Как шлифовка рельсов предотвращает усталость при качении?

Почему RCF образует слой, который можно отшлифовать?

Усталость от качения – это не единичный дефект. Это завершение процесса, начинающегося под поверхностью рельса. Повторяющиеся нагрузки от колеса создают эффект храпового механизма : в головке рельса накапливается пластическая деформация, материал в этом слое становится заметно тверже и более хрупким, плотность дислокаций возрастает, и образуются микротрещины . Затем эти микротрещины растут – поперечные и продольные – и в конечном итоге проявляются в виде трещин на головке, отслоений и облоя, а в худшем случае – в виде поперечного излома.

Цикл развития трещины проходит три стадии: зарождение → инициирование → распространение . Первые две стадии отнимают наибольшую часть срока службы компонента. Именно в этот период шлифовка имеет решающее значение, поскольку на этих стадиях повреждение все еще ограничено тонким поверхностным слоем, который шлифовальный проход может полностью удалить.

Правило глубины, определяющее исход.

Именно этот механизм лежит в основе перехода отрасли от корректирующей шлифовки после появления дефектов к профилактической шлифовке в зависимости от тоннажа . В китайской практике требование к техническому обслуживанию составляет один проход шлифовки на каждые 30–50 миллионов тонн накопленного грузооборота на высокоскоростных линиях с интервалом не более двух лет ; на обычных линиях — каждые 100 миллионов тонн на прямых участках и участках большого радиуса, с уменьшением до 30–50 миллионов тонн на участках с радиусом менее 1200 м. Профилактические разрезы по своей конструкции менее глубокие, именно поэтому глубина трещин остается в пределах диапазона, где шлифовка по-прежнему более эффективна, и поэтому они обходятся дешевле в течение всего срока службы рельса, чем повторные корректирующие работы.

Параметры помола определяют, будете ли вы предотвращать образование остаточных катушек или, наоборот, способствовать им.

Слишком высокая температура шлифовального круга не предотвращает радиационно-конденсирующую усталость — она её инициирует. Доказательства измеримы. Увеличение скорости вращения круга с 1000 до 3000 об/мин приводит к увеличению шероховатости поверхности с 6,6 до 8,4 мкм и толщины белого слоя с примерно 45 мкм до 320 мкм ; при 3000 об/мин белый слой демонстрирует ямки отслаивания, а механизм удаления материала меняется с однократного резания на сочетание резания и отслаивания. Этот белый слой твёрдый и хрупкий — около 870 HV0,3 против примерно 340 HV0,3 у основного металла, что на 155% больше — и исследования Майкла и др., а также Стинбергена показали, что он разрушается на ранних стадиях эксплуатации и вдавливается в подложку шлифовальным кругом, что инициирует и способствует образованию новых трещин.

Таким образом, цель состоит в обеспечении холодного, контролируемого среза с соблюдением допустимых параметров: шероховатость поверхности Ra ≤ 10 мкм , плоскостность в пределах 0,3 мм по линейке длиной 1 м, отсутствие непрерывного синего пригорания , глубина шлифовки ≤ 0,5 мм на основном металле и сглаживание лучше 1‰ . Проход, соответствующий этим параметрам, удаляет усталостный слой и оставляет поверхность, которая сама по себе не станет источником следующей трещины.

Пример из практики и данные — от устранения трещин до подтвержденной долговечности.

Результаты зафиксированы на рельсах. На высокоскоростной линии Хэву подтвержденное сравнение показало износ колеса на миллиметр в диапазоне 4,28 против 3,27 проходных километров , при этом лучший результат для одного колеса составил 214,22 проходных километра без непрерывного синего налета — состояния поверхности, которое в противном случае способствовало бы образованию RCF. Локомотив Liuzhou GMC-96X за два часа простоя изнашивал 18,72 проходных километра с износом колеса 20–30 мм против 43,5–59 мм у импортного эталонного образца. Независимые испытания в Китайской академии железнодорожных наук показали износ колеса в 1,4–2,6 раза лучше, чем указано в спецификации, а колесо G1b 260×90×153 мм со скоростью 50 м/с выдержало 4775 об/мин в течение 30 секунд без разрушения при дисбалансе 21 g . В ходе недавних испытаний Loram DM01 был достигнут показатель Ra 1,05–9,0 мкм, преимущественно 2–4 мкм, без синего пригорания. Компания RailwayCare производит эти шлифовальные круги с 2004 года — первый специализированный производитель шлифовальных кругов для рельсов в Китае — разработала стандарт JB/T 11431 , которому они соответствуют, и имеет сертификаты ISO 9001, ISO 45001 и CRCC ; ассортимент Molaton охватывает шлифовку как поездов, так и ручных станков, поэтому одинаковая контролируемая резка доступна как для поезда с 96 камнями, так и для шлифовального станка для стрелок.