Strukturdesign av slipsten

En av de största nackdelarna med inhemskt producerade slipstenar för närvarande är tendensen att bränna stålskenor [1]. Under processen med rälslipning är slipeffekten av slipmedel (glidning, plöjning, skärning) och friktionen mellan bindemedlet och rälsgränssnittet de huvudsakliga källorna till slipvärme [3]. Under kopplingseffekten av värme (slipvärme) och kraft (mekanisk kraft) genomgår perliten i rälsmaterialet austenitomvandling och bildar därefter martensit och ferrit under kylning, vilket resulterar i en hög hårdhet och en spröd vit lagerstruktur. Partiella sprickor kommer att fortplanta sig vid gränsen mellan det vita lagret och perlit, vilket orsakar för tidigt brott på skenan [1], som visas i figur 1 (a). Under poleringsprocessen genomgår stålskenans yta varierande grad av oxidation, vilket resulterar i olika färger på den polerade skenan. Gult, blått och lila kallas vanligtvis för "brännskador". Lin et al. [9] placerade ett semi-artificiellt termoelement i stålskenan för att övervaka temperaturen på poleringsgränssnittet i realtid under olika poleringsparametrar. De jämförde poleringstemperaturen med graden av förbränning på stålskenans yta och etablerade en relationsmodell mellan graden av bränning (färgförändring) och poleringstemperaturen, som visas i figur 1 (b). På denna grund har Zhou et al. [3] etablerade en relationsmodell mellan temperatur och tjockleken och bränningsgraden för det vita lagret under rälspolering, vilket ger en ny metod för att optimera rälspoleringsparametrar, som visas i figur 1 (c). Ovanstående forskningsresultat indikerar att optimering av slipparametrar och sänkning av slipvärme är viktiga metoder för att förbättra rälsförbränning.

Figur.1 Den slipinducerade rälsbränning och vit etsning （WEL）

Många forskare utforskar mekanismen för rälslipning ur perspektivet av slipstensdesign. Forskningsresultaten av Zhang et al. [2] indikerar att vit korundslipsten har den bästa självskärpan och den mest signifikanta slipeffekten, vilket resulterar i den högsta sliptemperaturen och den största vita lagertjockleken. Yuan et al. [4] prefabricerade en porstruktur i slipstenen, vilket är fördelaktigt för utsläpp av sliprester, minskar blockering av slipsten, sänker sliptemperaturen och förbättrar ytkvaliteten på den polerade stålskenan. Wang et al. [5] genomförde en studie om inverkan av slipstenshårdhet (N, R, P, T) på ytkvaliteten på stålskenor, och resultaten visade att tjockleken på det vita lagret ökade med ökningen av slipstenens hårdhet. Därför har rimlig reglering av slipstenens struktur (porer, slipmedelssammansättning), hårdhet etc. en positiv effekt på att förbättra rälsförbränning.

Ovanstående forskningsresultat indikerar att slipparametrar och slipstensprestanda är de två huvudfaktorerna som påverkar rälslipning. För befintliga polerfordon på sträckan är det svårt att göra betydande justeringar av driftsparametrarna på den befintliga fordonsstrukturen för att säkerställa poleringseffektiviteten. Därför är design och prestandakontroll av slipstensstruktur ett av de effektiva sätten att förbättra rälsförbränning. Wu et al. [7, 8] implanterade lödda prefabricerade diamantblock i ett visst arrangemang i slipstenen, som visas i figur 2 (a). Poleringsresultaten visar att den sammansatta slipstenen effektivt kan förbättra effektiviteten av rälspolering, minska ytjämnheten på den polerade skenan och förbättra rälsförbränning. Zhao Jinbo et al. [9] bundna CaF2 med polyetereterketon för att bilda självsmörjande fogblock, och preparerade självsmörjande slipstenar genom att placera dem i slipstensembryot, som visas i figur 2 (b). Slipresultaten visar att det självsmörjande fogblocket kontinuerligt kan släppa vid gränsytan mellan slipstenen och skenan när slipstenen slits, vilket minskar slipvärmen och förbättrar rälsförbränning. Att implantera lödda prefabricerade block, självsmörjande fogblock etc. i slipstensmatrisen resulterar i ojämn slipstensstruktur och introducerar ett gränssnitt med låg hållfasthet (slipstensmatris/implantatblockgränssnitt), vilket säkerställer de mekaniska egenskaperna (rotationshållfasthet, dynamisk balans, etc.) hos den sammansatta strukturen är en nyckelutmaning för slipstenen. Wu et al. [10] konstruerade en lödd CBN-slipskiva med en slits som visas i figur 2 (c), vilket förbättrade förbränningen av rälsarbetsstycken. Det hårdlödningsskikt som används i slipstenen har dock dålig slitstyrka under rälslipningsprocessen, och slipstenens livslängd är extremt kort. Därför har rimlig utformning/reglering av slipstensstrukturen en positiv effekt för att minska slipvärme och förbättra rälsförbränning, men det är en förutsättning som måste beaktas fullt ut för att säkerställa att slipstenen har goda fysikaliska och kemiska egenskaper och bearbetbarhet.

(a)Förställd diamantblockslipsten [7,8]

(b) Förinställd självsmörjande blockslipsten[9](c) Slitsten strukturerad slipsten [10]

Figur 2. Strukturkonstruktionen av slipsten

Hänvisning

[1]A Al-Juboori, DAVID Wexler, LI Huijun, et al. Knäböjsbildning och förekomsten av två distinkta klasser av vitt etsningsskikt på ytan av rälsstål[J]. International Journal of Fatigue, 2017, 104: 52-60.

[2]GUO Shuai, ZHAO Xiangji, HE Chenggang, et al. Effekter av slipmärken på utmattningsskador på skenor under vattenförhållanden[J]. China Mechanical Engineering, 2019, 30(08): 889-895.

[3]36[3] ZHOU Kun, DING Haohao, Steenbergen Michaël, et al. Temperaturfält och materialrespons som en funktion av rälsslipningsparametrar[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2021, 175: 12366.

[4]YUAN Yongjie, ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, et al. Porösa slipskivor för att lindra förutmattningen och öka effektiviteten för borttagning av material för rälslipning[J]. Tribology International, 2021, 154: 106692

[5]WANG Ruixiang, ZHOU Kun, YANG Jinyu, et al. Effekter av slipmaterial och hårdhet hos slipskivor på rälslipbeteenden[J]. Wear, 2020, 454-455: 203332.

[6]57[6] ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, ZHANG Jun, et al. Undersöka effekten av slipkornsstorlek på rälslipningsbeteenden[J]. Journal of Manufacturing Processes, 2020, 53: 388-395.

[7]XIAO Bing, XIAO Haozhong, XIAO Bo, et al. Slipskiva för högeffektiv rälslipning och dess tillverkningsmetod: Kina, CN 108453638 A[P]. 2018-08-28.

[8]WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong, et al. Slitageegenskaper hos lödda diamantskivor med olika sliptid[J]. Wear, 2019, 432-433: 202942.

[9]WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong, et al. Studie av slitageegenskaper hos lödd diamantplåt för räls kompositslipskiva under olika tryck[J]. Wear, 2019, 424-425: 183-192.

[10]LIN Bin, ZHOU Kun, GUO Jun, et al. Inverkan av slipparametrar på yttemperatur och förbränningsbeteende hos slipskenor[J]. Tribology International, 2018, 122: 151-162.