กลยุทธ์การบดราง

28 ตุลาคม 2024

การลับรางอย่างสม่ำเสมอช่วยลดหรือขจัดความเสียหายของรางและยืดอายุการใช้งาน ซึ่งได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางว่าเป็นหนึ่งในวิธีการบำรุงรักษาที่มีประสิทธิภาพในระบบขนส่งทางราง เทคโนโลยีและอุปกรณ์การลับรางกำลังพัฒนาไปในหลายระดับและหลากหลายรูปแบบ โดยพิจารณาจากลักษณะความเสียหายของรางและความต้องการด้านกำลังการขนส่งทางรถไฟ กลยุทธ์หลักในการลับราง ได้แก่ การลับก่อนใช้งาน การลับเพื่อป้องกัน และการลับเพื่อซ่อมแซม

การบดเบื้องต้นในระหว่างกระบวนการรีดร้อนของรางรถไฟ อุณหภูมิสูงจะเร่งการออกซิเดชันของธาตุคาร์บอนและเหล็กบนพื้นผิวของราง เมื่ออัตราการออกซิเดชันของคาร์บอนมากกว่าของเหล็ก ซีเมนต์ไทต์บางส่วนในเพิร์ลไลต์จะเปลี่ยนเป็นเฟอร์ไรต์ ทำให้เกิดชั้นดีคาร์บูไรเซชัน ดังแสดงในรูปที่ 1 ความแข็ง ความแข็งแรง และความต้านทานการสึกหรอของชั้นดีคาร์บูไรเซชันบนรางจะต่ำกว่าของพื้นผิว [1] ในระหว่างการใช้งาน รอยแตกส่วนใหญ่จะแพร่กระจายไปตามเฟอร์ไรต์ ซึ่งมีแนวโน้มที่จะก่อให้เกิดความเสียหายร้ายแรงต่อราง [2] ในระหว่างการก่อสร้างเส้นทางใหม่ การออกตัว/หยุดบ่อยครั้งของยานพาหนะก่อสร้างอาจทำให้เกิดรอยขีดข่วนบนรางและปัญหาอื่นๆ ได้ง่าย รอยขีดข่วนบนรางนั้นตรวจไม่พบได้ง่ายโดยเจ้าหน้าที่ตรวจสอบในระยะแรก แต่ความร้อนจากการเสียดสีระหว่างล้อและรางจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางโลหะวิทยาในบริเวณที่เกิดรอยขีดข่วนบนราง ซึ่งสามารถพัฒนาไปสู่ความเสียหายร้ายแรงได้อย่างรวดเร็วในระหว่างการใช้งานในภายหลัง [3] ดังนั้น สำหรับการก่อสร้างเส้นทางใหม่และการวางรางใหม่เป็นช่วงๆ ควรดำเนินการเจียรผิวเบื้องต้นหลังจากการทดสอบระบบและก่อนเปิดใช้งาน เพื่อกำจัดชั้นคาร์บอนที่เสื่อมสภาพประมาณ 0.2 มิลลิเมตรบนพื้นผิวและความเสียหายที่เกิดจากกระบวนการก่อสร้าง สำหรับเส้นทางที่เปิดใช้งานแล้ว จำเป็นต้องดำเนินการเจียรผิวเบื้องต้นให้เสร็จสิ้นก่อนที่จะมีมวลรวมผ่านถึง 10 ตัน

รูปที่ 1. ชั้นลดคาร์บอนบนหัวรางรถไฟ

การเจียรป้องกันสำหรับความเสียหายร้ายแรง เช่น การเป็นคลื่น การแยกชั้น การสึกหรอตามด้านข้าง และการยุบตัว จำเป็นต้องใช้ความลึกในการเจียรที่มากขึ้นเพื่อขจัดความเสียหาย และในขณะเดียวกันก็แก้ไขและซ่อมแซมรูปทรงของราง ในขั้นตอนนี้ ปริมาณวัสดุรางที่ถูกขจัดออกและความลึกของการเจียรจะมีมาก และกลยุทธ์การเจียรนี้เรียกว่าการเจียรซ่อมแซม เนื่องจากค่าความคลาดเคลื่อนของการสึกหรอที่ออกแบบไว้ของส่วนบนของราง ความถี่ในการเปลี่ยนรางจึงเพิ่มขึ้นในระหว่างการเจียรซ่อมแซม ส่งผลให้ความคุ้มค่าในการเจียรลดลง

ประเทศจีนได้กำหนดระเบียบที่ชัดเจนเกี่ยวกับการซ่อมแซมและเจียรรางรถไฟ ดังนี้: (ก) การซ่อมแซมและเจียรรางควรเลือกอุปกรณ์เจียรและพารามิเตอร์การทำงานที่เหมาะสมตามลักษณะของข้อบกพร่องของราง กำจัดข้อบกพร่องของราง และซ่อมแซมรูปทรงของราง (ข) ในเส้นทางรถไฟทั่วไป สำหรับข้อบกพร่อง เช่น ความลึกของการเจียรเป็นคลื่นหรือความกว้างของขอบที่หนาเกิน 0.3 มม. ควรจัดให้มีการซ่อมแซมและเจียรรางอย่างทันท่วงที (ค) ในเส้นทางรถไฟความเร็วสูง เมื่อมีการสั่นสะเทือนของรถไฟความเร็วสูง สัญญาณเตือนความเร่งด้านข้างของโครงสร้างขวาง แถบแสงไม่ดีในส่วนต่างๆ ความลึกของเกล็ดปลาของรางสับเปลี่ยนถึง 0.5 มม. ดัชนีการตอบสนองต่อแรงกระแทกของรางเกินค่าการจัดการ หรือข้อบกพร่องของรางถึงขีดจำกัดการแก้ไข ควรจัดให้มีการซ่อมแซมและเจียรรางอย่างทันท่วงที

การซ่อมแซมการเจียรรางรถไฟได้รับแรงกระทำเป็นระยะจากล้อ และชั้นความล้าจากการสัมผัสแบบหมุน (RCF) จะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของรางเนื่องจาก "ผลของกลไกเฟือง" [4,5] ในชั้นความล้าจากการสัมผัสแบบหมุน ความแข็งและความเปราะของวัสดุรางจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก และโครงสร้างจุลภาคจะแสดงให้เห็นถึงความหนาแน่นของดิสโลเคชันที่เพิ่มขึ้นและการเริ่มต้นของรอยแตกขนาดเล็ก [5] การแพร่กระจายของรอยแตกขนาดเล็กในแนวด้านข้างและแนวยาวอาจทำให้เกิดความเสียหาย เช่น การแยกชั้นและการแตกหักของราง [1] ในวงจรการพัฒนาของรอยแตก (การเกิดนิวเคลียส การเริ่มต้น และการแพร่กระจาย) เวลาในการเกิดนิวเคลียสและการเริ่มต้นคิดเป็นสัดส่วนมาก การเจียรจะดำเนินการเมื่อความลึกของการแพร่กระจายของรอยแตกไม่เกิน 0.2 มม. ซึ่งเป็นเวลาที่ดีที่สุดในการปิดกั้นการแพร่กระจายของรอยแตกในรางและหลีกเลี่ยงการเสื่อมสภาพของรางต่อไป ดังแสดงในรูปที่ 2 จากกลไกการเกิดความล้าจากการสัมผัสแบบหมุนบนผิวรางและการแพร่กระจายของรอยแตก จึงได้เสนอแนวทางการเจียรป้องกัน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการกำจัดชั้นความล้าจากการสัมผัสแบบหมุนบนผิวรางอย่างสม่ำเสมอ การเจียรป้องกันมีระดับความลึกในการเจียรน้อยกว่า ซึ่งเอื้อต่อการยืดอายุการใช้งานของรางและมีประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจที่ดีกว่าเมื่อเทียบกับการเจียรซ่อมแซม

บริษัทการรถไฟแห่งประเทศจีนได้กำหนดข้อกำหนดที่ชัดเจนสำหรับการดำเนินการขัดรางรถไฟเพื่อป้องกันการสึกหรอ (ก) สำหรับรถไฟความเร็วสูง ควรทำการขัดรางเพื่อป้องกันการสึกหรอทุกๆ 30-50 ตันของน้ำหนักรวม โดยมีช่วงเวลาการขัดไม่เกิน 2 ปี (ข) สำหรับส่วนทางตรงและส่วนโค้งรัศมีขนาดใหญ่ (>1200 ม.) ของเส้นทางรถไฟความเร็วปกติ โดยทั่วไปจะทำการขัดรางหนึ่งครั้งเมื่อน้ำหนักรวมถึง 100 ตัน สำหรับส่วนโค้งรัศมีขนาดเล็ก (

กฎวิวัฒนาการของอายุการใช้งานของรางภายใต้กลยุทธ์การเจียรที่แตกต่างกันแสดงในรูปที่ 2 และผลลัพธ์บ่งชี้ว่าการเจียรสามารถยืดอายุการใช้งานของรางได้อย่างมีประสิทธิภาพ จากรายงาน ความน่าจะเป็นของการเกิดข้อบกพร่องบนพื้นผิวของรางหลังจากการไม่เจียร การเจียรเพื่อซ่อมแซม และการเจียรเพื่อป้องกัน คือ 15%, 8% และ 4% ตามลำดับ [6] ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการเจียรเพื่อป้องกันมีข้อได้เปรียบอย่างมากในการลดความน่าจะเป็นของข้อบกพร่องของราง นอกจากนี้ วัสดุที่ใช้ในการเจียรเพื่อป้องกันมีความหนาในการกำจัดน้อยกว่า ซึ่งสามารถยืดอายุการใช้งานของรางได้อย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับการเจียรเพื่อซ่อมแซม ภายใต้สถานการณ์ที่รุนแรงของการพัฒนาเศรษฐกิจอย่างรวดเร็วและความต้องการเร่งด่วนสำหรับกำลังการขนส่งทางรางของจีน การใช้การเจียรเพื่อป้องกันสามารถยืดวงจรการเปลี่ยนรางได้อย่างมีประสิทธิภาพและมีต้นทุนการเจียรที่สูงขึ้น การเจียรเพื่อป้องกันแบบคาดการณ์ล่วงหน้าเป็นทิศทางการพัฒนาหลักของเทคโนโลยีการเจียรรางในอนาคต

รูปที่ 2. พฤติกรรมการแพร่กระจายของรอยแตกจากความล้าจากการสัมผัสแบบหมุน

รูปที่ 3. ความสัมพันธ์ระหว่างกลยุทธ์การเจียรรางและอายุการใช้งานของราง

[1] ZHAO Xiangji, GUO Jun, WANG Hengyu และคณะ ผลกระทบของการลดคาร์บอนต่อความต้านทานการสึกหรอและกลไกความเสียหายของรางภายใต้ความล้าจากการสัมผัส[J]. Wear, 2016, 364-365:130-143

[2] ZHAO Xiangji, WANG Hengyu, Guo Jun และคณะ ผลของชั้นลดคาร์บอนต่อความล้าจากการสัมผัสแบบหมุนของวัสดุรางภายใต้สภาวะแห้ง-เปียก[J] การวิเคราะห์ความล้มเหลวทางวิศวกรรม, 2018, 91: 58-71

[3] LIU Fengshou, LI Chuang, TIAN Changhai. การวิจัยเกี่ยวกับความเสียหายเบื้องต้นของรางรถไฟความเร็วสูงของจีน วิศวกรรมรถไฟ, 2018, 58(1): 138-140

[4] Reza Masoudi Nejad, Shariati Mahmoud, Farhangdoost Khalil. ผลกระทบของการสึกหรอต่อการเติบโตของรอยแตกจากความล้าจากการสัมผัสแบบหมุนในราง[J]. Tribology International, 2016, 94: 118-13.

[5] HU Yue, ZHOU Lang, DING Haohao และคณะ วิวัฒนาการโครงสร้างจุลภาคของล้อรถไฟเพิร์ลไลต์ภายใต้การรับน้ำหนักสัมผัสแบบกลิ้ง-เลื่อน[J]. Tribology International, 2021, 154: 106685

[6] ZAREMBSKI Allan M., PALESE Joseph. การเจียรางช่วยลดข้อบกพร่องของรางหรือไม่[J]. รางรถไฟและโครงสร้าง, 2011, 107(2): 32-35.