Том 24 № 3 2022 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук, ректор НГТУ ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Украина: Ковалевский С.В., доктор технических наук, профессор, проректор по научно-педагогической работе Донбасской государственной машиностроительной академии, г. Краматорск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Герасенко А.Н., директор ООО НПКФ «Машсервисприбор», г. Новосибирск, Кирсанов С.В., доктор техн. наук, профессор, ТПУ, г. Томск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Кудряшов Е.А., доктор техн. наук, профессор, Засл. деятель науки РФ, ЮЗГУ, г. Курск, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФПМ СО РАН, г. Томск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары В 2017 году журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» вошел в индекс цитирования Emerging Sources Citation Index (ESCI) базы Web of Science. Журналы, представленные в индексе цитирования ESCI, отвечают большинству базовых критериев Core Collection и расцениваются компанией Clarivate Analytics как наиболее влиятельные и востребованные издания, имеющие большую вероятность высокого научного интереса. Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing) на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия. Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 3 2022 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Пермяков Г.Л., Давлятшин Р.П., Беленький В.Я., Трушников Д.Н., Варушкин С.В., Шеньон П. Численный анализ процесса электронно-лучевой аддитивной наплавки с вертикальной подачей проволочного материала.......................................................................................................................................... 6 Ильиных А.С., Банул В.В., Воронцов Д.С. Теоретический анализ способов пассивного шлифования рельсов................................................................................................................................................................ 22 Чинчаникар С. Моделирование характеристик износа при скольжении композиционного материала на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ), армированного углеродным волокном, в паре трения с SS304 (12Х18Н10Т)......................................................................................................................................... 40 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Аббасов В.А., Баширов Р.Дж. Особенности применения ультразвука при плазменно-механической обработке деталей из труднообрабатываемых материалов........................................................................... 53 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Столяров В.В., Андреев В.А., Карелин Р.Д., Угурчиев У.Х., Черкасов В.В., Комаров В.С., Юсупов В.С. Деформационная способность сплава с памятью формы TiNiHf при прокатке с импульсным током........................................................................................................................................................... 66 Воронцов А.В., Филиппов А.В., Шамарин Н.Н., Москвичев Е.Н., Новицкая О.С., Княжев Е.О., Денисова Ю.А., Леонов А.А., Денисов В.В. Микроструктура и остаточные напряжения многослойных покрытий ZrN/CrN, полученных плазменно-ассистированным вакуумно-дуговым методом............................................................................................................................................................... 76 Иванов И.В., Сафарова Д.Э., Батаева З.Б., Батаев И.А. Сравнение подходов, основанных на методе Вильямсона-Холла, для анализа структуры высокоэнтропийного сплава Al0,3CoCrFeNi после холодной пластической деформациий.............................................................................................................................. 90 Крюков Д.Б. Структурные особенности и технология получения легких броневых композиционных материалов с механизмом локализации хрупких трещин.............................................................................. 103 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 112 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 123 Корректор Л.Н. Ветчакова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 05.09.2022. Выход в свет 15.09.2022. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 15,5. Уч.-изд. л. 28,83. Изд. № 137. Заказ 233. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 24 No. 3 2022 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Rector, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. We sincerely happy to announce that Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”), ISSN 1994-6309 / E-ISSN 2541-819X is selected for coverage in Clarivate Analytics (formerly Thomson Reuters) products and services started from July 10, 2017. Beginning with No. 1 (74) 2017, this publication will be indexed and abstracted in: Emerging Sources Citation Index. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 3 2022 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Ukraine: Sergiy V. Kovalevskyy, D.Sc. (Engineering), Professor, Vice Rector for Research and Academic Affairs, Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Gerasenko, Director, Scientifi c and Production company “Mashservispribor”, Novosibirsk; Sergey V. Kirsanov, D.Sc. (Engineering), Professor, National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Evgeniy A. Kudryashov, D.Sc. (Engineering), Professor, Southwest State University, Kursk; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, Institute of Strength Physics and Materials Science, Russian Academy of Sciences (Siberian Branch), Tomsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 24 No. 3 2022 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Permyakov G.L., Davlyatshin R.P., Belenkiy V.Y., Trushnikov D.N., Varushkin S.V., Pang S. Numerical analysis of the process of electron beam additive deposition with vertical feed of wire material...................... 6 Ilinykh A.S., Banul V.V., Vorontsov D.S. Theoretical analysis of passive rail grinding.................................. 22 Chinchanikar S. Modeling of sliding wear characteristics of Polytetrafl uoroethylene (PTFE) composite reinforced with carbon fi ber against SS304........................................................................................................ 40 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Abbasov V.A., Bashirov R.J. Features of ultrasound application in plasma-mechanical processing of parts made of hard-to-process materials...................................................................................................................... 53 MATERIAL SCIENCE Stolyarov V.V., Andreev V.A., Karelin R.D., Ugurchiev U.Kh., Cherkasov V.V., Komarov V.S., Yusupov V.S. Deformability of TiNiHf shape memory alloy under rolling with pulsed current....................... 66 Vorontsov A.V., Filippov A.V., Shamarin N.N., Moskvichev E.N., Novitskaya O.S., Knyazhev E.O., Denisova Yu.A., Leonov A.A., Denisov V.V. Microstructure and residual stresses of ZrN/CrN multilayer coatings formed by the plasma-assisted vacuum-arc method........................................................................... 76 Ivanov I.V., Safarova D.E., Bataeva Z.B., Bataev I.A. Comparison of approaches based on the WilliamsonHall method for analyzing the structure of an Al0.3CoCrFeNi high-entropy alloy after cold deformation....... 90 Kryukov D.B. Structural features and technology of light armor composite materials with mechanism of brittle cracks localization.......................................................................................................................... 103 EDITORIALMATERIALS 112 FOUNDERS MATERIALS 123 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 3 2022 22 ТЕХНОЛОГИЯ Введение На сегодняшний день в условиях интенсификации работы железных дорог вопросам содержания железнодорожного пути и, в частности, рельсов уделяется особое внимание. Одним из Теоретический анализ способов пассивного шлифования рельсов Андрей Ильиных a,*, Виктор Банул b, Денис Воронцов c Сибирский государственный университет путей сообщения, ул. Дуси Ковальчук, 191, 630049, Россия a https://orcid.org/0000-0002-4234-6216, asi@stu.ru, b https://orcid.org/0000-0002-4257-2686, banul@ngs.ru, c https://orcid.org/0000-0002-3819-781X, voroncovds@stu.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2022 Том 24 № 3 с. 22–39 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.3-22-39 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.923 История статьи: Поступила: 15 июня 2022 Рецензирование: 29 июня 2022 Принята к печати: 05 июля 2022 Доступно онлайн: 15 сентября 2022 Ключевые слова: Шлифование рельсов Пассивное шлифование Эффективность механической обработки Производительность шлифования Финансирование: Исследование выполнено при финансовой поддержке субсидий из Федерального бюджета на развитие кооперации российских образовательных организаций высшего образования, государственных научных учреждений и организаций реального сектора экономики в целях реализации комплексных проектов по созданию высокотехнологических производств. Благодарности: Исследования частично выполнены на оборудовании ЦКП «Структура, механические и физические свойства материалов» (соглашение с Минобрнаукой № 13.ЦКП.21.0034). АННОТАЦИЯ Введение. Существуют различные технологии механической обработки рельсов, предназначенные для устранения дефектов на поверхности катания и продления их жизненного цикла. Наиболее распространенной является технология шлифования рельсов вращающимися шлифовальными кругами с применением рельсошлифовальных поездов. Основной ее недостаток – низкая рабочая скорость перемещения шлифовального поезда, требующая организации технологических окон с остановкой движения поездов по перегону. Для выполнения профилактического шлифования рельсов с минимальным съемом металла с головки рельса в последние годы получают распространение технологии пассивного шлифования с применением шлифовальных кругов. Пассивное шлифование – это когда на шлифовальном круге отсутствует мощность для активного его вращения. Такие методы позволяют достигать высоких скоростей движения шлифовального поезда, а работы можно осуществлять в графике движения поездов без закрытия перегона. В настоящее время технологии пассивного шлифования являются относительно новыми и не обладают необходимой научной базой для осуществления оптимизации процесса механической обработки. Цель работы. Теоретические исследования кинематического и силового анализа двух методов пассивного шлифования рельсов: периферией и торцом шлифовального круга. Методология проведения работы: кинематический и силовой расчет схем шлифования рельсов. Результаты и их обсуждение. В рамках теоретических исследований проведен кинематический и силовой анализ двух методов пассивного шлифования, на основании которого определены оптимальные условия их реализации. Установлено, что метод пассивного шлифования периферией круга имеет большую на 20 % производительность и энергоэффективность процесса перед торцевым пассивным шлифованием за счет большей скорости вращения шлифовального круга при равных усилиях его прижатия к рельсу. При этом пассивное шлифование торцом круга отличается большим в 2 раза диапазоном изменения как скорости вращения шлифовального круга, так и усилия его прижатия, что позволяет при равных скоростях движения шлифовальных поездов достичь большего съема металла. В заключении сформулированы перспективные задачи дальнейших исследований в области пассивного шлифования рельсов. Для цитирования: Ильиных А.С., Банул В.В., Воронцов Д.С. Теоретический анализ способов пассивного шлифования рельсов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2022. – Т. 24, № 3. – С. 22–39. – DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.322-39. ______ *Адрес для переписки Ильиных Андрей Степанович, д.т.н., доцент Сибирский государственный университет путей сообщений, ул. Дуси Ковальчук, 191, 630049, г. Новосибирск, Россия Тел.: 8 (383) 328–04–13, e-mail: asi@stu.ru
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 3 2022 23 TECHNOLOGY приоритетных направлений, которое позволяет продлить жизненный цикл рельсов, является технология их шлифования в условиях железнодорожного пути [1–3]. Задачи, возлагаемые на данный вид технологического воздействия, обширные и могут заключаться как в предотвращении образования дефектов контактно-усталостного характера, так и удалении уже имеющихся дефектов и формировании требуемого профиля рельсов [4]. В связи с этим в зависимости от поставленных задач разделяют шлифование превентивное (предупредительное, профилактическое), ремонтное (корректирующее) и восстановительное (профилирующее). Каждый из указанных подходов определяет технологию его реализации [5]. Так, восстановительное шлифование характеризуется необходимостью большого съема металла с рельса при относительно невысоких скоростях движения рельсошлифовального поезда (РШП), а, в свою очередь, превентивное шлифование должно выполняться на максимальных скоростях движения РШП с относительно небольшим съемом металла рельса (см. таблицу). Эффективно реализовать такой диапазон режимов работы на одном виде технологического оборудования невозможно [6–8]. Применяемые на сегодняшний день рельсошлифовальные поезда типа RR–48, РШП–48 и РШП–48К ограничиваются следующими режимами шлифования: рабочая скорость РШП от 4 до 8 км/ч; средний съем металла от 0,05 до 0,3 мм за проход. При этом реализуется схема «активного» шлифования, которая заключается в плоском торцевом шлифовании вращающимися абразивными кругами с частотой вращения 3600 об/мин, которые приводятся во вращение электродвигателями. Таким образом, использование указанных типов рельсошлифовальных поездов в профилактических целях крайне не эффективно, поскольку невозможно производить работы по шлифованию на скоростях РШП, превышающих 8 км/ч, даже при минимальном съеме металла. Технологические воздействия по шлифованию рельсов Technological impacts of rail grinding Технологическое воздействие / Technological impact Цель воздействия / The purpose of the impact Технология обработки / Machining technology Превентивное (предупредительное, профилактическое) / Preventive (prophylactic) Недопущение образования поверхностных дефектов рельсов / Preventing the formation of surface defects in rails Незначительный съем металла (до 0,1 мм) на больших скоростях движения (до 90 км/ч) / Insignifi cant metal removal (up to 0.1 mm) at high speeds (up to 90 km/h) Ремонтное (корректирующее) / Repair (corrective) Удаление поверхностных дефектов рельсов, устранение волнообразного износа, корректировка поперечного профиля рельса / Removal of surface defects of rails, elimination of wave-like wear, correction of the cross profi le of the rail Большой съем металла (до 1,5 мм) на отдельных участках головки рельса на средних скоростях движения (до 15 км/ч) / Heavy metal removal (up to 1.5 mm) in certain sections of the rail head at medium speeds (up to 15 km/h) Восстановительное (профилирующее) / Restorative (profi ling) Восстановление поперечного (ремонтного) профиля рельсов, перепрофилирование старогодных рельсов и при переукладке рельсов в кривых участках пути / Restoration of the transverse (repair) profi le of rails, reprofi ling of old-year rails and when relaying rails in curved track sections Большой съем металла (до 3,5 мм) по всему поперечному профилю рельса на малых скоростях движения (до 6 км/ч) / Heavy metal removal (up to 3.5 mm) along the entire transverse profi le of the rail at low speeds (up to 6 km/h)
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 3 2022 24 ТЕХНОЛОГИЯ Еще одним фактором, оказывающим значительное влияние на эффективность процесса шлифования рельсов, – это необходимость организации технологических окон для производства работ. Существующие скорости работы РШП (до 8 км/ч) не позволяют их использовать в рамках расписания движения пассажирских и грузовых составов, что приводит к необходимости закрытия для движения целых перегонов – организация технологических окон и, как следствие, к возникновению больших финансовых затрат, вызванных уменьшением пропускных способностей участков железнодорожного пути [9]. На основании вышеизложенного актуальной проблемой путевого комплекса железных дорог является расширение технологических возможностей рельсошлифовальных поездов. Ключевой задачей в решении указанной проблемы является повсеместное увеличение рабочей скорости рельсошлифовальных поездов с целью исключения или, как минимум, сокращения продолжительности технологических окон. Наиболее перспективным является повышение скоростей РШП при выполнении работ по профилактическому и корректирующему шлифованию с незначительными съемами металла рельса [10, 11]. Технология шлифования рельсов с момента своего появления была направлена прежде всего на недопущение образования волнообразного износа рельсов, пробуксовок и поверхностных дефектов на наиболее нагруженных участках пути, т. е. носила профилактический характер. С этой целью начиная с 60-х годов XX века применялась технология пассивного шлифования рельсов [12]. Термин – «пассивное» в данном случае характеризует отсутствие у абразивного инструмента дополнительных движений (как правило, вращательного или возвратно-поступательного) за счет специальных приводных механизмов. Шлифование происходит только за счет прижатия и продольного перемещения инструмента. Реализация данной технологии на отечественных железных дорогах осуществлялась при помощи так называемых рельсошлифовальных вагонов (РШВ), которые также выполняли функцию рельсосмазывания. В движение эти вагоны приводились локомотивом. Принцип их работы заключался в прижатии к рельсу с постоянным усилием абразивных брусков (рис. 1, а), которые находились на ходовых тележках вагонов между колесными парами (рис. 1, б). Таким образом, при движении вагонов производилось шлифование поверхности катания головки рельса. Данная технология шлифования предполагала рабочее перемещение РШВ на достаточно высоких скоростях – до 60 км/ч и не требовала организации технологических окон. При этом она обладала рядом существенных недостатков, таких, как быстрое засаливание абразивных брусков и необходимость их приработки под конкретный поперечный профиль рельса. Кроме того, в процессе шлифования формировались только продольные риски на обработанной поРис. 1. Рельсошлифовальный вагон РШВ: а – принципиальная схема шлифования; б – общий вид шлифовального оборудования РШВ Fig. 1. Railgrinder RShV: a – grinding schematic diagram; б – general view of the grinding equipment а б
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 3 2022 25 TECHNOLOGY верхности рельса, что снижало эффективность удаления металла. В силу указанных недостатков и низкой эффективности процесса брускового пассивного шлифования к середине 90-х годов ХХ века он был практически полностью заменен на технологию шлифования рельсов с применением «активных» рабочих органов – вращающихся шлифовальных кругов. Но, как было отмечено раннее, РШП, реализующие технологию активного шлифования рельсов, значительно ограниченные по скорости рабочего перемещения, могут работать только в «окно» и, как правило, используются для ремонтного и восстановительного шлифования. Таким образом, вопрос организации превентивного шлифования рельсов усложнялся отсутствием соответствующего оборудования, способного шлифовать рельсы на больших скоростях движения. С растущей плотностью и скоростью грузовых и пассажирских перевозок, развитием высокоскоростного движения потребность в профилактическом шлифовании без нарушения движения поездов только возрастала. В этой связи в начале 2000-х годов немецкой компанией Stahlberg–Rönsch (SRL) был предложен способ пассивного высокоскоростного шлифования рельсов периферией шлифовального круга – High Speed Grinding (HSG), который в некоторой степени исключал недостатки известного брускового пассивного шлифования [13–14] (далее – метод HSG). В методе HSG предложено производить одновременное шлифование верхней и боковой рабочих поверхностей головки рельса с помощью цилиндрических шлифовальных кругов. Эти круги имеют возможность свободного вращения вокруг своей оси и прижимаются соответствующим механизмом к головке рельса под заданным углом к направлению движения. Вращение шлифовальных кругов осуществляется за счет действия сил трения между поверхностями рельса и круга при продольном перемещении абразивного инструмента (рис. 2, а). Таким образом, в ходе самопроизвольного проворачивания шлифовального круга обеспечивается непрерывная обновляемость рабочей поверхности абразивного инструмента и, как следствие, исключается его засаливание [14, 15]. В 2007 году компания SRL построила машину, работающую по методу HSG. Новый рельсошлифовальный поезд RC–01 включал 96 шлифовальных кругов (рис. 2, б) и мог производить шлифование на скоростях до 80 км/ч, удаляя при этом слой металла толщиной около 0,05 мм за проход. На тот момент RC–01 был первым в мире и единственным рельсошлифовальным поездом, который применялся для шлифования рельсов без закрытия перегона и вписывался в рамки регулярного графика движения грузовых и пассажирских поездов. RC–01 работал на основных направлениях и высокоскоростных линиях Deutsche Bahn Netz AG 14, 15]. а б Рис. 2. Рельсошлифовальный поезд RC-01: а – принципиальная схема шлифования; б – общий вид шлифовального оборудования RC–01 Fig. 2. Railway grinding train RC-01: a – grinding schematic diagram; б – general view of the grinding equipment
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 3 2022 26 ТЕХНОЛОГИЯ В дальнейшем компания SRL вошла в состав группы компаний Vossloh, и на сегодняшний день метод HSG является ее уникальной технологией. С помощью данной технологии, а также на основе накопленного опыта эксплуатации шлифовального поезда RC–01 в Vossloh разработали и в 2010 году изготовили новый рельсошлифовальный поезд – HSG–2 (рис. 3). В новой машине был использован все тот же метод HSG (см. рис. 2, а), при этом максимальная рабочая скорость поезда была увеличена до 100 км/ч [15]. Новая шлифовальная машина позволила Vossloh стать первой частной компанией, предоставляющей услуги по профилактическому техническому обслуживанию высокоскоростных участков железных дорог в Европе и Китае. При всех положительных моментах у метода HSG имеется и недостаток. Основной отрицательной стороной метода пассивного шлифования периферией шлифовального круга является необходимость приработки абразивного инструмента под обрабатываемый поперечный профиль рельса. Так, в начальный момент обработки шлифовальный круг имеет цилиндрическую форму и его контакт с рельсом осуществляется по поверхности катания (рис. 4, а). В процессе шлифования абразивный круг начинает изнашиваться и принимать очертания профиля рельса, при этом контакт круга с рельсом расширяется (рис. 4, б). При дальнейшей обработке абразивный круг полностью прирабатывается и охватывает шлифованием как верхнюю, так и боковую рабочую поверхности рельса (рис. 4, в). Таким образом, от момента начала шлифования до полной приработки абразивного инструмента должно пройти определенное количество времени. С учетом того, что рабочая скорость рельсошлифовального поезда составляет около 100 км/ч, поезд проезжает значительную часть пути, на которой профиль рельса остается не полностью обработанным. Кроме того, следует отметить, что геометрия поперечного профиля рельса на различных участках железнодорожного пути может быть неодинакова, т. е. можно предполагать, что при определенных условиях, абразивные круги могут частично находиться в состоянии приработки до полного своего износа. Особенно это характерно при наличии кривых участков пути различного радиуса, спусков или подъемов, участков торможения или разгона на обрабатываемом перегоне. Для исключения указанного недостатка метода HSG в Сибирском государственном университете путей сообщения (СГУПС) предложен способ пассивного шлифования торцом абразивного круга [16]. В предлагаемом способе расположение шлифовальных кругов относительно рельса аналогично методу активной обработки вращающимися шлифовальными кругами, применяемому на рельсошлифовальных поездах типа РШП (рис. 5), при этом абразивный инструмент не имеет привода от электродвигателя и свободно закреплен на оси вращения. Шлифование в данном случае происходит за счет прижатия торца абразивного круга к обрабатываемой поверхности рельса и одновременной его установки с эксцентриситетом e относительно соответствующей дорожки шлифования (рис. 6). Тем самым обеспечивается пассивное Рис. 3. Рельсошлифовальный поезд HSG-2: а – общий вид HSG–2; б – общий вид шлифовального оборудования HSG–2 Fig. 3. Railway grinding train HSG–2: a – general view of HSG-2; б – general view of grinding equipment HSG-2 а б
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 3 2022 27 TECHNOLOGY а б в Рис. 4. Схема приработки абразивного круга в технологии HSG: а – начало работы; б – процесс приработки; в – приработанный инструмент Fig. 4. The scheme of breaking-in of an abrasive wheel by HSG technology: a – process beginning; б – breaking-in process; в – broken-in tool а б Рис. 5. Шлифовальное оборудование рельсошлифовальных поездов типа РШП: а – общий вид шлифовального оборудования РШП; б – схема расстановки шлифовальных кругов по поперечному профилю рельса Fig. 5. Grinding equipment of RShP rail grinding trains: a – general view of the grinding equipment RShP; б – scheme of the grinding wheels arrangement along the rail transverse profi le вращение шлифовального круга, за счет действия сил трения по мере линейного перемещения рельсошлифовального поезда [16] (далее – метод СГУПС). Дополнительным преимуществом метода, предложенного СГУПС, является возможность его реализации на базе существующей конструкции рельсошлифовальных поездов типа РШП, а также возможность совмещения технологий пассивного и активного шлифования в одной путевой машине. Оценка возможности применения тех или иных способов обработки рельсов для заданных условий эксплуатации может быть осуществлена только с помощью имеющейся научной базы, которая применительно к пассивному шлифованию рельсов на сегодняшний день отсутствует в силу своей ограниченной применимости. Кроме того, технология пассивного шлифования рельсов является относительно новой и характеризуется небольшим количеством исследований в этой области и, как следствие, ограниченным
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1