ความท้าทายในการกำหนดตำแหน่งของหินเจียร

จากการทบทวนสถานะการวิจัยหินลับมีดในปัจจุบันจากแง่มุมต่างๆ เช่น การขึ้นรูปหินลับมีด (วัตถุดิบและกระบวนการ) วิธีการประเมินประสิทธิภาพของหินลับมีด รอยไหม้บนรางรถไฟ ฯลฯ สรุปได้ว่า การออกแบบและการผลิตหินลับมีดนั้นเป็นความท้าทายทางเทคนิคที่ซับซ้อนซึ่งเกี่ยวข้องกับหลายสาขาวิชา (กลศาสตร์ วัสดุ ฯลฯ) และหลายปัจจัย (ส่วนประกอบ กระบวนการ ส่วนต่อประสาน สภาพการทำงาน ฯลฯ) ดังนั้น ต่อไปนี้เป็นการสรุปความยากลำบากและความท้าทายที่พบในกระบวนการวิจัยและพัฒนาหินลับมีดจากสามด้าน ได้แก่ การขึ้นรูปหินลับมีด พฤติกรรมของส่วนต่อประสานระหว่างหินลับมีดกับรางรถไฟ และการประเมินประสิทธิภาพของหินลับมีด (รูปที่ 1) โดยมีจุดประสงค์เพื่อให้ข้อมูลอ้างอิงสำหรับนักวิทยาศาสตร์และผู้ปฏิบัติงานที่เกี่ยวข้อง

(1) การขึ้นรูปหินโม่

ประสิทธิภาพของหินลับมีดได้รับผลกระทบจากส่วนประกอบ (เรซิน สารตัวเติม สารขัดถู ฯลฯ) กระบวนการขึ้นรูป (การผสม การอบ ฯลฯ) โครงสร้าง (ความพรุนและขนาดรูพรุน ความเข้มข้นของสารขัดถู ฯลฯ) และความแข็งแรงของการยึดเกาะระหว่างส่วนประกอบต่างชนิด (เรซิน/สารขัดถู เรซิน/สารตัวเติม ฯลฯ) และปัจจัยอื่นๆ ดังแสดงในรูปที่ 1 (ก) ปัจจุบัน กลไกการยึดเกาะระหว่างส่วนประกอบต่างชนิดของระบบสารขัดถูยังไม่ชัดเจน กลไกการควบคุมความเหนียวในการยึดเกาะ ความทนทานต่อความร้อน และความทนทานต่อการสึกหรอของสารตัวเติมขนาดไมโคร/นาโนยังต้องการการศึกษาเพิ่มเติม โครงสร้างหินขัดที่ซับซ้อนและคุณสมบัติทางกายภาพและเคมี รวมถึงกลไกที่มีผลต่อประสิทธิภาพการใช้งานของหินขัดยังไม่ชัดเจน ความยากลำบากทางวิทยาศาสตร์และเทคนิคข้างต้นทำให้การควบคุมประสิทธิภาพของหินลับมีดเป็นไปได้ยาก

หยวน หยงเจี๋ย [1] ใช้ Abaqus และ Python ในการสร้างแบบจำลองหินโม่เสมือนจริง และดำเนินการวิจัยที่เกี่ยวข้องกับหินโม่โดยใช้วิธีการคำนวณองค์ประกอบจำกัด ซึ่งเป็นแรงบันดาลใจสำคัญสำหรับการออกแบบหินโม่ที่มีตัวแปรและกระบวนการที่ซับซ้อนมากขึ้น ดังนั้นในอนาคต เราสามารถใช้องค์ประกอบจำกัดและวิธีการอื่นๆ ในการสร้างแบบจำลองหินโม่ได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ และสร้างความสัมพันธ์การตอบสนองร่วมกันที่ละเอียดขึ้นระหว่างปัจจัยต่างๆ เพื่อเป็นแนวทางในการออกแบบหินโม่ และแบบจำลองนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วด้วยข้อมูลการทดลองพื้นฐานจำนวนมาก

(2) พฤติกรรมของส่วนต่อประสานระหว่างหินขัด/ราง

รูปทรงและทิศทางการจัดเรียงตัวของเม็ดขัดมีความสุ่ม ส่งผลให้มุมด้านหน้าของกระบวนการขัด (การเลื่อน การไถ การตัด) มีความแตกต่างกันมาก และด้วยเหตุนี้ บทบาทของเม็ดขัดแต่ละเม็ดที่มีต่อพฤติกรรมของวัสดุรางรถไฟ (แรงทางกล อุณหภูมิการขัด ฯลฯ) จึงเป็นแบบสุ่มเช่นกัน ส่งผลให้กลไกการชำรุดของหินขัดและคุณภาพพื้นผิวของรางรถไฟมีความแตกต่างกัน ในอุดมคติแล้ว: เม็ดขัดจะเกิดกระบวนการลับคมตัวเองหลังจากผ่านการขัดถูหลายรอบ ทำให้ประสิทธิภาพการตัดเต็มที่อยู่ การสึกหรอและการหลุดลอกของสารยึดเกาะทำให้เม็ดขัดที่เกิดการแพสซิเวชันหลุดออกไป ทำให้หินขัดลับคมตัวเอง แต่หากการสึกหรอของสารยึดเกาะมากเกินไป จะทำให้เม็ดขัดหลุดลอกก่อนกำหนด อัตราการใช้งานของเม็ดขัดลดลง ความต้านทานการสึกหรอของหินขัดลดลง และอายุการใช้งานสั้นลง ดังนั้น การสึกหรอและการลับคมตัวเองของหินขัดต้องอยู่ในสภาวะสมดุล เพื่อให้หินขัดมีทั้งประสิทธิภาพการตัดที่แข็งแกร่งและอายุการใช้งานที่ยาวนาน ในขณะเดียวกัน การสึกหรอของหินเจียรส่งผลโดยตรงต่อสภาพคมตัดและมุมตัด ซึ่งส่งผลต่อความร้อนในกระบวนการเจียรและคุณภาพพื้นผิวรางรถไฟ ดังนั้นจึงเห็นได้ว่าในกระบวนการเจียรรางรถไฟ ภายใต้การเชื่อมโยงทางความร้อนและกลไกของพื้นผิวระหว่างหินเจียรกับราง การขจัดวัสดุและความเสียหายของหินเจียรส่งผลกระทบซึ่งกันและกันและมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด ซึ่งท้ายที่สุดแล้วจะส่งผลต่อคุณภาพพื้นผิวของรางรถไฟหลังการเจียร

ในปัจจุบัน กลไกการปฏิสัมพันธ์ระหว่างการกำจัดวัสดุและการชำรุดของหินลับคมในกระบวนการลับรางรถไฟและอิทธิพลที่มีต่อคุณภาพพื้นผิวของรางรถไฟยังไม่ชัดเจน ซึ่งทำให้การออกแบบหินลับคมมีความยากลำบากมากขึ้น ดังแสดงในรูปที่ 1(b) ดังนั้น การศึกษาถึงกลไกการกำจัดวัสดุในระหว่างกระบวนการลับรางรถไฟ กลไกการสึกหรอของหินลับคม การเปลี่ยนแปลงคุณภาพพื้นผิวของรางรถไฟ และการสร้างแบบจำลองความสัมพันธ์ทางกายภาพของโครงสร้างหินลับคม - คุณสมบัติทางกลของหินลับคม - ประสิทธิภาพการลับคม - กลไกการชำรุดของหินลับคม - คุณภาพพื้นผิวของรางรถไฟ จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการออกแบบและการผลิตหินลับคม

(3) การประเมินประสิทธิภาพของหินเจียร

การประเมินประสิทธิภาพของหินลับมีด (โดยเฉพาะกำลังการลับ) สูตรหินลับมีด และการออกแบบกระบวนการอย่างเป็นวิทยาศาสตร์และครอบคลุม ถือเป็นข้อมูลอ้างอิงที่สำคัญ ปัจจุบันมีวิธีการประเมินประสิทธิภาพของหินลับมีดหลายวิธี และยังขาดมาตรฐานการประเมินประสิทธิภาพของหินลับมีดที่เป็นเอกภาพ ทำให้ยากต่อการแบ่งปันผลการวิจัยที่เกี่ยวข้องกับหินลับมีด ดังแสดงในรูปที่ 1(c) ขณะเดียวกัน ปัจจุบันนักวิจัยหลายคนทำการวิจัยที่เกี่ยวข้องโดยการเตรียมหินลับมีดขนาดเต็ม ซึ่งมีขนาดใหญ่เกินไป ทำให้ไม่เอื้อต่อการวิเคราะห์และระบุลักษณะระดับมหภาค/จุลภาคในภายหลัง และไม่สามารถได้ข้อมูลการทดลองที่ละเอียดกว่า ส่งผลให้ผลการทดลองของหินลับมีดมีข้อจำกัดในการให้คำแนะนำเกี่ยวกับการควบคุมประสิทธิภาพของหินลับมีด ซึ่งลดประสิทธิภาพการวิจัยและพัฒนาหินลับมีด เพิ่มต้นทุนการวิจัย และส่งผลให้สิ้นเปลืองพลังงานและวัตถุดิบ ดังนั้น จึงสามารถนำแนวทางเทคโนโลยีการประเมินแบบหลายมิติมาใช้ในการออกแบบอุปกรณ์ประเมินหินเจียรอย่างเป็นวิทยาศาสตร์ และสร้างแนวทางการประเมินประสิทธิภาพของหินเจียรในมิติต่างๆ เพื่อวางรากฐานสำหรับการส่งเสริมการใช้หินเจียรในระบบขนส่งทางราง

มะเดื่อ.1. ปัญหาสำคัญสำหรับการพัฒนา GS

(ก) การก่อตัวของหินเจียร [2,3,1]; (ข) ความสัมพันธ์ระหว่างกลไกการกำจัดวัสดุ กลไกการสึกหรอของหินเจียร และคุณภาพพื้นผิวราง [4,5,6,7,8]; (ค) วิธีการประเมินประสิทธิภาพของหินเจียร [9,2,10]

[1] YUAN Yongjie. กลไกการควบคุมประสิทธิภาพของหินเจียรรางรถไฟที่มีโครงสร้างรูพรุน[J]. เฉิงตู: มหาวิทยาลัย Southwest Jiaotong, 2021.

[2] ZHANG Wulin. การศึกษาเกี่ยวกับกลไกการควบคุมประสิทธิภาพของหินเจียรรางรถไฟความเร็วสูงโดยใช้สารกัดกร่อนคอรันดัม[D]. เฉิงตู: มหาวิทยาลัย Southwest Jiaotong, 2021.

[3] ZHANG Pengfei, ZHANG Wulin, YUAN Yongjie และคณะ การตรวจสอบผลของความร้อนในการเจียรต่อกลไกการกำจัดวัสดุของการเจียรราง[J]. Tribology International, 2020, 147:105942

[4] JI Yuan, TIAN Changhai, PEI Dingfeng การวิเคราะห์เปรียบเทียบมาตรฐานล้อเจียรรางรถไฟของจีนและมาตรฐานสากลต่างประเทศ[J] การควบคุมคุณภาพทางรถไฟ, 2018, 46(9): 5-8

[5] ZHOU Kun, DING Haohao, WANG Wenjian และคณะ อิทธิพลของแรงดันการเจียรต่อพฤติกรรมการกำจัดวัสดุราง[J]. Tribology International, 2019, 134: 417-426

[6] ZHOU Kun, DING Haohao, WANG Ruixiang และคณะ การตรวจสอบเชิงทดลองเกี่ยวกับกลไกการกำจัดวัสดุระหว่างการเจียรรางรถไฟที่ความเร็วเดินหน้าต่างกัน[J]. Tribology International, 2020, 143: 106040

[7] ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, ZHANG Jun และคณะ การตรวจสอบผลกระทบของขนาดเม็ดขัดต่อพฤติกรรมการเจียรราง[J]. วารสารกระบวนการผลิต, 2020, 53: 388-395

[8] JOACHIM Mayer, ROBERT Engelhorn, ROSEMARIE Rot และคณะ ลักษณะการสึกหรอของสารขัดถูคอรันดัมแบบโซลเจลที่เสริมด้วยเฟสที่สอง[J] Acta Materialia, 2006, 54(13): 3605-3615

[9] XU Xiaotang. การศึกษาเกี่ยวกับกลไกการเจียรรางรถไฟความเร็วสูง[D]. เฉิงตู: มหาวิทยาลัย Southwest Jiaotong, 2016.

[10] XU Xiaotang, WANG Hengyu, WU Lei และคณะ การศึกษาเชิงทดลองเกี่ยวกับการเจียรรางรถไฟความเร็วสูงภายใต้สภาวะเปียก[J]. วิศวกรรมหล่อลื่น, 2016, 41(11): 41-44