Способы повышения прочности скоростных рельсошлифовальных кругов

Актуальной задачей ОАО «Российские железные дороги» является увеличение скорости движения подвижного состава, которая сдерживается повышенным износом рельсового пути [1-3]. Ускорить процесс восстановления рельсового полотна возможно путем увеличения скорости шлифования рельсов и, как следствие, разработки торцешлифовальных кругов, способных работать со скоростью 100 м/с.

Обеспечение безопасной работы круга на повышенных скоростях достигается за счет применения термопрессования, дополнительных упрочняющих элементов и оптимизации состава связки кругов. Скорость разрыва круга V при вращении в наибольшей степени зависит от прочности на изгиб материала шлифовального круга [4, 5]:

у     ---—--- г розр         A Z1            2 х ’

V /•(! + « + « )

где К - эмпирический коэффициент; сг„ - статическая прочность на изгиб; у - плотность образца; “ ⁼ ^ - коэффициент формы, зависящий от внутреннего d и наружного D диаметров круга.

Исследования разных типов кругов на испытательных стендах позволили установить величину эмпирического коэффициента, которая для кругов с армирующими элементами равна 11,3.

Зная значения К , сг_й, у, а можно рассчитать скорость разрыва круга V_pa3p и коэффициент запаса прочности

(у Y g ' разр

V раб )

где V _б - рабочая скорость круга, которую примем равной 100 м/с.

Физико-механические свойства материала кругов испытывались на образцах в виде брусков 150x90x20 мм. Напряжение изгиба в момент разрушения образца определялось на специальном стенде [6]. Твердость определялась на пескоструйном приборе мод. 910 по ГОСТ 18118. Плотность образцов у определялась измерением линейных размеров и взвешиванием. Звуковой индекс (ЗИ) образцов, связанный с модулем упругости, определялся при помощи прибора «Импульс» измерением скорости ультразвука по таблице звуковых индексов [7].

При изготовлении скоростных абразивных изделий используют термопрессование: теплое и горячее. При теплом прессовании температура пресс-формы лежит в интервале от 60 °C до 100 °C, при горячем прессовании - от 170 °C до 180 °C. При нагреве в температурном интервале 60-100 °C формуемая смесь становится пластичной и под давлением хорошо уплотняется. При дальнейшем увеличении температуры (горячее прессование) происходит частичная полимеризация связующего с получением почти беспористой структуры изделия.

Образцы изготавливались по рецептуре рабочей части круга с применением электрокорунда циркониевого (ЭЦ) зернистостей 160, 125 и 100, и по рецептуре нерабочей части с карбидом кремния зернистости 12 двумя способами: теплым и горячим прессованием.

Результаты испытаний брусков приведены в таблице.

Из табличных данных видно, что бруски, изготовленные методом горячего прессования, имеют более высокую плотность, прочность, скорость ультразвуковых колебаний, ЗИ и твердость, чем бруски, изготовленные методом теплого прессования.

Технология

Физико-механические свойства образцов

Экспериментальная партия абразивных кругов 250x50x76, применяемых на рельсошлифовальных поездах, была изготовлена методом горячего прессования.

Конструктивно шлифовальные круги состоит из двух частей: рабочей, содержащей ЭЦ, и нерабочей несущей части, где вместо ЭЦ используется мелкозернистый карбид кремния, что позволяет повысить прочность круга в целом и снизить расход дорогостоящего ЭЦ.

С целью повышения уровня безопасности при работе круги армированы стеклянным ровингом по наружному диаметру не в два слоя, как серийный для работы со скоростью 50 м/с, а в четыре слоя.

Для удаления влаги формовочные смеси до прессования кондиционировались при 65±5 °C в течение 12 часов. Прессование производилось на гидропрессе усилием 250 т.с. при температуре 180 °C с выдержкой под давлением 40 мин. Сушка осуществлялась при максимальной температуре 185 °C в течение 16 часов.

Для определения фактического запаса прочности опытные круги были испытаны вращением до разрыва на испытательном станке. Коэффициент запаса прочности был обеспечен в интервале 2,6-2,9, что превышает требование к безопасности при работе кругов.

Таким образом, показана техническая возможность изготовления скоростных кругов, промышленное освоение производства которых увеличит производительность ремонта рельсового пути и, как следствие, среднюю скорость движения поездов с 60-80 км/ч до 100-120 км/ч.