Nyheter
0102030405
Järnvägsslipningsstrategierna
2024-10-28
Regelbunden rälslipning minskar eller tar bort rälsskador och förlänger deras livslängd, vilket är allmänt erkänt som en av de effektiva underhållsmetoderna i järnvägssystem. Baserat på beteendet hos järnvägsskador och i kombination med behoven av järnvägstransportkapacitet, utvecklas järnvägsslipningsteknik och utrustning på ett mångsidigt och diversifierat sätt. Huvudstrategierna för rälslipning inkluderar förslipning, förebyggande slipning och reparationsslipning.
Förslipning. Under varmvalsningsprocessen av räls intensifierar höga temperaturer oxidationen av kol- och järnelement på rälsens yta. När oxidationshastigheten för kol är högre än järns, omvandlas en del av cementiten i perlit till ferrit, vilket leder till bildandet av ett avkolningsskikt, som visas i Fig.1. Hårdheten, styrkan och slitstyrkan hos avkolningsskiktet på skenan är lägre än substratets [1]. Under service utbreder sig sprickor främst längs ferriten, vilket är mer sannolikt att orsaka allvarliga skador på rälsen [2]. Under byggandet av den nya linjen kan frekventa start/stopp av byggfordon lätt orsaka rälsrepor och andra problem. Rälsrepor upptäcks inte lätt av besiktningspersonal i ett tidigt skede, men friktionsvärmen mellan hjul och räls orsakar metallografisk omvandling i rälsens repade område, vilket snabbt kan utvecklas till allvarliga skador vid senare drift [3]. Därför, för konstruktion av nya linjer och läggning av nya skenor i sektioner, bör förslipning utföras efter idrifttagning och innan öppning för drift för att avlägsna avkolningsskiktet på cirka 0,2 mm på ytan och skadorna som orsakats av byggprocessen. För linjer som redan har tagits i drift krävs att förslipningen är klar innan den passerar en total massa på 10 Mt.
Fig. 1.Avkolningsskiktet på rälshuvudet.
Förebyggande slipning. För allvarliga defekter som korrugering, delaminering, lateral nötning och krossning är det nödvändigt att använda ett större slipdjup för att ta bort defekterna och samtidigt korrigera och reparera rälsprofilen. Vid denna tidpunkt är mängden rälsmaterial som tas bort och slipdjupet stora, och denna slipstrategi kallas reparativ slipning. På grund av slitagetoleransen hos skenöverdelen har frekvensen av skenbyten ökat under reparationsslipning, vilket resulterar i dålig slipekonomi.
Kina har fastställt tydliga bestämmelser om reparationsslipning av järnvägstransitlinjer: (a) Reparationsslipning bör välja lämplig sliputrustning och driftsparametrar baserat på egenskaperna hos rälsdefekter, ta bort rälsdefekter och reparera rälsprofiler; (b) I vanliga linjer, för defekter som vågslipningsdjup eller fettkantsbredd som överstiger 0,3 mm, bör reparationsslipning i rätt tid organiseras; (c) På höghastighetståg, när det skakar höghastighetståg, larm för sidoacceleration av tvärramen, dålig ljusremsa i sektioner, fiskfjälldjup på växelbanan som når 0,5 mm, spårkollisionsreaktionsindex som överstiger förvaltningsvärdet, eller rälsfel som når åtgärdsgränsen, bör reparera rälsen och slipning i rätt tid organiseras.
Reparera slipning. Rälsen utsätts för periodiska belastningar från hjulen och det rullande kontaktutmattningsskiktet (RCF) bildas på skenans yta på grund av "spärreffekten" [4,5]. I det rullande kontaktutmattningsskiktet ökar rälsmaterialets hårdhet och sprödhet avsevärt, och mikrostrukturen visar en ökning i dislokationsdensitet och mikrosprickinitiering[5]. Den laterala och longitudinella utbredningen av mikrosprickor kan orsaka skador såsom delaminering och rälsbrott i räls [1]. I sprickutvecklingscykeln (kärnbildning, initiering och förökning) står kärnbildning och initieringstid för en stor andel. Slipning utförs vanligtvis när sprickutbredningsdjupet inte överstiger 0,2 mm, vilket är den bästa tiden för att blockera utbredningen av rälssprickor och undvika ytterligare försämring av skenan, enligt fig. 2. Baserat på mekanismen för utmattning av rullkontakt på räls yta och lagen om sprickutbredning, föreslås en förebyggande slipstrategi, som innebär att regelbundet avlägsna rullkontaktens utmattningsskikt på räls yta. Förebyggande slipning har ett mindre slipdjup, vilket är mer gynnsamt för att förlänga rälsens livslängd och har bättre slipekonomi jämfört med reparationsslipning.
China Railway Corporation har lagt fram tydliga krav för implementering av förebyggande slipning av järnvägsräls. (a) För höghastighetsjärnvägar bör förebyggande slipning utföras var 30-50:e Mt totalvikt, med ett slipintervall på högst 2 år. (b) För raka och krökta sektioner med stor radie (>1200 m) av vanliga hastighetslinjer utförs vanligtvis en slipprocess en gång för en totalvikt av 100 Mt; för sektioner med liten radie ( 
Utvecklingslagen för räls livslängd under olika slipstrategier visas i fig. 2, och resultaten indikerar att slipning effektivt kan förlänga räls livslängd. Enligt rapporter är sannolikheten för att defekter ska uppstå på rälsens yta efter icke-slipning, reparationsslipning och förebyggande slipning 15 %, 8 % respektive 4 % [6], vilket indikerar att förebyggande slipning har en betydande fördel när det gäller att minska sannolikheten för rälsdefekter. Dessutom har förebyggande slipmaterial en mindre borttagningstjocklek, vilket avsevärt kan förlänga räls livslängd jämfört med reparationsslipning. Under den svåra situationen med snabb ekonomisk utveckling och brådskande efterfrågan på transportkapaciteten för Kinas järnvägstransitering, kan antagandet av förebyggande slipning effektivt förlänga järnvägsersättningscykeln och ha högre slipekonomi. Förutsägande förebyggande slipning är den vanliga utvecklingsriktningen för framtida rälslipningsteknik.
Fig.2.Utbredningsbeteendet för rullande kontaktsprickor
Fig.3.Förhållandet mellan slipstrategier och livslängd för räls
[1] ZHAO Xiangji, GUO Jun, WANG Hengyu, et al. Effekter av avkolning på slitstyrkan och skademekanismerna för räls med förbehåll för kontaktutmattning[J]. Wear, 2016, 364-365:130-143.
[2] ZHAO Xiangji, WANG Hengyu, Guo Jun, et al. Effekten av avkolat skikt på utmattning av rälsmaterial i rullkontakt under torr-våta förhållanden[J]. Engineering Failure Analysis, 2018, 91: 58-71.
[3] LIU Fengshou, LI Chuang, TIAN Changhai. Forskning om tidiga skador på kinesiska höghastighetsjärnvägar. Järnvägsteknik, 2018, 58(1): 138-140.
[4] Reza Masoudi Nejad, Shariati Mahmoud, Farhangdoost Khalil. Effekt av slitage på rullande kontaktutmattning spricktillväxt i räls[J]. Tribology International, 2016, 94: 118-13.
[5] HU Yue, ZHOU Lang, DING Haohao, et al. Mikrostruktur Evolution av Järnvägs Pearlitic Wheel s under Rullande-glidande kontaktbelastning[J]. Tribology International, 2021, 154: 106685.
[6] ZAREMBSKI Allan M., PALESE Joseph. Minskar rälslipning rälsdefekter[J]. Railway Track&Structure, 2011, 107(2): 32-35.