การออกแบบโครงสร้างของหินเจียร

ข้อเสียหลักประการหนึ่งของหินเจียรที่ผลิตในประเทศในปัจจุบันคือแนวโน้มที่จะทำให้รางเหล็กไหม้ [1] ในระหว่างกระบวนการเจียรราง ผลการเจียรของสารขัดถู (การเลื่อน การไถ การตัด) และแรงเสียดทานระหว่างสารยึดเกาะกับพื้นผิวรางเป็นแหล่งความร้อนหลักในการเจียร [3] ภายใต้ผลกระทบร่วมกันของความร้อน (ความร้อนจากการเจียร) และแรง (แรงเชิงกล) เพิร์ลไลต์ในวัสดุรางจะเกิดการเปลี่ยนแปลงเป็นออสเทนไนต์และต่อมาเกิดเป็นมาร์เทนไซต์และเฟอร์ไรต์ในระหว่างการเย็นตัว ส่งผลให้เกิดโครงสร้างชั้นสีขาวที่มีความแข็งสูงและเปราะ รอยแตกบางส่วนจะแพร่กระจายที่ขอบเขตระหว่างชั้นสีขาวและเพิร์ลไลต์ ทำให้รางเสียหายก่อนกำหนด [1] ดังแสดงในรูปที่ 1 (ก) ในระหว่างกระบวนการขัดเงา พื้นผิวของรางเหล็กจะเกิดการออกซิเดชันในระดับต่างๆ ส่งผลให้รางที่ขัดเงามีสีต่างกัน สีเหลือง สีน้ำเงิน และสีม่วง มักเรียกว่า "ไหม้" Lin et al. [9] ได้ติดตั้งเทอร์โมคัปเปิลแบบกึ่งเทียมไว้ในรางเหล็กเพื่อตรวจสอบอุณหภูมิของพื้นผิวการขัดเงาแบบเรียลไทม์ภายใต้พารามิเตอร์การขัดเงาที่แตกต่างกัน พวกเขาเปรียบเทียบอุณหภูมิการขัดเงากับระดับการไหม้บนพื้นผิวของรางเหล็กและสร้างแบบจำลองความสัมพันธ์ระหว่างระดับการไหม้ (การเปลี่ยนสี) กับอุณหภูมิการขัดเงา ดังแสดงในรูปที่ 1 (b) บนพื้นฐานนี้ Zhou et al. [3] ได้สร้างแบบจำลองความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิกับความหนาและระดับการเผาไหม้ของชั้นสีขาวในระหว่างการขัดราง ซึ่งเป็นวิธีการใหม่สำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์การขัดราง ดังแสดงในรูปที่ 1 (c) ผลการวิจัยข้างต้นแสดงให้เห็นว่าการเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์การเจียรและการลดความร้อนในการเจียรเป็นวิธีการสำคัญในการปรับปรุงการไหม้ของราง

รูปที่ 1 การเจียรทำให้เกิดการไหม้ของรางและการกัดกร่อนสีขาว (WEL)

นักวิชาการหลายท่านได้ศึกษาถึงกลไกการเกิดรอยไหม้จากการเจียรรางรถไฟจากมุมมองของการออกแบบหินเจียร ผลการวิจัยของ Zhang et al. [2] ระบุว่าหินเจียรคอรันดัมสีขาวมีความคมในตัวที่ดีที่สุดและมีผลการเจียรที่สำคัญที่สุด ส่งผลให้อุณหภูมิการเจียรสูงสุดและความหนาของชั้นสีขาวมากที่สุด Yuan et al. [4] ได้สร้างโครงสร้างรูพรุนในหินเจียร ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการระบายเศษเจียร ลดการอุดตันของหินเจียร ลดอุณหภูมิการเจียร และปรับปรุงคุณภาพพื้นผิวของรางเหล็กขัดเงา Wang et al. [5] ได้ทำการศึกษาเกี่ยวกับอิทธิพลของความแข็งของหินเจียร (N, R, P, T) ต่อคุณภาพพื้นผิวของรางเหล็ก และผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าความหนาของชั้นสีขาวเพิ่มขึ้นตามความแข็งของหินเจียรที่เพิ่มขึ้น ดังนั้น การควบคุมโครงสร้างของหินเจียร (รูพรุน องค์ประกอบของสารขัดถู) ความแข็ง ฯลฯ อย่างเหมาะสมจึงมีผลดีต่อการปรับปรุงการเกิดรอยไหม้บนรางรถไฟ

ผลการวิจัยข้างต้นแสดงให้เห็นว่าพารามิเตอร์การเจียรและประสิทธิภาพของหินเจียรเป็นสองปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อการเจียรรางรถไฟ สำหรับรถขัดรางที่มีอยู่บนเส้นทางนั้น เป็นเรื่องยากที่จะทำการปรับเปลี่ยนพารามิเตอร์การทำงานอย่างมีนัยสำคัญบนโครงสร้างรถที่มีอยู่เพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพการขัด ดังนั้น การออกแบบและการควบคุมประสิทธิภาพของโครงสร้างหินเจียรจึงเป็นหนึ่งในวิธีที่มีประสิทธิภาพในการปรับปรุงการเจียรรางรถไฟ Wu et al. [7, 8] ได้ฝังบล็อกเพชรสำเร็จรูปที่เชื่อมประสานไว้ในรูปแบบที่กำหนดลงในหินเจียร ดังแสดงในรูปที่ 2 (a) ผลการขัดแสดงให้เห็นว่าหินเจียรแบบผสมสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการขัดราง ลดความหยาบของพื้นผิวรางที่ขัดแล้ว และปรับปรุงการเจียรรางรถไฟได้อย่างมีประสิทธิภาพ Zhao Jinbo et al. [9] ได้เชื่อม CaF2 กับโพลีอีเทอร์อีเทอร์คีโตนเพื่อสร้างบล็อกข้อต่อหล่อลื่นตัวเอง และเตรียมหินเจียรหล่อลื่นตัวเองโดยการวางไว้ในตัวอ่อนของหินเจียร ดังแสดงในรูปที่ 2 (b) ผลการทดสอบการเจียรแสดงให้เห็นว่าบล็อกข้อต่อหล่อลื่นตัวเองสามารถปลดปล่อยสารหล่อลื่นที่ส่วนต่อประสานระหว่างหินเจียรและรางได้อย่างต่อเนื่องเมื่อหินเจียรสึกหรอ ซึ่งช่วยลดความร้อนในการเจียรและปรับปรุงการเจียรรางให้ดีขึ้น การฝังบล็อกสำเร็จรูปที่เชื่อมประสาน บล็อกข้อต่อหล่อลื่นตัวเอง ฯลฯ ลงในเมทริกซ์หินเจียรส่งผลให้โครงสร้างหินเจียรไม่สม่ำเสมอและทำให้เกิดส่วนต่อประสานที่มีความแข็งแรงต่ำ (ส่วนต่อประสานระหว่างเมทริกซ์หินเจียร/บล็อกที่ฝัง) ดังนั้นการรับประกันคุณสมบัติทางกล (ความแข็งแรงในการหมุน สมดุลไดนามิก ฯลฯ) ของหินเจียรโครงสร้างคอมโพสิตจึงเป็นความท้าทายที่สำคัญ Wu et al. [10] ได้ออกแบบล้อเจียรขัด CBN ที่เชื่อมประสานโดยมีร่องดังแสดงในรูปที่ 2 (c) ซึ่งช่วยปรับปรุงการเจียรชิ้นงานรางให้ดีขึ้น อย่างไรก็ตาม ชั้นเชื่อมประสานที่ใช้ในหินเจียรมีความต้านทานการสึกหรอต่ำในระหว่างกระบวนการเจียรราง และอายุการใช้งานของหินเจียรนั้นสั้นมาก ดังนั้น การออกแบบ/ควบคุมโครงสร้างของหินเจียรอย่างเหมาะสมจึงมีผลดีต่อการลดความร้อนในการเจียรและปรับปรุงการไหม้ของรางรถไฟ แต่เป็นเงื่อนไขเบื้องต้นที่ต้องพิจารณาอย่างรอบด้านเพื่อให้แน่ใจว่าหินเจียรมีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่ดี และใช้งานได้ง่าย

(ก)หินเจียรบล็อกเพชรแบบตั้งค่าล่วงหน้า [7,8]

(b) หินเจียรบล็อกหล่อลื่นในตัวที่ตั้งค่าไว้ล่วงหน้า[9](c)หินบดที่มีโครงสร้างแบบร่อง [10]

รูปที่ 2. การออกแบบโครงสร้างของหินเจียร

อ้างอิง

[1]A Al-Juboori, DAVID Wexler, LI Huijun และคณะ การก่อตัวของ Squat และการเกิดชั้นกัดกร่อนสีขาวสองประเภทที่แตกต่างกันบนพื้นผิวของเหล็กราง[J]. วารสารความล้าระหว่างประเทศ, 2017, 104: 52-60

[2]GUO Shuai, ZHAO Xiangji, HE Chenggang และคณะ ผลกระทบของรอยเจียรต่อความเสียหายจากความล้าของรางภายใต้สภาวะน้ำ[J]. วิศวกรรมเครื่องกลของจีน, 2019, 30(08): 889-895

[3]36[3] ZHOU Kun, DING Haohao, Steenbergen Michaël และคณะ สนามอุณหภูมิและการตอบสนองของวัสดุเป็นฟังก์ชันของพารามิเตอร์การเจียรราง[J]. วารสารนานาชาติว่าด้วยการถ่ายเทความร้อนและมวล, 2021, 175: 12366

[4]YUAN Yongjie, ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei และคณะ ล้อเจียรพรุนเพื่อบรรเทาความล้าก่อนและเพิ่มประสิทธิภาพการกำจัดวัสดุสำหรับการเจียรราง[J]. Tribology International, 2021, 154: 106692

[5]WANG Ruixiang, ZHOU Kun, YANG Jinyu และคณะ ผลกระทบของวัสดุขัดและความแข็งของล้อเจียรต่อพฤติกรรมการเจียรราง[J]. Wear, 2020, 454-455: 203332

[6]57[6] ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, ZHANG Jun และคณะ การตรวจสอบผลกระทบของขนาดเม็ดขัดต่อพฤติกรรมการเจียรราง[J]. วารสารกระบวนการผลิต, 2020, 53: 388-395

[7]XIAO Bing, XIAO Haozhong, XIAO Bo และคณะ ล้อเจียรสำหรับการเจียรรางที่มีประสิทธิภาพสูงและวิธีการผลิต: จีน, CN 108453638 A[P]. 2018-08-28

[8]WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong และคณะ ลักษณะการสึกหรอของแผ่นเพชรที่เชื่อมประสานด้วยเวลาการเจียรที่แตกต่างกัน[J]. Wear, 2019, 432-433: 202942

[9]WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong และคณะ การศึกษาลักษณะการสึกหรอของแผ่นเพชรเชื่อมประสานสำหรับล้อเจียรคอมโพสิตของรางภายใต้แรงดันที่แตกต่างกัน[J]. Wear, 2019, 424-425: 183-192

[10]LIN Bin, ZHOU Kun, GUO Jun และคณะ อิทธิพลของพารามิเตอร์การเจียรต่ออุณหภูมิพื้นผิวและพฤติกรรมการเผาไหม้ของรางเจียร[J]. Tribology International, 2018, 122: 151-162