Ortak Ray Hasarları

Ray, demir yolu sisteminin en önemli yatak parçalarından biridir. Trenlerin çekişi ve frenlemesi, tekerlekler ve ray arasındaki sürtünme ile gerçekleşir. Bu nedenle, trenlerin güvenli ve düzgün çalışmasını sağlamak için iyi bir ray durumu ön koşuldur. Ancak, alternatif temas gerilimleri nedeniyle, ray malzemesi genellikle aşınma veya yorulma hasarına uğrar. Şekil 1'de gösterildiği gibi, ana ray hasarı türleri şunlardır: yorulma çatlağı, soyulma, oluklu aşınma, ezilme ve ray kenarı aşınması, tüm ray hasarlarının %80'inden fazlasını oluşturur. Tren çalışma hızının ve aks yükünün artmasıyla, ray yorulması ve aşınma sorunları giderek daha ciddi hale gelir ve bu da ray taşlama teknolojilerine olan talebin keskin bir şekilde artmasına neden olur.

1. Yuvarlanma teması yorulma çatlağı.Yuvarlanma temas yorulma çatlağı, Şekil 2'de gösterildiği gibi, yüksek hızlı demir yolu raylarının en yaygın hasar biçimlerinden biridir [1]. Genellikle, çatlaklar tamamen aşağıya uzanmaz, ancak Şekil 2'de gösterildiği gibi ray soyulma görünümünü oluşturmak için bir yay şeklinde ray yüzeyine uzanır. Soyulma nedeniyle rayın üst yüzeyi çöker ve tren tekerlekleri geçtiğinde darbe gerilimi oluşur, bu da titreşimi ve gürültüyü artırır. Bazı durumlarda, soyulma çukurundaki dal çatlakları rayın altına genişleyebilir ve ray kırılmasına yol açabilir, bu da büyük güvenlik kazalarına neden olabilir [2].

2. Ray oluk aşınması. Ray oluklanma aşınması, Şekil 3'te gösterildiği gibi, belirli bir uzunlamasına aralıkta ray üzerinde periyodik olarak düzensiz aşınmış yüzey olgusunu ifade eder [3, 4]. Oluklanma aşınması, trenin titreşimini ve gürültüsünü artıracak, sürüş konforunu etkileyecek ve lokomotif ve araç parçalarının yorulma ömrünü azaltacaktır. Oluklanma aşınmasının dalga boyuna göre, kısa dalga (dalga boyu 25 ~ 80 mm) ve uzun dalga (dalga boyu 100 mm'den büyük) oluklanmaya ayrılır. Oluklanmanın ana nedenleri arasında dinamik ve dinamik olmayan teoriler yer alır. Dinamik teori, tekerlek-ray sistemi titreşiminin, kendiliğinden uyarılan titreşim, rezonans ve geri besleme titreşimi dahil olmak üzere oluklanmaya yol açtığına inanır [5]. Oluklanmanın oluşumunun esas olarak ray malzemeleri ve eritme işlemi vb. ile ilgili olduğunu ileri süren dinamik olmayan teori; ve tekerlek-ray arasındaki kuvvet sabit olsa bile, rayın düzensiz plastik akışı nedeniyle oluklanma da meydana geleceği [6,7].

3. Ray kırma.Ray ezilmesi, ray üst malzemesinin plastik deformasyona uğraması ve ray sırtının düzleşmesi olayıdır; bu, Şekil 4'te gösterildiği gibi, genellikle ağır hizmet tipi demiryollarının kavisli bölümündeki raylarda gözlemlenir [8]. Ray ezilmesi, ray başının şeklini değiştirir, tekerlek-ray temas kuvveti değişir, bu da çalışma titreşimini ve gürültüyü artıracaktır. Ek olarak, ray ezilmesine genellikle sıyrılma veya yorulma çatlağı hasarları eşlik eder. Kararlılık sınırı, rayda ezilme hasarı olup olmadığını değerlendirmek için genellikle bir kriter olarak kullanılır ve malzemelerin akma sınırının artırılması bu tür hasarları önleyebilir veya yavaşlatabilir.

4. Ray kenarında aşınma.Ray kenarı aşınması, Şekil 5'te gösterildiği gibi, küçük yarıçaplı eğrilere sahip rayların ana hasar biçimidir [9]. Çin demiryollarında, küçük yarıçaplı eğri raylarının %98'i aşırı yan aşınma nedeniyle hurdaya çıkar. Lokomotif ve araç eğri bölümüne girdiğinde, tren atalet nedeniyle ileri doğru hareket eder, ancak ray tren gövdesini dönmeye zorlar. Bu durumda, tekerlekler raylara çarpacak ve ciddi yan aşınma meydana gelecektir. Özellikle, trenin merkezkaç kuvveti ve merkezcil kuvveti dengesiz olduğunda, iç ve dış rayın yükü önyargılı olacak ve bu da yan aşınmayı büyük ölçüde kötüleştirecektir [10, 11]. Ray kenarı aşınmasının rayın hizmet ömrünü kısalttığına ve ray profilindeki değişikliğin tekerlek/ray etkileşimini kötüleştirerek eğriyi geçen trenin dengesini etkilediğine yaygın olarak inanılmaktadır.

Şekil 1. Yorulma çatlakları.

Şekil 2. Rayın soyulması.

Şekil 3 Ray oluklanma aşınması.

Şekil 4 Ray kırma.

Şekil 5 Ray kenarı aşınması.

Referanslar

1. K. Zhou. Ray Taşlama Sırasında Malzeme Çıkarma Kuralları ve Mekanizmaları Üzerine Araştırma [D]. Chengdu: Güneybatı Jiaotong Üniversitesi'nin doktora tezi, 2020.
2. X. Zhao, ZL Li. Elasto-plastisitede sürtünmeli tekerlek-ray yuvarlanma temasının üç boyutlu sonlu eleman çözümü [J]. Makine Mühendisleri Kurumu Bildirileri, Bölüm J: Mühendislik Tribolojisi Dergisi, 2015, 229(1): 86-100.
3. W. Zhong, J. Hu, P. Shen ve diğerleri. Yüksek hızlı ve ağır yük demiryollarının yuvarlanan temas yorgunluğu ve aşınması ile ray malzemesi seçimi arasındaki deneysel araştırma [J]. Wear, 2011, 271(9-10): 2485-2493.
4. S. Grassie, J. Kalousek. Ray oluklanması: özellikleri, nedenleri ve tedavileri [J]. Makine Mühendisleri Kurumu Bildirileri, Bölüm F: Ray ve Hızlı Transit Dergisi, 1993, 207(1): 57-68.
5. Y. Gu. Yüksek hızlı demir yolu balastsız rayındaki ray dalgalanma mekanizması üzerine çalışma [D]. Pekin: Pekin Jiaotong Üniversitesi'nin doktora tezi, 2017.
6. X. Jin, X. Li, W. Li, ve diğerleri. Ray oluklu mukavva ilerlemesinin incelenmesi [J]. Southwest Jiaotong Üniversitesi Dergisi, 2016, 51(2-3): 264-273.
7. S. Li, D. Liu, P. Liu ve diğerleri. Ray çeliği U75V'nin oluk oluşumu ve mikro yapı evrimi [J]. Dalian Jiaotong Üniversitesi Dergisi, 2019, 40(5): 66-71.
8. Z. Li, Z. Yan, S. Li. Ray oluklanmasının yüksek hızlı araç-çıkış sisteminin dinamik performansı üzerindeki etkisi [J]. Central South University Dergisi (Bilim ve Teknoloji), 2003, 25(1): 104-108.
9. W. Wang, H. Guo, X. Du, ve diğerleri. Ağır yük demir yolu raylarının hasar mekanizması ve önlenmesi üzerine araştırma [J]. Mühendislik Arıza Analizi, 2013, 35: 206-218.
10. Y. Zhou, S. Wang, T. Wang ve diğerleri. Ağır yük taşıyan bir demir yolunda ray başı aşınması ile ray başı aşınması arasındaki ilişkinin saha ve laboratuvar araştırması [J]. Wear, 2014, 315(1-2): 68-77.
11. I. Povilaitiene, I. Kamaitis, I. Podagelis. Ray eğrilerinde ray kenarı aşınması üzerinde ölçü genişliğinin etkisi [J]. İnşaat Mühendisliği ve Yönetimi Dergisi, 2006, 12(3): 255-260.
12. W. Zhai, J. Gao, P. Liu, ve diğerleri. Tekerlek-ray dinamik etkileşimine dayalı ağır yük demir yolu eğrilerinde ray tarafı aşınmasının azaltılması [J]. Araç Sistem Dinamikleri, 2014, 52(sup1): 440-454.