[表面强化及损伤机理]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。     

基于虚拟砂轮的钢轨打磨温度场研究

基于现场钢轨打磨作业方式,建立符合真实砂轮特征的虚拟砂轮,进而建立钢轨打磨过程砂轮-钢轨模型。运用有限元软件DEFORM仿真打磨过程中的钢轨温度场变化,分析钢轨上节点温度的变化规律,并研究不同打磨参数(包括打磨深度、进给速度、砂轮转速)对打磨温度的影响。研究结果表明:钢轨打磨过程中,钢轨经历砂轮的两次打磨作用,磨削区域温度继续升高,热影响区会进一步扩大。钢轨节点温度迅速升高过程中会经历一个小幅降低,然后继续升高达到温度最高点之后再逐渐降低。打磨参数对打磨温度有明显影响,当打磨深度从10μm增加到70μm时,钢轨最高温度从330℃升高至529℃;当进给速度从5 km/h增加至20 km/h时,钢轨最高温度从663℃降低至407℃;当砂轮转速从2000 r/min增加至3800 r/min时,钢轨最高温度从353℃升高至445℃。     

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。     

钢轨CBN砂轮高速打磨试验台设计与试验研究

研制一种可模拟高速打磨实际工况的高速CBN砂轮打磨试验平台、该试验台可模拟砂轮纵向、垂向进给,并且可以实现±50°偏转,实现钢轨的正向、侧向的打磨。通过试验台模拟打磨试验验证了CBN砂轮高速打磨钢轨的可行性,并得出3#复合结合剂砂轮最适合高速打磨,最优打磨砂轮线速度70m/s^80m/s,最优下压力800N^1000N。     

基于三点法的高铁钢轨打磨砂轮磨损检测仿真

针对高速铁路钢轨打磨过程中存在砂轮磨损问题,深入研究了钢轨打磨过程和砂轮磨损检测,提出了采用自为基准的三点法对钢轨打磨砂轮的磨损进行间接测量,建立了三点法测量的数学模型,对三点法测量的影响因素和测量方案进行了仿真,并对仿真结果进行了分析,为测量小车的制作和测量方案的选取提供了依据。最后,对表示钢轨打磨前、后表面的两条正弦曲线进行了仿真测量,验证了三点法测量钢轨打磨砂轮磨损的可行性。仿真结果表明,该砂轮磨损检测方法是可行的,测量方案的稳定性明显。     

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。     

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Kriging插值方法的钢轨打磨温度预测

选取砂轮线速度和磨削速度为自变量、打磨温度为因变量,构建基于Kriging插值方法的钢轨打磨温度预测模型。预测结果发现:在同样的磨削速度下,当钢轨砂轮线速度增大后,其表面温度会随之上升;在同样的砂轮线速度下,如果磨削速度增大,则钢轨温度也会上升。钢轨所能达到的最高打磨温度是571.6℃,最低温度是429.8℃。该模型与测试结果的最大误差是4.5%,由此可以推断本研究构建的Kriging模型可以精确预测各打磨参数下的钢轨磨削温度。     

蜗杆砂轮磨齿加工参数优化

以蜗杆砂轮磨削加工20CrMnTi齿轮为研究对象,选择均匀设计试验法,研究磨削参数（砂轮线速度vs、砂轮沿齿轮轴向进给速度vw、磨削厚度ap）对齿面粗糙度的影响。采用二级逐步回归方法建立磨削参数与齿面粗糙度的回归模型,构建了以加工效率、齿面粗糙度为多目标的优化模型,采用粒子群优化算法对磨削参数进行了优化。试验结果表明,使用优化后的磨削参数加工可以提高加工效率、减小齿面粗糙度。     

多孔钎焊砂轮的制备及SiC陶瓷磨削试验研究

基于模压成形和真空固相烧结工艺,选用Cu-10Sn结合剂、经氧化预处理的TiH2钎焊造孔剂、MBD8金刚石磨粒,制备出磨粒把持力大、孔隙分布均匀的多孔钎焊金刚石砂轮（PBDGW）。开展PBDGW与多层钎焊金刚石砂轮（MBDGW）的SiC陶瓷磨削对比试验,从磨削力、工件表面粗糙度和表面/亚表面形貌等方面分析砂轮的磨削性能。试验结果表明：与MBDGW相比,PBDGW磨削SiC陶瓷的切向力下降了8.4%～23.6%、法向力下降了10.2%～38.6%,磨削加工表面粗糙度平均降幅为10.4%;工件表面完整性较好,表面/亚表面的脆性断裂、微观裂纹等缺陷较少。     

[养护维修装备]双动力48磨头钢轨打磨车研制

对双动力48磨头钢轨打磨车的三种技术实施路线进行分析,确定了整车采用“柴油发电机组+接触网+交流电传动”的技术路线,并列举了整车的关键技术。介绍了整车的主要结构及性能,并对整车的自运行工况及打磨作业工况的牵引特性进行了计算分析。最后对整车的线路适应性、产品优势、社会效益及试验情况进行了描述。计算分析及试验结果表明：双动力48磨头钢轨打磨车的牵引特性满足长大坡道作业要求,并适应现有各种速度等级的客运专用线路,其车体与转向架强度、动力学性能及作业性能均满足试验标准要求,且具有节能环保、适用于隧道打磨作业的优点。     

新型点磨削砂轮磨削参数对磨削温度影响研究

提出了一种带有粗磨区倾角θ的陶瓷结合剂CBN点磨削砂轮,这种新型砂轮具有磨除率高、加工精度好等优点。研究了磨削热产生与分配理论和红外测温原理。分别用不同θ角的砂轮在一系列磨削参数条件下磨削QT700材料的阶梯轴,用Thermovision A40M热像仪测量砂轮磨削工件时接触区的平均温度,得出了偏转角α、磨削深度ap、工件轴向进给速度vf和砂轮速度vs在磨削过程中对磨削温度的影响规律,并且比较了在同一组磨削参数下,三种不同θ角砂轮对磨削温度的影响情况。     

齿根过渡圆弧对全齿槽成形磨削温度和残余应力影响的研究

在齿轮全齿槽成形磨削过程中,考虑相邻三个热源（齿底热源、过渡圆弧热源、齿廓热源）的耦合效应,建立了磨削温度场的三维有限元仿真模型,计算了全齿槽成形磨削温度,并在此基础上,采用基于热-结构耦合的有限元方法计算了磨削引起的残余应力,分析了磨削温度场和残余应力场的分布特征,以及齿根过渡圆弧的大小对磨削温度和磨削后齿根处残余应力分布的影响。结果表明,过渡圆弧半径对磨削温度的影响相对较小,但对齿根处残余应力的影响较大;与没有过渡圆弧的齿槽相比,当过渡圆弧半径超过2 mm时,磨削后齿根最大残余应力降低20%以上。实验测量结果与有限元仿真结果一致,证明了模拟结果的正确性。     

ELID磨削工艺参数对磨削力的影响

小口径非球面玻璃透镜因具有极高的成像质量和成像分辨率而被广泛应用于中高档镜头中。在线电解修整(Electrolytic In-Process Dressing,ELID)磨削作为高效的镜面磨削方法被广泛应用于硬、脆等加工材料的镜面磨削。在精密平面磨床上安装喷嘴电解ELID磨削系统对硬质合金材料进行了喷嘴电解方式ELID磨削试验研究。实验分析了磨削力随着砂轮转速、工作台进给速度、磨削深度三个磨削工艺参数变化的规律。同时,相同的磨削参数下,比较喷嘴电解方式ELID磨削和普通磨削的磨削力研究。试验结果表明,喷嘴电解方式ELID磨削能明显降低磨削力,与普通磨削相比较,能更好的实现硬质合金材料的超精密磨削加工。     

多轴联动工具磨削软件关键技术与发展趋势

面向复杂形状刀具的多轴联动工具磨削软件已成为我国制造工业亟需突破的瓶颈问题之一,为此,介绍了工具磨削软件的应用场景及需求,梳理了国外主要工具磨削软件品牌及其功能特点,进而从数学、力学、材料学等软件涉及的关键理论问题角度分析了工具磨削软件需要突破的关键技术,并在此基础上提出了未来工具磨削软件的智能化发展趋势,从而为我国工具磨削软件的自主研发提供参考。