, абразивна честица је у периоду одвођења топлоте након млевења. Ово осигурава да абразивна честица има довољно времена да одведе топлоту пре поновног укључивања у млевење, што резултира побољшаним термичким условима на интерфејсу за млевење.

3. Остаци од млевења.Анализа остатака млевења дала је додатни увид у механизме уклањања материјала, као што је приказано на сл.6 и сл.7. Крхотине попут тока и ножа, које означавају ефикасне перформансе млевења, биле су заступљеније код виших СРР. Насупрот томе, блокови и исечени остаци били су доминантни при нижим контактним угловима, што одражава неадекватне перформансе млевења. Присуство сферних остатака се повећава са оптерећењем млевења, што указује на повишене температуре млевења. Ова запажања наглашавају важност оптимизације параметара млевења ради балансирања ефикасности и термичких услова.

4. Механизам кретања клизног котрљајућег споја.Студија је такође открила динамичку интеракцију између клизних и котрљајућих покрета у процесу млевења, као што је приказано на Сл.8. Клизање је олакшало уклањање материјала са површине шине, док је котрљање побољшало избацивање крхотина и абразивно самооштрење. Ова динамичка равнотежа је неопходна за постизање ефикасног брушења са минималним термичким оштећењем. Међутим, превелик нагласак на било који од покрета може довести до субоптималних резултата: кретање којим доминира котрљање повећава храпавост површине, док кретање којим доминира клизање може резултирати смањеним абразивним обнављањем и повећаним термичким оштећењем.

5. Свеобухватна евалуација.Свеобухватне процене перформанси брушења, укључујући ефикасност брушења, храпавост површине и ВЕЛ дебљину, истакле су предности оптимизације композитних покрета клизног котрљања, као што је приказано на Сл.9. Радарске карте перформанси брушења под различитим оптерећењима и контактним угловима су показале да контактни угао од 45° обезбеђује најбољу укупну равнотежу ефикасности и квалитета. Међутим, контактни угао од 60° је доследно производио најглатке површине, што га чини идеалним за завршне пролазе брушења. Ови налази сугеришу да циљана прилагођавања параметара млевења могу ефикасно решити различита оштећења површине шине.

Ово истраживање нуди практичне импликације за одржавање шина за велике брзине. За почетне пролазе брушења, контактни угао од 45° максимизира ефикасност уклањања материјала, док угао од 60° обезбеђује врхунски квалитет површине у фазама завршне обраде. Студија наглашава важност динамичког балансирања клизних и котрљајућих покрета како би се побољшале перформансе брушења, побољшао квалитет површине и продужио век трајања брусних точкова.

У закључку, студија наглашава критичну улогу клизних и котрљајућих композитних кретања у брзом млевењу шина. Оптимизирањем пропорције клизања и котрљања, ХСГ може постићи супериорну ефикасност брушења и квалитет површине уз минимализирање термичких оштећења. Ови налази пружају теоријску основу за унапређење ХСГ технологије и практичне смернице за побољшање праксе одржавања шина.

Слика 1.Тренд варијације СРР, ЦОФ и брзине ротације са оптерећењима брушења и контактним угловима.

Слика 2.Ефикасност брушења под различитим контактним угловима и оптерећењима брушења.

Слика 3.Морфологије површине шинских узорака под различитим контактним угловима и оптерећењима при млевењу.

Слика 4.Храпавост површине и3Д морфологијеузорака шина под различитим контактним угловима и оптерећењима при млевењу.

Слика 5.Оптички и СЕМ металографски снимци пресека шинских узорака.

Слика 6.Врста и пропорцијакрхотине од млевењапод различитим контактним угловима и оптерећењима при млевењу.

Слика 7.СЕМ слике и ЕДС спектри за различите врсте отпадака за млевење.

Слика 8.Шематски дијаграм утицаја композитног кретања клизног котрљања на ХСГ.

Овај рад је објављен у часопису Јоурнал оф Трибологи Интернатионал.

Референце

[1] Фан В, Ву Ц, Ву З, ет ал. Статички контактни механизам између назубљеног контактног точка и шине код брушења шина са абразивном траком [Ј]. Часопис за производне процесе, 2022, 84: 1229-1245.

[2] Цхенг ЗН, Зхоу И, Ли ПЈ, ет ал. Ширење прслине и механизам за ломљење површине шине заснован на перидинамици[Ј]. Јоурнал оф Тонгји Университи, 2023, 51(6): 912-922.

[3] Ванг ЈН, Гуо Кс, Јинг Л, ет ал. Симулације коначних елемената одзива на удар точак-шина изазваног ломљењем газећег слоја точкова брзих возова [Ј]. Екплосион анд Схоцк Вавес, 2022, 42(4): 045103-1-045103-15.

[4] Хуа Ј, Лиу Ј, Лиу Ф, ет ал. Студија о оштећењу траке од ВЕА хабања и ломљењу од замора материјала шине У71МнГ третманом ласерског гашења [Ј]. Трибологи Интернатионал, 2022, 175: 107811.

[5] Беноит Д, Салима Б, Марион Р. Мултисцале карактеризација иницијације контроле главе на шинама под замором контакта котрљања: механичка и микроструктурна анализа [Ј]. Веар, 2016, 366: 383-391.

[6] Шур ЕА, Бортс АИ, Базанова ЛВ, ет ал. Одређивање брзине раста заморне прслине и времена у шинама коришћењем макролинија замора [Ј]. Руска металургија (метал), 2020, 2020: 477-482.

[7] Ал-Јубоори А, Зху Х, Ли Х, ет ал. Микроструктурно испитивање лома шине повезаног са дефектима у чучњу [Ј]. Анализа инжењерских грешака, 2023, 151: 107411.

[8] Масоуди Нејад Р, Фархангдоост К, Схариати М. Микроструктурна анализа и понашање лома услед замора шинског челика [Ј]. Механика напредних материјала и конструкција, 2020, 27(2): 152-164.

[9] Вон Диест К, Пусцхел А. Велика брзина брушења-смањење буке од железнице кроз редовно брушење шина без прекида саобраћаја[Ц]//ИНТЕР-НОИСЕ и НОИСЕ-ЦОН Конгресни и конференцијски ПроцеединГВ. Институт за инжењерство за контролу буке, 2013, 247(2): 5206-5212.

[10] Вон Диест К, Ферраротти Г, Кик В, ет ал. Анализа хабања брзобрусног возила ХСГ-2: валидација, симулација и поређење са мерењима[М]//Динамицс оф Вехицлес он Роадс анд Трацкс Вол 2. ЦРЦ Пресс, 2017: 925-930.

[11] Вон Диест К, Пусцхел А. Велика брзина брушења-смањење буке од железнице кроз редовно брушење шина без прекида саобраћаја[Ц]//ИНТЕР-НОИСЕ и НОИСЕ-ЦОН конгресни и конференцијски зборник ГВ. Институт за инжењерство за контролу буке, 2013, 247(2): 5206-5212.

[12] Месаритис М, Санта ЈФ, Молина ЛФ, ет ал. Процена брушења након поља различитих класа шина у лабораторијским тестовима пуне скале точак/шина [Ј]. Трибологи Интернатионал, 2023, 177: 107980.

[13] Расмуссен ЦЈ, Фӕстер С, Дхар С, ет ал. Формирање површинских пукотина на шинама при брушењу индукованих мартензитних белих слојева јеткања [Ј]. Веар, 2017, 384: 8-14.