钢轨打磨机理研究进展及展望

综述了钢轨打磨过程中材料的去除机理,主要包括钢轨打磨时材料的去除模型、钢轨打磨温度场,并在此基础上介绍了不同打磨参数、打磨磨石与打磨工况下钢轨材料的去除行为,提出了钢轨打磨效率和打磨质量相互作用机制,总结了钢轨打磨对轮轨滚动接触疲劳的影响因素。提出了未来重点研究方向建议:开展针对磨石特性(如磨料成分、结合剂、粒度、硬度、气孔等)的研究,研发适合我国钢轨的打磨磨石,以提高打磨作业效率和质量,降低打磨作业成本;进一步开展其他特殊工况下的钢轨打磨试验;将钢轨打磨与其他铁路维护作业相结合,在保证轮轨接触状态良好的条件下延长钢轨使用寿命。     

水介质对钢轨高速被动式打磨影响的试验研究

利用高速打磨试验台开展有水介质和无水介质条件下的钢轨高速打磨试验,研究水介质对磨石受力、钢轨打磨量、磨石磨损率、钢轨表面粗糙度等的影响。结果表明:在水介质存在的条件下,磨石所受横向力的波动明显降低,有利于打磨车作业的安全性;水介质的存在使钢轨打磨量略有降低,但不影响正常打磨作业;水介质的存在有利于降低磨石磨损速率和提高钢轨表面打磨后的光洁度,有利于钢轨的高速打磨作业。     

混运模式下钢轨打磨廓形对客货车车轮磨耗的影响研究

针对当前铁路既有线通常采用客货混运模式的现状,以LM踏面客货车车轮分别与CHN60钢轨和打磨后钢轨进行匹配,分析不同匹配下的轮轨接触几何关系;考虑材料弹塑性以及车轮的惯性力,采用mixed Lagrangian/Eulerian方法建立三维轮轨滚动接触有限元模型;基于2种不同的磨耗模型,研究混运模式下钢轨打磨对客货车车轮磨耗的影响。结果表明：钢轨打磨使得客货车的轮轨接触几何关系发生改变,打磨后的钢轨与客车车轮接触Mises应力减小,而与货车车轮接触Mises应力变化不大;同一钢轨分别与客货车车轮接触时,货车车轮的磨耗比客车车轮磨耗大;钢轨的打磨会降低轮轨接触斑内的牵引力从而降低车轮磨耗,这对于延长轮轨的使用寿命非常有利。     

钢轨打磨小车振动特性及其对打磨质量影响的研究

钢轨打磨小车是打磨列车进行打磨作业的主要执行机构,钢轨打磨小车工作时的振动状态会直接影响打磨质量。本文为探究钢轨打磨小车的振动特性及其对打磨质量的影响,分别在不同打磨速度和不同轨道波磨条件下进行了钢轨打磨小车的打磨实验,并对钢轨打磨小车在不同工况下的振动特性及打磨对钢轨不平顺质量的改善进行了现场测试。测试结果表明打磨小车在作业时的主要振动激励来源于砂轮与钢轨相互作用产生的振动,其频率与电机转子的旋转频率相同;随着打磨速度的增加,打磨小车各主要结构的振动幅值降低,且打磨后的钢轨不平顺质量有所提高;在具有波磨的轨道上进行打磨作业时,打磨小车各主要结构的振动幅值均高于在无波磨的轨道上打磨的幅值;当波磨的通过频率与打磨电机的激振频率吻合时,对钢轨打磨小车的振动和打磨后的钢轨不平顺质量均不利。     

基于磨耗控制的重载铁路钢轨打磨廓型优选研究

以重载铁路瓦日线为研究对象,对打磨前后钢轨进行跟踪观测,基于轮轨接触磨耗理论及mixed Lagrangian/Eulerian方法建立的高速轮轨稳态滚动接触有限元模型,将4种打磨后钢轨廓形分别与LM车轮匹配,优选出一种最适合瓦日线的钢轨廓形。结果表明:廓形1钢轨质量指数TQI及磨耗速率均最大;当廓形1与LM踏面接触时接触点对分布较为集中,等效锥度最大,接触斑内质量流密度及磨耗功最大值均最大,轮轨间受到应力最大,轮轨磨耗较大;廓形3钢轨质量指数TQI及磨耗速率均最小;当廓形3与LM踏面接触时接触点分布较好,等效锥度最小,接触斑内质量流密度及磨耗功最大值均最小,轮轨磨耗最小。故仅从磨耗控制角度考虑,研究表明廓形3廓形为最优的钢轨打磨廓形。     

道岔钢轨打磨对轮轨动力学影响分析

以道岔钢轨为研究对象，对线路钢轨实施个性化廓形打磨，采用Simpack建立车辆系统动力学模型，分析钢轨打磨前后轮轨动力学性能变化。实验结果表明，钢轨实施打磨后轮轨接触几何分布较打磨前均匀，车轮横向力、磨耗系数、脱轨系数等指标均有所改善，分别下降了16.95%、11.61%、10.26%，通过道岔钢轨打磨可以有效提升车辆运行稳定性，同时对延长轮轨服役时间具有积极作用。     

混运模式下钢轨打磨廓形对客货车车轮磨耗的影响

针对当前铁路既有线通常采用客货混运模式的现状,以LM踏面客货车车轮分别与CHN60钢轨和打磨后钢轨进行匹配,分析不同匹配下的轮轨接触几何关系;考虑材料弹塑性以及车轮的惯性力,采用mixed Lagrangian/Eulerian方法建立三维轮轨滚动接触有限元模型;基于2种不同的磨耗模型,研究混运模式下钢轨打磨对客货车车轮磨耗的影响。结果表明:钢轨打磨使得客货车的轮轨接触几何关系发生改变,打磨后的钢轨与客车车轮接触Mises应力减小,而与货车车轮接触Mises应力变化不大;同一钢轨分别与客货车车轮接触时,货车车轮的磨耗比客车车轮磨耗大;钢轨的打磨会降低轮轨接触斑内的牵引力从而降低车轮磨耗,这对于延长轮轨的使用寿命非常有利。     

钢轨打磨关键装备及磨石技术发展现状与展望

概述了钢轨打磨策略、钢轨打磨技术,并对国内外砂轮式打磨（主动打磨、高速被动打磨）、铣磨等关键装备进行了综述。同时,对于与砂轮式打磨车相配套且起关键切削作用的磨石（砂轮）,从组分、成形工艺、结构设计、磨削性能评价方法等方面进行了详细评述,总结出精细的配方设计、科学的评价体系标准等是高性能磨石研制所面临的主要挑战。最后,从绿色化、智能化、标准化等方面对未来磨石技术的发展方向进行了展望。     

钢轨打磨过程中打磨压力波动行为分析

钢轨打磨列车作业时存在一定打磨压力波动,从而影响打磨钢轨的表面不平顺。在考虑加载机构的运动行为及砂轮-钢轨接触行为的基础上,建立了打磨小车动力学分析模型,利用该模型研究了钢轨高低不平顺、打磨速度、钢轨波磨、打磨小车结构参数等因素对钢轨打磨压力波动的影响。结果表明:轨道高低不平顺是打磨压力产生波动的主要原因;提高打磨速度,打磨压力波动减小;特定的钢轨波磨波长会使打磨机构产生共振,导致打磨压力波动出现峰值;优化打磨小车一系定位刚度和打磨单元的轻量化有利于减小打磨压力波动,提高钢轨打磨作业的稳定性。     

一种钢轨打磨车车架结构分析

随着运用时间的累积,无论是国有铁路还是城市轨道交通,在轮轨相互作用下,疲劳裂纹、碾压肥边、波浪磨耗等各种轨道病害将陆续出现。这些病害对运营安全、车辆结构、周边环境的影响也日益突出。对于轨道病害的预防和处理,进行预防性钢轨打磨和周期性维护性打磨是有效的手段。从作业时间、作业效率等多方面考虑,使用钢轨打磨车是最优的选择。本文主要介绍一种主要承载方式为车架承载的钢轨打磨车车架结构,在制造过程中通过有限元分析和试验结果对比,保障整个车体强度和刚度满足要求,为后续其他车型设计奠定基础。     

Modelling of dynamic contact length in rail grinding process

Rails endure frequent dynamic loads from the passing trains for supporting trains and guiding wheels. The accumulated stress concentrations will cause the plastic deformation of rail towards generating corrugations, contact fatigue cracks and also other defects, resulting in more dangerous status even the derailment risks. So the rail grinding technology has been invented with rotating grinding stones pressed on the rail with defects removal. Such rail grinding works are directed by experiences rather than scientifically guidance, lacking of flexible and scientific operating methods. With grinding control unit holding the grinding stones, the rail grinding process has the characteristics not only the surface grinding but also the running railway vehicles. First of all, it’s important to analyze the contact length between the grinding stone and the rail, because the contact length is a critical parameter to measure the grinding capabilities of stones. Moreover, it’s needed to build up models of railway vehicle unit bonded with the grinding stone to represent the rail grinding car. Therefore the theoretical model for contact length is developed based on the geometrical analysis. And the calculating models are improved considering the grinding car’s dynamic behaviors during the grinding process. Eventually, results are obtained based on the models by taking both the operation parameters and the structure parameters into the calculation, which are suitable for revealing the process of rail grinding by combining the grinding mechanism and the railway vehicle systems.     

钢轨砂带打磨与砂轮打磨综合性能对比实验研究

基于自主研发的锂电驱动钢轨砂带打磨机和砂轮打磨机,以60N型钢轨廓形作为实验对象,全面对比了新型钢轨砂带打磨技术和传统砂轮打磨技术的性能。结果表明：当打磨压力在45～75 N范围内时,砂带打磨的材料去除率约为砂轮打磨的15～30倍,而当压力增大到90 N时,砂带打磨的材料去除率高达砂轮打磨的102倍;砂带打磨的振动加速度、噪声和能耗均小于砂轮打磨;砂带打磨切屑为带状,而砂轮打磨则表现为高温熔融状,同时当打磨压力增大到105 N时,砂轮打磨后钢轨表面会出现发蓝现象,而砂带打磨不会;此外,砂带打磨的横向表面粗糙度大于砂轮打磨,最高可达8 μm,但满足中国铁路钢轨养护要求的最大值10 μm。综上,钢轨砂带打磨技术在材料去除率、振动、噪声、能耗和温度等方面显著优于传统砂轮打磨技术,预期将成为工程实际中解决钢轨严重病害问题的有效方法之一。     

高速铁路钢轨打磨技术的发展现状与展望

钢轨在服役过程中不可避免会产生波磨、裂纹、剥离、肥边等各种损伤和缺陷,严重影响其使用寿命和列车运行安全。钢轨打磨是当前国内外公认的去除表面损伤和缺陷、抑制滚动接触疲劳、改善轮轨匹配关系、延长钢轨使用寿命、提高列车运行平稳性、安全性以及乘客舒适度的有效和通用手段。概述预打磨、预防性打磨和修复性打磨三种钢轨打磨策略,然后将适用于高速铁路的钢轨打磨技术系统性的分为砂轮端面打磨技术、砂轮周面打磨技术、铣磨复合打磨技术、砂轮高速打磨技术和砂带打磨技术,并对每种打磨技术的原理、国内外相关研究及其对应的典型打磨装备发展现状进行详细评述,最后指出高速铁路钢轨打磨装备总体上呈现智能化、高效化、多样化和绿色化发展趋势,打磨技术将随着先进制造理念的不断渗透而发展进步,同时须研发我国自主化高端钢轨打磨装备,以全面提升我国高速铁路钢轨维护水平。     

基于固结磨粒的单晶蓝宝石自旋转磨削加工方法

利用固结磨粒自旋转磨削加工方法，通过金刚石磨削和化学机械磨削实现了蓝宝石晶片的高效、高质量平坦化加工。采用不同磨粒粒径的金刚石砂轮实现了蓝宝石晶片较高的材料去除率或较好的表面质量。开发了高磨粒浓度Cr2O3砂轮，采用化学机械磨削对金刚石磨削后的蓝宝石晶片进行平坦化加工。实验结果表明，化学机械磨削能够去除金刚石磨削的表面和亚表面缺陷，最终获得表面粗糙度Ra＜1 nm、无/微损伤的蓝宝石晶片。通过理论分析单颗金刚石磨粒的磨削力，发现磨粒粒径是影响材料去除率和表面质量的主要影响因素。通过XPS分析证明了Cr2O3和蓝宝石之间的固相反应过程。     

Application of self-inhaling internal cooling wheel in vertical surface grinding

There is less research on vertical sculptured grinding technology. Especially in high vertical surface grinding process with the cup abrasive wheel, the thermal damage is prone to happen and undermine the grinding surface integrity. This problem limits to improve the grinding efficiency and the grinding ratio greatly. Through the analysis of vertical surface grinding process and features in depth, this paper revealed the inherent mechanism of higher grinding temperature in the process of vertical sculptured grinding using the cup wheel. Based on the previous research achievements, the grinding experiments on TC4 （Ti-6A1-4V） and GH4169 are carried out utilizing the self-inhaling internal cooling wheel. The experimental results show that the self-inhaling internal cooling wheel can efficiently reduce the grinding surface temperature. Moreover, the inherent mechanism of reducing the grinding temperature using the internal cooling method is revealed. Meanwhile, under the same grinding conditions, the grinding ratio during the experiments on GH4169 using self-inhaling internal cooling method is about 3 times as high as using conventional external cooling method. And the grinding forces can be reduced by about 20%. This research revealed the inherent mechanism of higher grinding temperature in the process of vertical sculptured grinding using the cup wheel, which provides theoretical basis for the design and application of self-inhaling internal cooling wheel. At the same time, an efficient and non-invasive surface grinding method of TC4 and GH4169 is presented.     

45钢高效深磨磨削力的实验研究

采用CBN砂轮,在砂轮线速度为90～210m/s的磨削条件下,对45钢进行了高效深磨实验.分析了不同工况对磨削力的影响.实验表明,在高效深磨过程中,提高砂轮线速度使磨削力减小,工件表面粗糙度值下降;增加磨削深度使磨削力上升、比磨削能下降、提高磨削效率,也能保证工件表面质量.     

化学机械磨削技术研究现状与展望

化学机械磨削能通过化学机械协同过程实现单晶硅、石英玻璃等硬脆材料的超精密高质低损加工,被广泛应用于半导体以及光学等领域器件的平坦化加工。在综述化学机械磨削技术材料去除机理、磨削工艺以及复合加工工艺等方面研究现状的基础上,对上述研究现阶段存在的问题进行了分析讨论。分析表明,从固固相化学反应机制和化学机械协同效应角度揭示化学机械磨削机理,有助于从材料去除机理、磨具结构设计以及复合加工工艺开发等角度创新得到提高该技术加工效率的可行性方法。最后,对化学机械磨削技术在多样化加工对象、较复杂结构加工、多能场复合加工工艺以及智能数据库开发等方向的发展进行了展望。     

6m导轨磨床的技术改造

针对设备大修中的大精关设备导轨的磨削表面质量现象,细致分析了导轨磨床横梁升降速度太快、磨头主轴角度不符合磨削技术要求的具体原因,确定能设计蜗轮减速箱、立磨头微调机构,实现有效保证磨削的质量,提高大精关设备导轨的要求。     

不锈钢超高速磨削试验研究

为避免不锈钢磨削中发生砂轮堵塞,减轻磨削烧伤的程度,提高加工效率,优化加工工艺,对不锈钢进行超高速磨削试验研究。在高速/超高速磨削条件下,研究了不同砂轮线速度、工件进给速度和进给量对不锈钢磨削的磨削力、表面粗糙度和表面形貌的影响作用,并检测了不同工况下的砂轮表面状态。研究结果表明,不锈钢在超高速磨削状态下,选择合理的工作台速度和磨削深度能有效提高加工效率,同时又能保证磨削质量。
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