Phương pháp đánh giá hiệu suất đá mài

2024-11-05

Phương pháp đánh giá hiệu suất đá mài

Khía cạnh quan trọng nhất trong quá trình phát triển đá mài nằm ở việc đánh giá và kiểm chứng hiệu suất của nó (bao gồm kích thước và độ chính xác, cân bằng động/tĩnh, độ bền quay, khả năng chịu tải, hiệu suất mài, v.v.), từ đó hướng dẫn thiết kế tối ưu về công thức, quy trình và cấu trúc. Trong số các yếu tố này, hiệu suất mài của đá mài đóng vai trò là biểu hiện hữu hình về hiệu quả hoạt động của nó, thu hút sự quan tâm đáng kể từ các nhà nghiên cứu. Hiện nay, thiết bị kiểm chứng hiệu suất đá mài có thể được phân loại thành sáu loại dựa trên sự khác biệt về hình thức tác động tương đối giữa đá mài và ray: 1) loại máy mài truyền thống; 2) loại ray khối cố định; 3) loại ray cấp liệu tuyến tính; 4) loại ray tròn cấp liệu quay ngang; 5) giá đỡ mài ray tốc độ cao; và 6) dây chuyền thử nghiệm mài ray thực tế.

(1) Loại máy mài thông thường. Uhlmann et al. [1] đã nghiên cứu tác động của các thông số mài lên chất lượng bề mặt (độ cứng, độ nhám, độ dày lớp trắng) của đường ray bằng máy mài bề mặt được mô tả trong Hình 1. Wu et al. [2] đã xác nhận rằng đá mài có rãnh giúp cải thiện chất lượng bề mặt của đường ray sau khi mài bằng thiết bị tương tự. Loại máy thử mài này có đặc điểm là tốc độ đường mài cao (lên đến 30-50 m/s) nhưng tốc độ cấp liệu thấp (8-16 m/min) [2]; đồng thời, áp suất mài không thể điều chỉnh. Do đó, máy thử này không thể mô phỏng các hoạt động mài đường ray thực tế và chỉ có thể cung cấp tài liệu tham khảo để nghiên cứu hành vi của đá mài.

Quả sung.1 Máy thử nghiệm máy mài bề mặt[1]

(2) Loại ray khối cố định. Dựa trên chế độ hoạt động thực tế của đá mài dùng để mài ray, nhiều học giả đã kết nối động cơ với đá mài và sử dụng mặt cuối của đá mài để mài phôi ray. Kanematsu et al. [3] đã kiểm chứng hiệu suất mài của các loại đá mài khác nhau bằng cách sử dụng máy thử mài ray được thể hiện trong Hình 2. Gu et al. [4] đã sửa đổi một máy thử mài có cấu trúc tương tự bằng cách sử dụng máy thử ma sát để nghiên cứu hiệu suất mài của đá mài với kích thước hạt mài khác nhau. Loại máy thử này có thể mô phỏng tốt hơn tốc độ quay của đá mài, áp suất mài và các thông số khác nhưng không thể đạt được chuyển động cấp liệu mài. Việc mài kéo dài một khu vực ray cục bộ sẽ làm tăng nhiệt độ giao diện do nhiệt mài, dẫn đến suy giảm hiệu suất của đá mài liên kết nhựa ở nhiệt độ cao và giảm khả năng giữ chất mài mòn. Ngoài ra, dưới ảnh hưởng của nhiệt mài, ray dễ bị cháy. Do đó, quá trình thử nghiệm của loại máy thử này phải xem xét đầy đủ sự ảnh hưởng của nhiệt độ mài đến kết quả thử nghiệm.

Quả sung.2 Máy thử mài cố định thanh ray khối[3]

(3) Loại cấp ray tuyến tính. Để giải quyết vấn đề cấp ray trong máy thử mài ray của Gu et al. [4], Zhou Kun [80] đã sử dụng thanh răng và bánh răng để dẫn động thanh ray, cho phép cấp ray tuyến tính một chiều từ 1,6 đến 4,0 km/h, như thể hiện trong Hình 3. Máy thử nghiệm cũng được sử dụng để nghiên cứu các thông số mài khác nhau (áp suất mài [5], tốc độ cấp liệu [6]) và độ cứng của đá mài [7]. Huang Guigang [8] đã sửa đổi cấu trúc chính của máy bào giàn BM2015 để phát triển một máy thử mài ray chủ động thẳng đứng, được mô tả trong Hình 4. Thiết bị sử dụng ray khổ 60 kg/m tại chỗ, với tốc độ cấp liệu mô phỏng từ 0,3 đến 4,5 km/h và có thể đạt được khả năng mài góc khổ ±50°. Thiết bị đã xác minh thành công hiệu suất mài của đá mài CBN được phát triển. Tốc độ hoạt động mài ray chủ động dao động từ 3 đến 24 km/h, trong khi tốc độ mô phỏng bởi loại thiết bị mài ray này thấp hơn, hạn chế khả năng thử nghiệm của nó.

Quả sung.3Máy thử mài ray tuyến tính ngang[5,6,7]

Quả sung.4Máy thử mài ray tuyến tính thẳng đứng[8]

(4) Loại cấp liệu quay ngang ray tròn. Viện Khoa học Đường sắt Trung Quốc [9], Đại học Hàng không và Vũ trụ Nam Kinh [10,11] và Kuffa et al. của Thụy Sĩ [12] đã báo cáo về một thiết bị thử nghiệm cấp liệu quay ngang ray tròn, được thể hiện trong Hình 5. Trong thiết bị thử nghiệm này, các thanh ray được gia công thành đĩa và được sắp xếp theo chiều ngang; đĩa ray có thể quay theo chiều ngang dưới tác động của cơ cấu truyền động để mô phỏng tốc độ cấp liệu của xe mài. Thiết bị do Viện Khoa học Đường sắt Trung Quốc thiết kế có đường kính đĩa ray khoảng 1,6 m, chiều rộng đai mài là 10 mm và tốc độ mài tối đa là 10,8 km/h [9]. Dựa trên hiệu quả mài của thiết bị thử nghiệm này, nó cung cấp dữ liệu hỗ trợ cho việc phát triển các điều kiện đặt hàng cho bánh mài chủ động [9,13,14]. Loại thiết bị này được biết đến rộng rãi trong lĩnh vực mài ray chủ động.

Quả sung.5Máy thử mài cấp liệu quay ngang ray tuần hoàn[19]

(5) Máy thử mài ray tốc độ cao. Nhóm của Wang Hengyu tại Đại học Tây Nam Giao thông [15,16] đã thiết kế một máy thử mài ray tốc độ cao thụ động có khả năng mô phỏng tốc độ mài tối đa lên tới 60~80 km/h, như thể hiện trong Hình 6. Ngoài ra, nhóm của Giáo sư Zou Wenjun tại Đại học Công nghệ Hà Nam [17,18] đã thiết kế một máy thử mài ray tốc độ cao nhỏ (Hình 7), trong đó đĩa bánh xe ray được bố trí theo chiều dọc, và thiết bị có thể điều chỉnh xung đá mài và áp suất mài. Đường kính ngoài của ray là 150 mm, và kích thước đá mài là Φ80×10×10 mm, có khả năng mô phỏng tốc độ mài thực tế từ 60~80 km/h và áp suất mài từ 1200~3200 N. Áp suất mài của đá mài có thể được điều chỉnh đến tốc độ mài tối đa 60~80 km/h, với áp suất mài tối đa 3200 N. Loại máy thử nghiệm này đóng vai trò hướng dẫn quan trọng trong việc phát triển đá mài tốc độ cao.

Quả sung.6 Bàn mài tốc độ cao[13]

Quả sung.7Bệ thử nghiệm giảm mài tốc độ cao[16]

(6) Dây chuyền thử nghiệm mài ray thực tế. Trong thập kỷ qua, Công ty TNHH Công nghiệp nặng Đại Bàng Vàng đã bắt đầu phát triển và thiết kế sáng tạo các xe mài ray tốc độ cao và thành lập một cơ sở thử nghiệm mài ray tại Yujiahu, thành phố Tương Dương, tỉnh Hồ Bắc. Hình 8 mô tả một xe mài ray tốc độ cao, có thể được trang bị 24 bánh mài (12 bánh mỗi bên), hoạt động ở tốc độ mài vượt quá 60 km/h [15]. Các điều kiện và chế độ hoạt động của xe có thể hoàn toàn phù hợp với việc mài ray tốc độ cao, cho phép xác minh hiệu suất cắt của đá mài. Đồng thời, xe được trang bị nhiều đá mài, cho phép xác minh tính ổn định của quá trình sản xuất đá mài. Do đó, trong điều kiện thiết lập một hệ thống đánh giá toàn diện, việc đánh giá và xác minh hiệu suất bánh mài trong tương lai bằng xe mài này có giá trị hướng dẫn đáng tin cậy.

Quả sung.8Thử nghiệm mài xe thật trên dây chuyền sản xuất[13]

UHLMANN Eckart, LYPOVKA Pavlo, HOCHSCHILD Leif, et al. Ảnh hưởng của các thông số quá trình mài ray đến độ nhám bề mặt ray và độ cứng lớp bề mặt [J]. Wear, 2016, 366-367: 287-293.
WU Yao, SHEN Mengbo, Qu Meina, et al. Nghiên cứu thực nghiệm về hư hỏng lớp bề mặt trong quá trình mài ray hiệu quả cao và ít hư hại bằng đá mài CBN có rãnh [J]. Tạp chí quốc tế về công nghệ sản xuất tiên tiến, 2019, 105(7-8): 2833-2841.
KANEMATSU Yoshikazu, SATOH Yukio. Ảnh hưởng của loại đá mài đến hiệu quả mài ray[J]. Báo cáo hàng quý của Viện Nghiên cứu Kỹ thuật Đường sắt, 2011, 52(2): 97-102.
GU Kaikai, LIN Qiang, WANG Wenjian, et al. Phân tích ảnh hưởng của tốc độ quay của đá mài đến hành vi loại bỏ vật liệu ray [J]. Mài mòn, 2015, 342-343: 52-59.
ZHOU Kun, DING Haohao, WANG Wenjian, et al. Ảnh hưởng của áp suất mài đến hành vi loại bỏ vật liệu ray [J]. Tribology International, 2019, 134: 417-426.
ZHOU Kun, DING Haohao, WANG Ruixiang, et al. Nghiên cứu thực nghiệm về cơ chế loại bỏ vật liệu trong quá trình mài ray ở các tốc độ tiến khác nhau[J]. Tribology International, 2020, 143: 106040.
WANG Ruixiang, ZHOU Kun, YANG Jinyu, et al. Ảnh hưởng của vật liệu mài mòn và độ cứng của đá mài đến hành vi mài ray[J]. Mài mòn, 2020, 454-455: 203332.
HUNAG Guigang. Thiết kế và nghiên cứu thực nghiệm về bệ thử mài tốc độ cao cho đá mài CBN đường ray[J]. Tự động hóa sản xuất, , 2020, 42(05): 88-91+122.
JI Yuan. Nghiên cứu có hệ thống về công nghệ đánh giá đá mài dùng cho mài ray[D]. Bắc Kinh: Học viện Khoa học Đường sắt Trung Quốc, 2019.
WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong, et al. Đặc tính mài mòn của tấm kim cương hàn với thời gian mài khác nhau [J]. Mài mòn, 2019, 432-433: 202942.
WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong, et al. Nghiên cứu về đặc tính mài mòn của tấm kim cương hàn cho đá mài composite đường ray dưới các áp suất khác nhau [J]. Mài mòn, 2019, 424-425: 183-192.
MICHAL Kuffa, DANIEL Ziegler, THOMAS Peter, et al. Một chiến lược mài mới để cải thiện các đặc tính âm học của đường ray xe lửa[J]. Kỷ yếu của Viện Kỹ sư Cơ khí, Phần F: Tạp chí Đường sắt và Vận tải nhanh, 2018, 232(1): 214-221.
Tổng công ty Đường sắt Trung Quốc. Q/CR 1-2014. Tiêu chuẩn doanh nghiệp Tổng công ty Đường sắt Trung Quốc: Thông số kỹ thuật về việc mua đá mài cho tàu mài ray[S]. Bắc Kinh: Nhà xuất bản Đường sắt Trung Quốc, 2014: 1-13.
JI Yuan, TIAN Changhai, PEI Dingfeng. Phân tích so sánh các tiêu chuẩn đá mài ray của Trung Quốc và các tiêu chuẩn quốc tế nước ngoài[J]. Kiểm soát chất lượng đường sắt, 2018, 46(9): 5-8.
XU Xiaotang. Nghiên cứu về cơ chế mài ray cao tốc[D]. Thành Đô: Đại học Giao thông Tây Nam, 2016.
XU Xiaotang, WANG Hengyu, WU Lei, et al. Nghiên cứu thực nghiệm về mài ray tốc độ cao trong điều kiện ẩm ướt [J]. Kỹ thuật bôi trơn, 2016, 41(11): 41-44.
ZOU Wenjun, LIU Pengzhan, LI Huanfeng, et al. Nền tảng thử nghiệm mài ray thụ động: Trung Quốc, CN 110579244A[P]. 2019-12-17.
LIU Pengzhan, ZOU Wenjun, PENG Jin, et al. Nghiên cứu về ảnh hưởng của áp suất mài lên hành vi loại bỏ vật liệu được thực hiện trên một thiết bị mô phỏng mài thụ động tự thiết kế[J]. Khoa học ứng dụng, 2021, 11(9): 4128.
ZHAO Jinbo, XIAO Bin, WU Hengheng, et al. Phát triển thử nghiệm hiệu suất của đá mài composite tự bôi trơn[J]. Máy móc, 2019, 48(03): 56-58.