Стратегия грузовых железнодорожных перевозок
Регулярная шлифовка рельсов может уменьшить или устранить повреждения рельсов и продлить их срок службы, что широко признано одним из эффективных методов обслуживания в системах железнодорожного транспорта. Основываясь на поведении повреждения рельсов, в сочетании с потребностями железнодорожных транспортных мощностей, технология шлифования рельсов и оборудование развиваются многоуровневым и разнообразным образом. Основные стратегии шлифовки рельсов включают предварительную шлифовку, профилактическую шлифовку и реставрационную шлифовку.
Предварительная шлифовка. В процессе горячего проката рельсов высокая температура усиливает окисление углерода и железа на поверхности рельсов. Когда скорость окисления углерода превышает скорость окисления железа, некоторые цементиты в перлитах превращаются в феррит, что приводит к образованию слоя обезуглероживания, как показано на рисунке 1. Твердость, прочность и износостойкость декарбонизированного слоя рельсов ниже, чем у матрицы [1]. Во время использования трещины распространяются главным образом вдоль феррита, что с большей вероятностью приведет к серьезному повреждению рельсов [2]. В процессе строительства новой линии частый запуск и остановка строительных транспортных средств могут легко привести к царапинам рельсов и другим проблемам. Царапины рельсов нелегко обнаружить на ранней стадии, но тепло трения между рельсами может привести к сдвигу золотой фазы в области царапин рельсов и быстро перерасти в серьезные повреждения при более позднем использовании [3]. Поэтому для строительства и секционной укладки новых рельсов на новых линиях после ввода в эксплуатацию и до ввода в эксплуатацию должна быть проведена предварительная шлифовка, чтобы удалить обезуглероживающий слой поверхности около 0,2 мм и повреждения, вызванные процессом строительства. Для производственных линий, которые уже введены в эксплуатацию, необходимо выполнить предварительное шлифование до прохождения общей массы 10 Мт.
Диаграмма 1. Обеглероживающий слой головки колеи.
Профилактическое измельчение. Для серьезных дефектов, таких как гофрировка, расслоение, поперечный износ и раздавливание, необходимо использовать большую глубину шлифования для устранения дефектов, а также для коррекции и восстановления контура рельсов. На этом этапе количество удаляемых рельсовых материалов и глубина шлифования больше, эта стратегия шлифования называется восстановительным шлифованием. Из - за проектного предела износа крыши рельса частота замены рельсов в процессе ремонта и шлифования увеличивается, что приводит к плохой экономичности шлифования.
В Китае четко определены ремонтно - измельчительные работы железнодорожных путей: (1) ремонт и измельчение должны основываться на характеристиках дефектов рельсов, чтобы выбрать подходящее шлифовальное оборудование и эксплуатационные параметры, устранить дефекты рельсов, отремонтировать сечение рельсов; (b) В обычной линии для таких дефектов, как глубина измельчения волн или ширина толстого края более 0,3 мм, следует своевременно организовать шлифование; (c) На высокоскоростных железнодорожных линиях в случае возникновения дрожания высокоскоростного поезда, сигнализации поперечного ускорения поперечной рамы, плохой полосы пропускания, глубины чешуи стрелочных рельсов до 0,5 мм, индекса ударной реакции орбиты, превышающего управляющее значение, или дефекта рельса, достигающего предела ремонта, следует своевременно организовать ремонт и шлифовку рельсов.
Ремонт измельчение. Трасса подвергается периодической нагрузке колеса, и из - за "эффекта храпа" на поверхности рельса образуется слой усталости от контакта качения (RCF) [4,5]. В скользящем контактном усталом слое твердость и хрупкость рельсового материала значительно возрастают, а микроструктура показывает увеличение плотности дислокации и микротрещин [5]. Горизонтальное и продольное расширение микротрещин может привести к повреждениям, таким как расслоение рельсов и разрывы рельсов [1]. В цикле развития трещин (образование ядра, зарождение и расширение) на формирование ядра и время зарождения приходится значительная доля. Зашлифование обычно выполняется, когда глубина расширения трещины не превышает 0,2 мм, что является лучшим временем для предотвращения расширения трещины и предотвращения дальнейшего ухудшения рельса, как показано на рисунке 2. Основываясь на механизме усталости контакта качения поверхности рельса и законе расширения трещин, предлагается стратегия превентивного шлифования, которая включает в себя регулярное удаление усталости контакта качения с поверхностью рельса. Профилактическое шлифование имеет меньшую глубину шлифования, более благоприятную для продления срока службы рельсов, по сравнению с ремонтом шлифования имеет лучшую экономичность шлифования.
Китайская железнодорожная корпорация выдвинула четкие требования к осуществлению профилактической шлифовки железнодорожных рельсов. (а) Для высокоскоростных железных дорог профилактическая шлифовка должна проводиться каждые 30 - 50 Мт общей массы с интервалом шлифования не более 2 лет. (b) для линейных и криволинейных сегментов большого радиуса обычной линии скорости (> 1200 м) обычно проводится один процесс шлифования общей массой 100 Мт; Для малых радиусов (< 1200 м) полируйте каждые 30 - 50 м.
На рисунке 2 показана эволюция срока службы рельсов при различных стратегиях шлифования, и результаты показывают, что шлифование может эффективно продлить срок службы рельсов. Сообщается, что вероятность дефектов на поверхности рельсов после непрошлифовки, ремонта и шлифования составляет 15%, 8% и 4% [6] соответственно, что указывает на то, что профилактическое шлифование имеет значительные преимущества в снижении вероятности дефектов рельсов. Кроме того, толщина удаления профилактического абразивного материала меньше и может значительно продлить срок службы рельсов по сравнению с восстановительным шлифованием. В суровой ситуации быстрого экономического развития и насущной потребности в пропускной способности железнодорожного транспорта Китая использование профилактического шлифования может эффективно продлить цикл замены рельсов, имеет высокую экономичность шлифования. Прогнозируемое профилактическое шлифование является основным направлением развития технологии шлифования рельсов в будущем.
Диаграмма 2. Распространение усталостных трещин при прокрутке
Диаграмма 3. Связь между тактикой шлифовки рельсов и сроком службы
[1] Чжао Сянцзи, Го Цзюнь, Ван Хэнъюй и т. Д. Влияние обезуглероживания на износостойкость контактных усталых рельсов и механизм повреждения [J]. Уилл, 2016364 - 365: 130 - 143.
[2] Чжао Сянцзи, Ван Хэнъюй, Го Цзюнь и т. Д. Влияние обезуглероживающего слоя на усталость от контакта качения рельсового материала в сухих и влажных условиях [J]. Анализ инженерных отказов, 2018, 91: 58 - 71.
[3] Лю Фэншоу, Ли Чжуан, Тянь Чанхай. Исследование ранних повреждений рельсов высокоскоростных железных дорог Китая. Железнодорожные работы, 2018, 58 (1): 138 - 140.
[4] Реза Масуди Неджад, Шариати Махмуд, Фархангдуст Халиль. Влияние износа на расширение усталостных трещин при прокрутке рельсов [J]. Фибриология International, 2016, 94: 118 - 13.
[5] Ху Юэ, Чжоу Лян, Дин Хаохао и т. Д. Эволюция микроткани железнодорожных перлитных колес под действием контактной нагрузки скользящего скольжения [J]. Международная организация по фрикционизму, 2021154: 106685.
[6] Zarembski Allan M., Древний Иосиф. Может ли шлифовка рельсов уменьшить дефекты рельсов? "Железнодорожные пути и конструкция", 2011107 (2): 32 - 35.