磨削案例

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高铁轨道打磨CBN砂轮

分类：磨削案例
作者：湖南兴大
来源：湖南兴大
发布时间：2020-08-05 15:55
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【概要描述】从当前国家处于工业化加快形成的国情实际出发，高速铁路建设是突破现有铁路网布局瓶颈的必然选择。中国正处在可持续发展的关键阶段，而世界历史发展证明，高速铁路建设是经济社会发展的必然趋势。

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高铁轨道打磨CBN砂轮

分类：磨削案例
作者：湖南兴大
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从当前国家处于工业化加快形成的国情实际出发，高速铁路建设是突破现有铁路网布局瓶颈的必然选择。中国正处在可持续发展的关键阶段，而世界历史发展证明，高速铁路建设是经济社会发展的必然趋势。截止2018年底，中国投入运营的高速铁路已达到2.9万公里，占全球高速铁路总里程的三分之二以上。是世界上高速铁路系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运行速度最高、在建规模最大的国家。

·中国国家发改委于2016年7月20日对外公布《中长期铁路网规划》

铁路运输系统是世界运输体系中的重要环节，具有运载量大、行驶速度快、安全性好、经济效益商等优势。而作为铁路运输中起到承载作用的关键部件，钢轨起着引导车辆行驶并向路基传递载荷的作用。随着我国铁路运行速度的日益提高及运量的不断增加,对铁路系统的要求越来越高. 高速重载线路投入运营后, 钢轨出现了各种表面伤损, 如钢轨波浪形磨耗、轨面擦伤、轨面剥离、轨侧严重磨损、裂纹和轨头压溃等, 且发展速度较快, 影响了铁路运输能力和经济效益. 要延长钢轨的使用寿命, 就必须定期对钢轨进行维护, 防止损伤的产生以及进一步恶化, 从而保证行车的安全性和舒适性。

要延长钢轨的使用寿命,需要考虑钢轨制造和养护维修两个方面. 具体地说, 就是生产高质量钢轨, 有效地润滑轮轨界面和对钢轨断面进行科学打磨. 钢轨打磨是线路养护维修中的重要手段，加拿大、美国、澳大利亚、瑞典、印度等国的铁路维护实践证明, 采用打磨的方法来预防钢轨波磨、控制接触疲劳、裂纹扩展和磨耗有较好的效果, 并可获得巨大的效益. 主要表现在以下方面:

（1）打磨消除了轨道不平顺, 减少了轮轨间的振动, 提高轨道的稳定性, 降低了线路与机车车辆

（2）打磨与钢轨涂油相结合, 可延长钢轨寿命50% -300% ;

（3）改善轮轨粘着, 减小滚动阻力, 提高了行车安全;

（4）降低了噪声与振动, 提高了旅客的舒适度.

我国钢轨维修设备水平和打磨技术远远落后于铁路发达国家，钢轨打磨设备主要靠进口, 1989 年我国引进第一台钢轨打磨设备，打磨实践的作业经验和理论水平有待进一步发展。钢轨打磨工艺方面又因为技术封锁而难以根据实际线路情况选择合适的打磨模式。不仅如此，相比于欧洲、北美及澳洲等地，我国铁路的实际状况有较强的特殊性；包括线路客货混运、行车密度大、客运提速、货运重载甚至地形气候等明显的不同。这将导致已经引进的打磨模式和打磨砂轮也难以适合我国钢轨打磨的需求。此外，打磨设备的昂贵费用及打废钢轨的巨额代价促使我国目前的打磨作业方法及工具，往往采用最保守传统锆刚玉砂轮包络法打磨的方式，而这种方式没能充分的发挥出钢轨打磨技术的优势。

目前国内钢轨打磨的普遍方式是，专用打磨列车共配备48-96个树脂砂轮，即每侧钢轨分配48个，布置在钢轨廓型截面-7O度--+20度的不同位置处。由于砂轮的作业顺序对钢轨廓型打磨存在影响，一般按照钢轨的外侧--内侧--轨顶--整形的顺序布置砂轮。铁轨单趟打磨量在0.2-0.3mm，列车打磨速度在8-25KM/h，砂轮大约60-100KM需要更换一次。该工艺的优点是可修复廓形，清除较重病害，作业范围广，技术成熟。但是该技术也存在以下缺陷：

（1）易损伤钢轨、装备和控制系统复杂，打磨速度慢。

（2）砂轮消耗量高，经济成本高。

（3）打磨时发热量大，会使作为结合剂的酚醛树脂局部裂解，产生一定量的有毒有害的气体，同时大的发热量会使钢轨表面产生一定厚度的热应力层，影响钢轨材料的疲劳寿命。

（4）打磨过程中磨料快速破碎与脱落树脂结合剂一起产生大量的粉尘，特别是在打磨涵洞及山谷等通风条件不好的工段铁轨时，粉尘含量甚至会达到3000mg/m3,环境污染严重。

·图1 轨道打磨车 ·图2 轨道打磨砂轮

根据目前铁轨打磨砂轮的使用缺陷，湖南兴大新材料有限公司与湖南大学材料科学与工程学院通过3年的研发，开发了高效长寿命陶瓷树脂复合CBN钢轨打磨砂轮。项目采用新型超硬材料立方氮化硼（CBN）取代传统锆刚玉材料作为砂轮的主磨料，将CBN经过专利技术表面改性后与湖南大学研发的CBN专用纳米晶体强化陶瓷结合剂混合后压制成型，烧结成磨削块体材料。CBN磨削块按力学设计排布规律通过树脂胶结于打磨砂轮基体表面，再对砂轮进行表面加工获得最终产品。

用项目工艺制备出的新型陶瓷树脂复合CBN钢轨打磨砂轮与传统刚玉打磨砂轮相比，其技术优势主要体现在以下几点：

（1）项目产品采用新型超硬材料CBN为砂轮的主磨料，其硬度相当于刚玉硬度的2倍，磨削效率是普通砂轮的3-4倍以上，可以大幅度提高打磨车的工作速度。

（2）CBN打磨砂轮的使用寿命可达到普通砂轮的20-40倍，在打磨过程中更换频率低，降低了操作工人的工作强度；单位公里数砂轮磨耗量小，产生的粉尘浓度低，能很好地解决传统砂轮工作时粉尘超标的环境问题。

（3）CBN砂轮的导热性是刚玉的45倍，磨削过程中发热量少，不会使树脂裂解产生有害气体，同时磨削后的钢轨不易产生磨削烧伤裂纹，可延长可延长钢轨20%-30%使用寿命。