НОВЫЙ ПОДХОД К ПОВЫШЕНИЮ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПОВЕРХНОСТИ КАТАНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ РЕЛЬСОВ
Суслов А.Г., Инютин В.П., Захаров Л.А., Маслюков В.А.
(БГТУ, Брянск, РФ)
A question of raising longevity of rails is discussed. The new technologies of mechanical processing of the railway rails in transit are offered.
В процессе эксплуатации на поверхности катания железнодорожных рельсов появляется дефектный перенаклепаный поверхностный слой, приводящий к интенсивному износу головки рельса и продольная волнистость, ведущие к увеличению интенсивности износа ж/д рельсов. Для удаления этих дефектов применяют рельсошлифовальные комплексы (РШК), формирующие ремонтный профиль, близкий к исходному. Неравномерность износа рельса в поперечном сечении, приводит к снижению производительности шлифования (требуется несколько рабочих ходов РШК со скоростью 8-11 км/час) и делает его практически неприемлемым для скоростных дорог. Формируемый при этом прямолинейно-изогнутый поперечный профиль рельсов вызывает большие напряжения и контактные разрушения в вершинах изогнутости при их эксплуатации после ремонта, приводя к росту интенсивности износа и новому процессу приработки. Эта технология применяется для ремонта изношенных рельсов с высотой продольной волнистости до 1 мм. Для скоростных железных дорог высота продольной волнистости поверхности катания ж/д рельсов не должна превышать 10 мкм, что заставляет искать новые подходы к ремонту рельсов.
Развитие науки о трении и износе показало, что практически все поверхности трения в процессе приработки оптимизируются по шероховатости, качеству поверхностного слоя и геометрической форме. В начале эксплуатации в процессе приработки формируется оптимальный рабочий профиль для каждого участка пути. Возврат рельсам исходного профиля при шлифовании приводит к новому периоду приработки, т.е. их быстрому износу. Учитывая это, задачами обработки рабочей поверхности рельса является снятие дефектного слоя и продольной волнистости с сохранением сформировавшегося поперечного профиля. Причем, очевидно, что процесс должен осуществляться при небольшой величине износа рельсов. Обеспечить это могут новые упругие технологии: иглофрезерование, шлифование брусками и обработка лепестковыми кругами. Изучение этих методов и установление функциональных зависимостей проводится на моделях.
Для удаления перенаклепанного слоя с поверхности катания предлагается использовать иглофрезерование. Иглофрезерная обработка характеризуется воздействием на обрабатываемую поверхность большого количества режущих элементов, которыми являются стальные проволочки малого диаметра с высокой плотностью упаковки. Каждая иголка представляет собой полужесткий микрорезец. При вращении иглофрезы иголки ворса соприкасаются с обрабатываемой поверхностью и упруго отгибаются в тангенциальном направлении. В результате врезания микрорезцов в поверхность обрабатываемой заготовки и перемещения относительно ее происходит снятие с заготовки поверхностного слоя металла. Для исследования процессов иглофрезерования и разработки моделей, описывающих эти процессы, была разработана и изготовлена иглофреза. Ворс U-образной формы набирается в сектор. С двух сторон сектор с набранным ворсом обжимается прижимными крышками. Сектор имеет возможность радиального перемещения, что позволяет регулировать длину свободного вылета ворса, а также производить заточку иглофрезы по мере износа не разбирая ее. В тангенциальном направлении проволочки закрепляются между неподвижным сухарем и подвижным, который, перемещаясь по окружности, поджимает ворс и регулирует плотность его набивки. Наряду с удалением дефектного слоя, иглофрезерование позволяет сохранить естественно сформировавшийся рабочий профиль поверхности благодаря упругости режущих элементов.
Для удаления продольных волнообразных неровностей предлагается применение шлифовальных брусков. Брусок, прижимаясь к рельсу, совершает поступательное движение вдоль продольной оси рельса и поперечное осциллирующее движение. Осцилляцией достигается сложное движение каждого абразивного зерна, приводящее к микрорезанию металла разными гранями зерна. При изменении направления движения происходит очистка поверхности бруска от стружки. Для изучения рассматриваемого метода шлифования брусками в лабораторных условиях используется установка, реализуемая на базе консольно-фрезерного станка. Исследуемый образец, заменяющий рельс, в виде кольца крепится на планшайбе большого диаметра и приводится во вращение приводом главного движения станка. Этим моделируется скорость движения поезда. Движение осцилляции моделируется с помощью осциллирующей головки с бруском, установленной на рабочем столе станка. Длина образца подобрана таким образом, что она уменьшена пропорционально длине стандартного рельса. Соответственно уменьшен средний шаг волны. Длина бруска выбрана из условия эффективного удаления коротких волн (шаг 30...100мм, как наиболее часто встречающихся), то есть перекрытия трех волн. Подбором соответствующих скоростей движений, усилия прижатия, характеристик инструмента можно управлять процессом обработки: величиной съема обрабатываемого материала, величиной износа материала инструмента, формируемыми показателями волнистости и шероховатости.
Для устранения прямолинейно-изогнутого поперечного профиля, уменьшения и формирования эксплуатационной шероховатости поверхности катания ж/д рельсов предлагается использовать обработку лепестковыми кругами. Лепестковый круг состоит из радиально расположенных и жестко закрепленных с одной из торцевых сторон листов шлифовальной шкурки. При вращении зерна шлифовальной шкурки благодаря усилию прижатия и центробежным силам внедряются в обрабатываемую поверхность и производят микрорезание.
Предлагаемые технологии текущего ремонта ж/д рельсов позволяют существенно повысить как качество обработки так и производительность, снизить себестоимость обработки и продлить срок эксплуатации рельсов.