Análisis de la capacidad de negociación de curvas de la rectificadora de rieles en estado de rectificado

Sep 23, 2023

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 11668 (2022) Citar este artículo

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El rectificado de rieles se convierte en un importante medio de mantenimiento del ferrocarril. El comportamiento dinámico de la rectificadora de rieles se debe a la relación de acoplamiento entre el vehículo y la vía basada en el acoplamiento mecánico-eléctrico-hidráulico. En este artículo se estudia la capacidad de negociación de curvas de la pulidora de rieles a través del modelado y simulación basada en pulido de un lado. El resultado de la simulación se muestra a continuación. En un caso típico, el rectificado de rieles aumentará el desplazamiento transversal de los juegos de ruedas, el coeficiente de descarrilamiento de las ruedas en el juego de ruedas delantero y la tasa de descarga de los juegos de ruedas. En otro caso, el aumento de la amplitud de la irregularidad del riel y la disminución de su longitud de onda, lo que agrava la fluctuación del poder de molienda, tiene poca influencia en la capacidad de negociación de curvas. Cuando la curvatura del radio de la línea disminuye, en comparación con el estado sin rectificado, la disminución de la capacidad de negociación de la curva del estado con rectificado es más significativa. Cuando aumenta el número de muelas en el trabajo, aumenta el desplazamiento lateral del juego de ruedas, el coeficiente de descarrilamiento de las ruedas en el juego de ruedas delantero y la relación de descarga de los juegos de ruedas. En resumen, el rectificado de rieles deteriorará significativamente la capacidad de negociación de curvas del rectificador de rieles.

El pulido de rieles se convierte en un método común de mantenimiento de rieles en todo el mundo1,2,3. Con la expansión de la red de metro urbano, el volumen de tráfico aumenta exponencialmente. Esto trae grandes desafíos para el rectificado de rieles y promueve el desarrollo y la utilización de tecnología de rectificado preciso y equipos relacionados para líneas de metro4,5,6,7. Bajo el desarrollo de la teoría de la dinámica del vehículo durante muchos años, los modelos de investigación teóricos relevantes pasaron del modelo de rueda simple al modelo de juego de ruedas-bogie-vehículo, el modelo de formación de trenes y el modelo de acoplamiento vehículo-vía (o base debajo de la vía). Zhai-Sun model8,9 es el representante. El pulido de rieles puede mejorar el comportamiento dinámico del vehículo10,11,12. Desafortunadamente, debido al límite del campo involucrado y el alcance de la aplicación, los académicos se enfocan en la relación de la pista de la rueda en lugar de la fuerza de molienda. Por lo tanto, el comportamiento dinámico de la rectificadora de rieles en el proceso de rectificado es casi un blanco en el extranjero. El proceso de molienda es una molienda dinámica basada en un proceso de desplazamiento, por lo que la potencia de molienda y el comportamiento dinámico se influyen mutuamente. Si la esmeriladora de rieles en sí es inestable, puede tener un impacto pobre en el efecto de esmerilado. En casos extremos, puede conducir a un aumento de la irregularidad del riel en algunas secciones de operación 13. Y la capacidad de negociación de curvas es una parte importante del comportamiento dinámico en la pulidora de rieles.

Wang14 estableció un modelo dinámico de cuerpo rígido múltiple de la rectificadora de rieles PGM-48 utilizando SIMPACK y analizó la influencia de la rigidez primaria del buggy en su comportamiento dinámico. Zhang15 estableció el modelo dinámico de la amoladora de rieles GMC-96X usando SIMPACK. En el modelo se consideran la fuerza de rectificado entre la muela abrasiva y el riel, así como la fluctuación de presión del sistema hidráulico de rectificado. No se tienen en cuenta la influencia del propio sistema hidráulico ni la influencia del carro de molienda en el buggy. Por lo tanto, la relación de acoplamiento dinámico entre la esmeriladora de rieles (incluido el carro de esmerilado de rieles, el buggy, el sistema hidráulico, la muela abrasiva) y el riel no se puede realizar en este modelo. Nie16 usó el software AMESim para establecer el sistema de salida de presión de una sola rueda abrasiva en el campo de la rectificadora de rieles para la línea de velocidad normal y presentó sugerencias sobre cómo reducir la fluctuación de presión para el sistema de presión de aire. Tang17 simuló el control de presión de la válvula reductora de presión proporcional de tres vías y simuló la influencia de la salida de presión de rectificado afectada por la ondulación del riel. Zhi18 estableció un modelo de acoplamiento entre la esmeriladora de rieles y el comportamiento de esmerilado, y analizó la influencia del movimiento lateral del buggy en el desplazamiento vertical y lateral de la muela abrasiva en el proceso de esmerilado en el contexto de la esmeriladora de rieles utilizada en la línea existente. La influencia del sistema hidráulico no se considera en este modelo. Fan19 estableció un modelo dinámico de rectificado con cinta abrasiva y analizó la viabilidad del rectificado con cinta abrasiva de alta velocidad mediante el estudio del comportamiento dinámico en líneas rectas y curvas. Sin embargo, tampoco se consideró la influencia del sistema hidráulico.

En este documento, el acoplamiento vehículo-vía de la trituradora de rieles se establece en el acoplamiento del sistema mecánico, hidráulico y de control. Se estudia la capacidad de negociación de curvas de la pulidora de rieles bajo la interacción en tiempo real de los tres sistemas anteriores. Puede reflejar de manera integral el impacto de todo el sistema de rectificado en la capacidad de negociación de curvas de la rectificadora de rieles.

El pulido de rieles se basa en la velocidad de desplazamiento constante del pulidor de rieles. Para rectificado positivo, la velocidad de rectificado es generalmente inferior a 20 km/h. El rectificado se divide en rectificado previo y rectificado correctivo. Su propósito es hacer que el perfil del riel cumpla con los requisitos o reducir la irregularidad del riel a través de la eliminación del material del riel, para garantizar que el vehículo tenga un mejor comportamiento dinámico al correr entre la línea después de la molienda. La línea de metro se caracteriza por un radio de curvatura pequeño, una sección de transición corta que tiene un mayor requisito en la capacidad de negociación de curvas de la rectificadora de rieles, especialmente cuando se implementa la rectificación. La Tabla 1 muestra la nomenclatura.

La amoladora de rieles se compone de un sistema mecánico, hidráulico y de control. El sistema mecánico incluye carro de molienda, barra de tracción, buggy, motor, muela abrasiva, etc. Es la parte ejecutiva. El sistema hidráulico incluye cilindro hidráulico, bomba hidráulica, acumulador, válvula reductora proporcional piloto, válvula unidireccional, válvula direccional, etc. Proporciona presión para la molienda. El sistema de control incluye detección de corriente, procesamiento de señales, corrección de errores, salida de señales, etc. Es el componente clave para mantener una molienda de potencia constante. Los sistemas anteriores están interrelacionados para formar un sistema de acoplamiento mecánico-eléctrico-hidráulico de la rectificadora de rieles. La Figura 1 muestra una rectificadora de rieles típica.

Amoladora de rieles.

El carro de esmerilado interactuando con el riel a través del bastidor del bogie, la suspensión y la rueda genera vibraciones en el proceso de esmerilado.

Buggy interactuando con el riel a través de la suspensión y la rueda guía, también genera vibración. Los parámetros de estructura de los dos son inconsistentes, por lo que las vibraciones dinámicas son diferentes. Se afectan mutuamente a través de la acción de la barra de tiro. El buggy está conectado con la muela abrasiva a través del cilindro hidráulico y su vibración afectará la posición de la muela abrasiva. Bajo la acción del cilindro hidráulico, la muela ejerce presión sobre el riel. Debido a la ayuda de la rotación de la rueda, la presión se transforma en fuerza de molienda y el material del riel se corta. La presión puede considerarse aproximadamente como fuerza hertziana. El rectificado de rieles es un proceso de fricción por deslizamiento, que puede aproximarse como fricción en el análisis dinámico y obedece a la teoría de Coulomb. Hay un brazo de momento entre la fuerza de molienda y el punto central, lo que resulta en un par de fricción. De acuerdo con el principio de reacción, el riel ejercerá presión, fuerza de molienda y par de fricción en la rueda de molienda. Para buggy, es fuerza vertical, fuerza lateral y torque. Estas fuerzas afectan el estado de vibración del buggy y del carro de esmerilado. El comportamiento dinámico del buggy y del carro de esmerilado también afectará la presión de esmerilado.

Para garantizar la estabilidad de la molienda, es necesario controlar el proceso de molienda. Generalmente se adopta la molienda de potencia constante, que se logra mediante la cooperación del sistema hidráulico y el sistema de control. El sistema hidráulico está equipado con una válvula reductora proporcional piloto. Bajo su acción, la presión del sistema hidráulico es directamente proporcional al voltaje de control, pero hay un retraso. El sistema de control obtiene la potencia de molienda real al detectar la corriente del motor de molienda. La presión del sistema hidráulico se controla ajustando el voltaje de control de esa válvula en tiempo real a través de retroalimentación de circuito cerrado. Cuando la potencia de molienda es baja, el sistema mantendrá la presión de la cavidad sin varilla mayor que la de la cavidad de la varilla, empujando la varilla del cilindro hidráulico hacia afuera. La extensión del cilindro hidráulico producirá una mayor fuerza de contacto hertziana y aumentará la potencia de trituración. Y lo contrario es lo mismo. Pero el control de estabilidad de la potencia de molienda es un proceso dinámico, no absolutamente constante.

En el modo de rectificado, el carro de rectificado y el buggy están conectados a través de la barra de tracción y el cilindro hidráulico de suspensión no comparte carga en este momento. La muela abrasiva está en contacto con el riel y todo el vehículo funciona a una velocidad uniforme. Las diferentes rectificadoras de rieles tienen diferentes estructuras, pero todas están compuestas por un carro de trituración y un buggy, los cuales confirman el modelo Zhai-Sun, que es el modelo de acoplamiento dinámico de la vía del vehículo. Hay muchos cilindros hidráulicos de ajuste de dirección y presión en buggy. Cuando se carga aceite hidráulico, el cilindro hidráulico puede ser equivalente a la estructura de amortiguación de resorte. La barra de tracción también puede ser equivalente a la estructura de amortiguación de resorte. El modelo de acoplamiento de vía de vehículo completo de la rectificadora de rieles se muestra en la Fig. 2, mientras que el punto O es el centro de rotación de la cuna.

Modelo de acoplamiento de vía del vehículo de pulidora de rieles.

La rigidez equivalente20 del cilindro hidráulico cargado es:

Los desplazamientos de los dos cuerpos rígidos a ambos lados de la barra de tracción son:

Teniendo en cuenta la transformación del sistema de coordenadas, la fuerza de la barra de tiro es:

El par en el cilindro hidráulico de ajuste de dirección es:

La fuerza en el cilindro hidráulico de rectificado es:

Al calcular la fuerza de contacto entre la muela abrasiva y el riel, la muela abrasiva se puede considerar como un plano y el riel como una superficie curva. De acuerdo con la teoría de Carter21, el ancho de la banda de contacto se puede mostrar en la ecuación. (8) y la presión de contacto se puede mostrar en la ecuación. (9).

La fuerza entre el riel y la muela es:

Para conocer la fuerza de otras piezas, consulte la referencia 8. Las ecuaciones de movimiento de todas las partes se pueden obtener a través del teorema de Newton o de Dalamber. En este momento, la rectificadora de rieles incluye 20 cuerpos rígidos: 1 carro de rectificado, 1 marco de buggy, 2 bogies, 4 juegos de ruedas, 4 cunas y 8 muelas. La cuna solo tiene DOF de rotación y la muela abrasiva solo tiene DOF de extensión. Para las demás partes se consideran 5 GDL: desplazamiento transversal, desplazamiento vertical, balanceo, cabeceo y guiñada. Entonces, toda la rectificadora de rieles tiene 52 DOF.

La figura 3 muestra el modelo hidráulico. El volumen de aceite afectará la presión del aceite, y su relación se muestra en la ecuación. (11). Las siguientes ecuaciones se pueden deducir de la ecuación. (11). La ecuación (12) es el equilibrio de fuerzas de la válvula piloto. La ecuación (13) es el método de cálculo de la fuerza electromagnética. La ecuación (14) es la fórmula para calcular la presión de la válvula piloto a través del flujo hidráulico. La ecuación (15) es la fórmula de equilibrio de fuerzas de la válvula principal. La ecuación (16) es la fórmula de flujo de la válvula principal cuando se inyecta aceite al cilindro hidráulico. La ecuación (17) es la fórmula de flujo de la válvula principal cuando el aceite regresa del cilindro hidráulico al tanque de aceite. La ecuación (18) es la fórmula para calcular la presión de la válvula principal a través del flujo hidráulico. La ecuación (19) es la fórmula de equilibrio de fuerzas del vástago del pistón dentro del cilindro hidráulico. La ecuación (20) es la fórmula de cambio de volumen del cilindro hidráulico en la cavidad sin vástago y en la cavidad del vástago. La ecuación (21) es la fórmula de cálculo de la extensión del cilindro hidráulico.

modelo hidraulico.

Formación de presión hidráulica22:

Válvula piloto:

Válvula principal:

Cilindro hidráulico:

El voltaje U del motor de rectificado y el factor de potencia φ prácticamente no cambian. Se establece una retroalimentación de circuito cerrado para compensar la potencia de molienda. En la práctica, existen muchas formas de compensación de desviación, y este documento adopta la compensación lineal. La ecuación (22) es la fórmula de cálculo del poder de molienda. La ecuación (23) es el monto de la compensación. La figura 4 muestra el modelo de control.

Modelo de control.

La esmeriladora de rieles funciona sobre rieles con velocidad uniforme, y las coordenadas de la articulación de la bisagra superior en el cilindro hidráulico de esmerilado se exportan a través del modelo de vía del vehículo. El modelo de control exporta el voltaje de control u al modelo hidráulico al detectar la corriente del motor de rectificado I. El modelo hidráulico recibe el voltaje de control u y ajusta la presión del sistema hidráulico. Como resultado, la extensión L del cilindro hidráulico cambia bajo la influencia de la presión y también se exporta. Después de recibir las coordenadas y la cantidad de extensión L, el programa calcula la cantidad de compresión δ comparándola con la irregularidad del riel. La fuerza de rectificado se puede calcular a partir de la cantidad de compresión δ. Bajo la acción de la fuerza de molienda, la fuerza lateral Fy, la fuerza vertical Fz, el par lateral Ty, el par vertical Tz pueden enviarse al modelo de oruga del vehículo y la fuerza hertziana Fh puede enviarse al sistema hidráulico. En este ciclo iterativo, se puede obtener la capacidad de negociación de curvas de la pulidora de rieles en toda la línea.

La rectificadora de rieles consta de tres partes: el sistema de orugas del vehículo, el sistema hidráulico y el sistema de control, que deben modelarse por separado. A través del programa de interfaz, los tres pueden transferir parámetros y realizar la interacción. La figura 5 muestra el modelo de acoplamiento mecánico-eléctrico-hidráulico.

Modelo de acoplamiento mecánico-eléctrico-hidráulico.

Tomando como ejemplo la Línea 1 del metro de Tianjin, la ondulación del riel en el riel lateral superior de la sección curva es grave. Se compone principalmente de onda larga, y la amplitud puede alcanzar mm level23. La línea seleccionada en este documento se muestra en la Tabla 2, y la excitación sinusoidal estándar se aplica como irregularidad vertical del riel para imitar la ondulación del riel, como se muestra en la ecuación. (24). En este documento, simulamos el modo de esmerilado de la superficie superior del riel recortada, es decir, el ángulo establecido de la cuna es 0°. De acuerdo con el daño real del riel, se adopta el método de rectificado de un lado del riel exterior. La capacidad de negociación de curvas se puede analizar mediante simulación.

Durante el rectificado de rieles, el cambio de los parámetros de rectificado afectará la capacidad de negociación de curvas del rectificador de rieles. Para evaluar la influencia de esos parámetros, se establecen 4 casos. En este momento, nos centramos en el valor pico. La Tabla 3 muestra los parámetros y casos de molienda. De acuerdo con la función de la pulidora de rieles, el método de evaluación y prueba de su comportamiento dinámico deberá cumplir con GB/T 17426-1998. Todo el comportamiento dinámico que se habla en este documento se basa en este estándar. Las características dinámicas no especificadas en este artículo se refieren a las del buggy. "con molienda" se refiere a las características dinámicas del buggy en estado de molienda, y "sin molienda" se refiere a las características dinámicas del buggy que no está en estado de molienda.

Las figuras 6, 7, 8, 9, 10 y 11 muestran la relación de acoplamiento mecánico-eléctrico-hidráulico de la rectificadora de rieles en un caso típico. La diferencia de fase para muelas abrasivas en diferentes posiciones iniciales es diferente, y la amplitud de fluctuación de la potencia abrasiva también es diferente. La diferencia de fase es causada por la no coincidencia de la muela abrasiva y la rueda del carro, y la amplitud de fluctuación de la potencia de pulido es causada por el movimiento de cabeceo del marco del carro. Para la molienda de potencia constante, la diferencia de fase y la fluctuación de potencia son factores desfavorables.

Posición y poder de molienda.

Poder de molienda y factor de influencia.

Presión de la cavidad sin vástago y factores que influyen.

Presión de la cavidad de la varilla y factores que influyen.

Parámetro de control y poder de molienda.

Características del espectro del poder de molienda.

Hay presión hidráulica en el cilindro hidráulico de rectificado y fuerza Hertz en la rueda de rectificado. Esta estructura puede considerarse aproximadamente como un resorte en serie. La longitud de este resorte es el valor de la coordenada vertical Zo de la cuna menos la longitud de extensión L del cilindro hidráulico y la irregularidad del riel. El poder de molienda es proporcional a la diferencia entre la longitud del resorte y la longitud nominal del resorte. Si la potencia de molienda se considera como salida, Zo y la irregularidad del riel se pueden considerar como entrada pasiva, mientras que L se puede considerar como entrada positiva. Entonces, el poder de molienda puede ser controlado por L.

La presión de la cavidad sin vástago en el cilindro hidráulico de rectificado es directamente proporcional a la diferencia entre su flujo acumulado \(\sum Q\) y \(A_{a} L\). La presión de la cavidad de la varilla es directamente proporcional a la suma entre su flujo acumulado \(\sum Q\) y \(A_{b} L\). Si L se considera una entrada pasiva temporalmente, \(\sum Q\) de la cavidad sin vástago se puede considerar como una entrada positiva, la presión de la cavidad sin vástago se puede considerar como una salida positiva, \(\sum Q\) de la cavidad con vástago se puede considerar como entrada pasiva, y la presión de la cavidad de la barra se puede considerar como salida pasiva. La salida L está controlada por la diferencia de presión entre las dos cavidades. El voltaje de control es proporcional a la presión de la cavidad sin vástago, lo cual se logra cambiando el flujo \(\sum Q\) de la cavidad sin vástago. Como se puede ver en la Fig. 8, el voltaje de control se invierte con la presión de la cavidad sin varilla para lograr el control de la fluctuación de la potencia de molienda.

Para el rectificado de superficies de rieles, la potencia de rectificado es directamente proporcional a la fuerza vertical Fz y al par Tz del riel a la muela abrasiva. La fuerza transversal Fy y el par Ty del riel a la muela pueden ignorarse. La capacidad de negociación de curvas se puede obtener ingresando Fz y Tz en el modelo de seguimiento del vehículo.

Las figuras 12, 13, 14, 15, 16 y 17 muestran la capacidad de negociación de curvas del buggy en un caso típico.

Desplazamiento lateral de juegos de ruedas (caso típico).

Fuerza de riel de rueda de la rueda izquierda en el juego de ruedas delanteras (caso típico).

Coeficiente de descarrilamiento de la rueda izquierda en el eje delantero (caso típico).

Fuerza de riel de rueda de la rueda derecha en el juego de ruedas delanteras (caso típico).

Coeficiente de descarrilamiento de la rueda derecha en el eje delantero (caso típico).

Relación de descarga (caso típico).

Debido a que la distancia entre ejes del buggy es grande, en la línea de la curva, el desplazamiento transversal del juego de ruedas delantero es negativo y el del juego de ruedas trasero es positivo. Se puede ver en la Fig. 12, en la línea curva, los desplazamientos transversales de ambos juegos de ruedas aumentan, pero no es obvio. Esto es causado por la fuerza de rectificado vertical ejercida en un lado y el par de rectificado en la dirección z. Y el par en la dirección x de la carga lateral producida contribuye más.

Cuando funciona, la velocidad de la amoladora de rieles es inferior a 20 km/h, mientras que la del vehículo de metro puede alcanzar los 80 km/h. En la línea existente, hasta la pulidora de rieles, el peralte siempre es excedente, por lo que la fuerza transversal es positiva. Debido a la existencia de presión de rectificado vertical, puede compartir y reducir la fuerza vertical del riel de la rueda. Teniendo en cuenta la carga de un lado de la fuerza vertical de rectificado, el efecto de reducción de carga de la rueda izquierda es mayor que el de la rueda derecha. De las figs. 13 y 14, para la rueda izquierda del eje delantero, aumenta la fuerza lateral, disminuye la fuerza vertical, por lo que aumenta el coeficiente de descarrilamiento. De las figs. 15 y 16, para la rueda derecha del eje delantero, la fuerza lateral aumenta, la fuerza vertical cambia poco, por lo que el coeficiente de descarrilamiento sigue aumentando. El valor máximo del coeficiente de descarrilamiento en la rueda izquierda aumenta aproximadamente un 47,1 % y el de la rueda derecha aumenta un 5,5 %, en comparación con el estado sin rectificado.

Como se puede ver en la Fig. 17, para el juego de ruedas delanteras, cuando ingresa a la sección de transición, la fuerza vertical de la rueda izquierda aumenta y la de la rueda derecha disminuye. Cuando salga de la sección de transición, está justo enfrente. Y lo contrario es cierto para el juego de ruedas traseras. Cuando se ejerce la influencia de la presión de rectificado vertical de la carga de un lado, en comparación con el estado sin rectificado, la fuerza vertical de la rueda izquierda se reduce y la de la rueda derecha básicamente no cambia. Para toda la línea, aumenta el valor máximo de la relación de descarga. El del juego de ruedas delanteras aumenta en aproximadamente un 40,2 %, y el juego de ruedas traseras aumenta en un 34,2 %, en comparación con el estado sin rectificado.

Para estudiar la influencia de diferentes parámetros de molienda, este documento extrae puntos máximos para analizar.

Las Figuras 18, 19, 20 y 21 muestran la capacidad de negociación de la curva del buggy en el caso 1. A medida que aumenta la amplitud de la irregularidad, aumenta la fluctuación de la potencia de trituración. Hay pocos cambios en el desplazamiento lateral del juego de ruedas, el coeficiente de descarrilamiento y la relación de descarga. El aumento de la irregularidad del riel aumenta la fluctuación de la fuerza hertziana entre la muela abrasiva y el riel, por lo que aumenta la amplitud de fluctuación de la potencia abrasiva. La molienda desigual empeorará el efecto de molienda, lo cual es un efecto adverso. Dentro del rango de amplitud de irregularidad dado, la fluctuación de la fuerza hertziana no es suficiente para afectar la capacidad de negociación de curvas del buggy. Bajo la influencia de la rigidez longitudinal primaria, el desplazamiento lateral del juego de ruedas delantero es obviamente mayor que el del juego de ruedas trasero. Dado que el buggy tiene las siguientes dos características: 1. En comparación con el tren ordinario, la velocidad de viaje es lenta. Cuando pasa la sección de la curva, el peralte de la línea siempre es demasiado alto, lo que es una desventaja para la capacidad de negociación de la curva. 2. Es necesario instalar 8 muelas abrasivas en el buggy. La distancia entre ejes del buggy es generalmente grande para reservar espacio para las muelas abrasivas, lo que también es un factor desventajoso. Las características anteriores aumentan aún más la diferencia en el desplazamiento lateral entre el juego de ruedas delantero y trasero.

Amplitud y poder de molienda (caso 1).

Amplitud y desplazamiento lateral (caso 1).

Amplitud y coeficiente de descarrilamiento (caso 1).

Amplitud y relación de descarga (caso 1).

Las Figuras 22, 23, 24 y 25 muestran la capacidad de negociación de la curva del buggy en el caso 2. A medida que se reduce la longitud de onda irregular, la fluctuación de la potencia de molienda aumenta obviamente. Hay pocos cambios en el desplazamiento lateral del juego de ruedas. El coeficiente de descarrilamiento generalmente cambia poco y el de la rueda izquierda en el juego de ruedas delanteras aumenta ligeramente. La relación de descarga aumenta, pero no es evidente. Disminución de la longitud de onda de la irregularidad del riel, aumenta la frecuencia de fluctuación de la fuerza hertziana entre la muela abrasiva y el riel y aumenta la amplitud de vibración del buggy. Finalmente, la amplitud de fluctuación de la potencia de molienda aumenta significativamente y el efecto de molienda se deteriora. Dentro del rango de irregularidad de longitud de onda dado, la fluctuación de la fuerza hertziana no es suficiente para afectar la capacidad de negociación de curvas del buggy.

Longitud de onda y poder de molienda (caso 2).

Longitud de onda y desplazamiento lateral (caso 2).

Longitud de onda y coeficiente de descarrilamiento (caso 2).

Longitud de onda y relación de descarga (caso 2).

Las Figuras 26, 27, 28 y 29 muestran la capacidad de negociación de curvas del buggy en el caso 3. A medida que disminuye el radio de curvatura, la potencia de fluctuación disminuye ligeramente. El desplazamiento transversal del juego de ruedas aumenta, y el del juego de ruedas trasero es muy obvio. El coeficiente de descarrilamiento aumenta, y el de la rueda izquierda en el juego de ruedas delanteras aumenta muy obviamente. La relación de descarga es diferenciada. Sin rectificado, la relación de descarga del juego de ruedas aumenta con la disminución del radio de curvatura. Con el rectificado, el del juego de ruedas delanteras disminuye y el juego de ruedas traseras aumenta cuando disminuye el radio de curvatura. Esto se debe principalmente a la influencia del rectificado de un lado que ejerce la fuerza vertical sobre las secciones de transición. El comportamiento dinámico al entrar en la sección de transición y al salir es diferente. Con la disminución del radio de curvatura de la curva, la capacidad de negociación de la curva de los estados con trituración y sin trituración disminuye, pero la disminución del estado con trituración es mayor. El proceso de rectificado deteriora la capacidad de negociación de curvas.

Radio de curvatura y poder de rectificado (caso 3).

Radio de curvatura y desplazamiento lateral (caso 3).

Radio de curvatura y coeficiente de descarrilamiento (caso 3).

Radio de curvatura y relación de descarga (caso 3).

Las Figuras 30, 31, 32 y 33 muestran la capacidad de negociación de curvas del buggy en el caso 4. A medida que aumenta el número de muelas abrasivas en el trabajo, la fluctuación de la potencia abrasiva tiene pequeños cambios que solo están relacionados con la posición de la muela abrasiva. Generalmente se ajusta al comportamiento de la molienda independiente. Mientras que aumenta el número de muelas abrasivas en el trabajo, aumenta el desplazamiento lateral del juego de ruedas, y el aumento del rango del juego de ruedas delantero es más obvio que el del juego de ruedas trasero. El coeficiente de descarrilamiento aumenta, y el de la rueda izquierda en el juego de ruedas delantero es más evidente que el de la rueda derecha en el juego de ruedas delantero. La relación de descarga también aumenta. El aumento del número de muelas abrasivas en el trabajo aumentará significativamente la presión total de rectificado, lo que inevitablemente afectará la capacidad de negociación de curvas de la rectificadora de rieles.

Muelas abrasivas y potencia abrasiva (caso 4).

Muelas abrasivas y desplazamiento lateral (caso 4).

Muelas abrasivas y coeficiente de descarrilamiento (caso 4).

Muelas abrasivas y relación de descarga (caso 4).

El comportamiento dinámico de la rectificadora de rieles se debe a la relación de acoplamiento vehículo-vía basada en el acoplamiento mecánico-eléctrico-hidráulico. En este artículo se realiza el modelado y la simulación de todo el sistema bajo el esmerilado de un lado del riel exterior. El resultado se muestra a continuación.

En el caso típico, aumenta el desplazamiento transversal de los juegos de ruedas en buggy. Hacia la rueda izquierda del juego de ruedas delanteras, aumenta la fuerza lateral y disminuye la fuerza vertical, por lo que aumenta el coeficiente de descarrilamiento. A la rueda derecha del juego de ruedas delantero, la fuerza lateral aumenta y la fuerza vertical cambia poco y el coeficiente de descarrilamiento aún aumenta. La relación de descarga de los juegos de ruedas aumenta. Esto se debe principalmente a la fuerza de rectificado vertical ejercida en un lado, lo que hace que cambie la relación de contacto entre la rueda y la pista.

En otros 4 casos, la amplitud de la irregularidad y la longitud de onda solo afectan la fluctuación del poder de molienda. El aumento de la amplitud de la irregularidad y la disminución de la longitud de onda de la irregularidad agravarán la fluctuación de la potencia de molienda, pero tienen poco efecto en la capacidad de negociación de curvas de la rectificadora de rieles. La reducción del radio de curvatura tiene poco efecto sobre la fluctuación de la potencia de pulido, pero aumenta el desplazamiento transversal de los juegos de ruedas y el coeficiente de descarrilamiento de las ruedas en el juego de ruedas delantero, reduce la tasa de descarga del juego de ruedas delantero y aumenta la tasa de descarga del juego de ruedas trasero. La capacidad de negociación de la curva en el estado con molienda y sin molienda está disminuida, pero el rango de disminución del estado con molienda es mayor. El aumento de las ruedas abrasivas en el trabajo aumentará el desplazamiento lateral de los juegos de ruedas, el coeficiente de descarrilamiento de las ruedas en los juegos de ruedas delanteros y la tasa de descarga de los juegos de ruedas.

En resumen, el pulido de rieles tiene un impacto en el comportamiento dinámico del pulidor de rieles, lo que deteriorará significativamente su capacidad de negociación de curvas. Y la capacidad de negociación de curvas en estado de molienda todavía está dentro del rango estándar.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

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El presente trabajo fue apoyado por el Programa de Ciencia y Tecnología de Sichuan (2021YJ0026).

Escuela de Ingeniería Mecánica, Southwest Jiaotong University, North 1st section, 2nd Ring Road, Chengdu City, 610031, China

Luqing Zeng, Dabin Cui, Yaodong Fu, Li Li y Zhanghong Liu

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LZ escribió este artículo. Como tutores, DC y LL guiaron a LZ para completar este artículo. YF y ZL ayudaron a traducir este documento.

Correspondencia a Dabin Cui o Li Li.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Zeng, L., Cui, D., Fu, Y. et al. Análisis de la capacidad de negociación de curvas de la rectificadora de rieles en estado de rectificado. Informe científico 12, 11668 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-13712-1

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Recibido: 20 enero 2022

Aceptado: 26 de mayo de 2022

Publicado: 08 julio 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-13712-1

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