Метод оценки эффективности шлифовального камня
Наиболее важным аспектом процесса разработки шлифовального камня является оценка и проверка его производительности (включая размер и точность, динамический/статический баланс, вращательную прочность, несущую способность, производительность шлифования и т. д.), тем самым направляя оптимизированную конструкцию его формулы, процесса и структуры. Среди этих факторов производительность шлифования шлифовального камня служит ощутимым представлением его эксплуатационной эффективности, привлекая значительное внимание исследователей. В настоящее время оборудование для проверки производительности шлифовального камня можно разделить на шесть типов на основе различий в формах относительного действия между шлифовальным камнем и рельсом: 1) традиционный тип шлифовального станка; 2) тип стационарного блочного рельса; 3) тип линейной подачи рельса; 4) тип круговой горизонтальной подачи рельса; 5) высокоскоростной стенд для шлифования рельса; и 6) реальная испытательная линия шлифования рельса.
(1) Тип обычного шлифовального станка. Ульманн и др. [1] исследовали влияние параметров шлифования на качество поверхности (твердость, шероховатость, толщина белого слоя) рельсов с использованием плоскошлифовального станка, изображенного на рисунке 1. Ву и др. [2] подтвердили, что щелевой шлифовальный камень улучшает качество поверхности рельса после шлифования с использованием аналогичного устройства. Этот тип шлифовального тестера характеризуется высокой скоростью линии шлифовального камня (до 30-50 м/с), но низкой скоростью подачи (8-16 м/мин) [2]; в то же время давление шлифования не регулируется. Следовательно, этот тестер не может имитировать реальные операции шлифования рельсов и может только предоставить справочную информацию для изучения поведения шлифовального круга.
Рис.1 Испытательная машина для шлифовальной машины для поверхности[1]
(2) Стационарный рельсовый блок. Основываясь на режиме полевой работы шлифовальных камней для шлифования рельсов, многочисленные ученые подключили двигатель к шлифовальному камню и использовали торец шлифовального камня для шлифования заготовки рельса. Канемацу и др. [3] проверили производительность шлифования различных шлифовальных камней с помощью тестера для шлифования рельсов, показанного на рисунке 2. Гу и др. [4] модифицировали шлифовальный тестер с аналогичной структурой, используя экспериментальный фрикционный тестер, чтобы изучить производительность шлифования шлифовальных камней с различными размерами абразивного зерна. Этот тип испытательной машины может лучше имитировать скорость вращения шлифовального камня, давление шлифования и другие параметры, но не может достичь движения подачи шлифования. Длительное шлифование локальной области рельса повысит температуру интерфейса из-за нагрева шлифования, что приведет к ухудшению производительности шлифовальных камней на смоляной связке при высоких температурах и снижению удерживающей способности абразива. Кроме того, под воздействием нагрева шлифования рельс склонен к горению. Поэтому экспериментальный процесс на испытательной машине такого типа должен в полной мере учитывать влияние температуры шлифования на результаты эксперимента.
Рис.2 Блок рельсового фиксированного шлифовального тестера[3]
(3) Линейный тип подачи рельса. Для решения проблемы подачи рельса в испытательной машине для шлифования рельсов Гу и др. [4] Чжоу Кунь [80] использовал реечную передачу для привода рельсовых направляющих, что позволило осуществить однонаправленную линейную подачу рельса со скоростью от 1,6 до 4,0 км/ч, как показано на рисунке 3. Экспериментальная машина также использовалась для изучения различных параметров шлифования (давление шлифования [5], скорость подачи [6]) и твердость шлифовального круга [7]. Хуан Гуйган [8] модифицировал основную структуру портального строгального станка BM2015 для разработки вертикального рельсового активного шлифовального тестера, изображенного на рисунке 4. Оборудование использовало рельс 60 кг/м на месте с имитируемой скоростью подачи 0,3~4,5 км/ч и могло достичь шлифования с углом наклона ±50°. Оборудование успешно проверило производительность шлифования разработанного шлифовального круга CBN. Скорость активной шлифовки рельсов колеблется в пределах от 3 до 24 км/ч, в то время как скорости, моделируемые данным типом рельсошлифовального оборудования, ниже, что ограничивает его экспериментальные возможности.
Рис.3 Горизонтальный линейный испытательный стенд для шлифования рельсов[5,6,7]
Рис.4 Тестер шлифования с вертикальной линейной подачей рельсов[8]
(4) Тип горизонтальной вращающейся подачи кругового рельса. Китайская академия железнодорожных наук [9], Нанкинский университет аэронавтики и астронавтики [10,11] и Куффа и др. из Швейцарии [12] сообщили о тестере горизонтальной вращающейся подачи кругового рельса, показанном на рисунке 5. В этом тестере рельсы обрабатываются в диск и располагаются горизонтально; рельсовый диск может вращаться горизонтально под действием приводного механизма, имитируя скорость подачи шлифовальной машины. Оборудование, разработанное Китайской академией железнодорожных наук, имеет диаметр рельсового диска приблизительно 1,6 м, ширину шлифовальной ленты 10 мм и максимальную скорость шлифования 10,8 км/ч [9]. Основываясь на эффекте шлифования этого экспериментального оборудования, оно обеспечивает поддержку данных для разработки условий упорядочения для активных шлифовальных кругов [9,13,14]. Этот тип оборудования хорошо известен в области активных рельсов
Рис.5 Тестер шлифования циклической рельсовой горизонтальной вращательной подачи[19]
(5) Тестер шлифования высокоскоростных рельсов. Команда Ван Хэнъюя из Юго-Западного университета Цзяотун [15,16] разработала пассивный высокоскоростной тестер шлифования рельсов, способный имитировать максимальную скорость шлифования до 60~80 км/ч, как показано на рисунке 6. Кроме того, команда профессора Цзоу Вэньцзюня из Хэнаньского технологического университета [17,18] разработала небольшой высокоскоростной тестер шлифования рельсов (рисунок 7), в котором диск рельсового колеса расположен вертикально, а оборудование может регулировать импульс шлифовального камня и давление шлифования. Наружный диаметр рельса составляет 150 мм, а технические характеристики шлифовального камня — Φ80×10×10 мм, что позволяет имитировать скорость шлифования на месте 60–80 км/ч и давление шлифования 1200–3200 Н. Давление шлифования шлифовального камня можно регулировать до максимальной скорости шлифования 60–80 км/ч, при максимальном давлении шлифования 3200 Н. Этот тип экспериментальной машины играет решающую руководящую роль в разработке высокоскоростных шлифовальных камней.
Рис.6 Высокоскоростной шлифовальный стол[13]
Рис.7 Испытательный стенд для высокоскоростного шлифования[16]
(6) Реальная линия для испытания шлифования рельсов. За последнее десятилетие Golden Eagle Heavy Industry приступила к разработке и инновационному проектированию высокоскоростных вагонов для шлифования рельсов и создала испытательную базу для шлифования рельсов в Юйцзяху, городе Сянъян, провинции Хубэй. На рисунке 8 изображен высокоскоростной вагон для шлифования рельсов, который может быть оснащен 24 шлифовальными кругами (по 12 с каждой стороны), работающими со скоростью шлифования, превышающей 60 км/ч [15]. Условия и режимы работы транспортного средства могут полностью соответствовать условиям и режимам высокоскоростного шлифования рельсов, что позволяет проверять производительность резки шлифовального камня. Одновременно транспортное средство оснащено несколькими шлифовальными камнями, что позволяет проверять стабильность процесса производства шлифовального камня. Поэтому при условии создания комплексной системы оценки будущая оценка и проверка производительности шлифовального круга этим шлифовальным вагоном имеют авторитетное руководящее значение.
Рис.8 Испытательная линия реального шлифования вагона[13]
UHLMANN Eckart, LYPOVKA Pavlo, HOCHSCHILD Leif и др. Влияние параметров процесса шлифования рельсов на шероховатость поверхности рельсов и твердость поверхностного слоя[J]. Wear, 2016, 366-367: 287-293.
WU Yao, SHEN Mengbo, Qu Meina и др. Экспериментальное исследование повреждения поверхностного слоя при высокоэффективном и малоповреждающем шлифовании рельсов шлифовальным кругом из углеродистого нитрида бора[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2019, 105(7-8): 2833-2841.
KANEMATSU Yoshikazu, SATOH Yukio. Влияние типа шлифовального камня на эффективность шлифования рельсов[J]. Quarterly Reports of the Railway Technical Research Institute, 2011, 52(2): 97-102.
ГУ Кайкай, ЛИнь Цян, ВАН Вэньцзянь и др. Анализ влияния скорости вращения шлифовального камня на поведение материала рельса при удалении [J]. Износ, 2015, 342-343: 52-59.
ЧЖОУ Кунь, ДИН Хаохао, ВАН Вэньцзянь и др. Влияние давления шлифования на поведение материала рельса при удалении [J]. Tribology International, 2019, 134: 417-426.
ЧЖОУ Кунь, ДИН Хаохао, ВАН Жуйсян и др. Экспериментальное исследование механизма удаления материала во время шлифования рельса при различных скоростях движения [J]. Tribology International, 2020, 143: 106040.
ВАН Жуйсян, ЧЖОУ Кунь, ЯН Цзиньюй и др. Влияние абразивного материала и твердости шлифовального круга на поведение шлифования рельсов [J]. Износ, 2020, 454-455: 203332.
ХУНАГ Гуйган. Проектирование и экспериментальное исследование высокоскоростного испытательного стенда для шлифовального круга из кубического нитрида бора [J]. Автоматизация производства, , 2020, 42(05): 88-91+122.
ЦЗИ Юань. Систематическое исследование технологии оценки шлифовального круга для шлифования рельсов [D]. Пекин: Китайская академия железнодорожных наук, 2019.
У Хэнхэн, СЯО Бин, СЯО Хаочжун и др. Характеристики износа паяных алмазных листов с различным временем шлифования [J]. Wear, 2019, 432-433: 202942.
WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong и др. Исследование характеристик износа паяных алмазных листов для композитного шлифовального круга рельсов при различных давлениях [J]. Wear, 2019, 424-425: 183-192.
MICHAL Kuffa, DANIEL Ziegler, THOMAS Peter и др. Новая стратегия шлифования для улучшения акустических свойств железнодорожных путей [J]. Труды Института инженеров-механиков, часть F: Журнал железных дорог и скоростного транспорта, 2018, 232(1): 214-221.
China Railways Corporation. Q/CR 1-2014. Стандарт предприятия Китайской железнодорожной корпорации: Технические характеристики для закупки шлифовального круга для рельсошлифовального поезда [S]. Пекин: China Railway Publishing House Co, LTD, 2014: 1-13.
ЦЗИ Юань, ТЯНЬ Чанхай, ПЭЙ Динфэн. Сравнительный анализ китайских стандартов на шлифовальные круги для рельсошлифовальных кругов и зарубежных международных стандартов [J]. Контроль качества на железной дороге, 2018, 46(9): 5-8.
СЮЙ Сяотан. Исследование механизма высокоскоростного шлифования рельсов [D]. Чэнду: Юго-Западный университет Цзяотун, 2016.
СЮЙ Сяотан, ВАН Хэнъюй, У Лэй и др. Экспериментальное исследование высокоскоростного шлифования рельсов в условиях влажности [J]. Смазочное машиностроение, 2016, 41(11): 41-44.
ZOU Wenjun, LIU Pengzhan, LI Huanfeng и др. Тестовая платформа для пассивного шлифования рельсов: Китай, CN 110579244A[P]. 2019-12-17.
LIU Pengzhan, ZOU Wenjun, PENG Jin и др. Исследование влияния давления шлифования на поведение удаления материала, выполненное на самостоятельно разработанном симуляторе пассивного шлифования[J]. Applied Sciences, 2021, 11(9): 4128.
ZHAO Jinbo, XIAO Bin, WU Hengheng и др. Разработка теста производительности самосмазывающегося композитного шлифовального круга[J]. Machinery, 2019, 48(03): 56-58.