Page 121 - 《摩擦学学报》2020年第3期

第 3 期 章武林, 等: 磨石强度对钢轨打磨行为的影响 387

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1. Three-jaw chuck; 2. Grinding stone; 3. The tangential force sensor; 4. The horizontal lead rails;
5. Damping spring; 6. Air cylinder; 7. Supporting platform; 8. Grinding load sensor; 9. Sliding block;
10. Cross roller guide way; 11. The fixture of rail sample; 12. Rail sample; 13. The fixture of grinding stone
(a) Schematic diagram of grinding experimental equipment

(b) Rail samples (c) GS-10 (d) GS-12.5 (e) GS-15

Fig. 1 The grinding device, rail samples and the self-prepared GSs
图 1 钢轨打磨试验装置及钢轨、磨石试样

表 1 磨石组分(其余为磨料)及抗压强度 钢轨表面元素组成及化学状态；采用光学显微镜(OM,
Table 1 The composition(mass fraction)of grinding stone OLYMPUS-BX60M, 日本)观察打磨后钢轨剖面金相.
(the rest is abrasive) and the corresponding compressive
C1s的结合能取284.6 eV，用于对其他元素结合能的标
strength
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定 .

Samples Resign Filler Compressive strength/MPa
GS-10 10% 5% 68.9
2 结果与讨论
GS-12.5 12.5% 5% 95.2
GS-15 15% 5% 122.7
2.1 磨石磨削性能分析
不同磨石打磨钢轨的打磨量、磨石-钢轨界面平
与线路上磨石钢轨的接触应力水平相当. 同时，综合
均摩擦系数、磨削比如图2所示. 试验结果显示现场磨
考虑打磨效果和试验机的现有试验能力，经过多组预
石(GS-F)的打磨量、界面摩擦系数和磨削比均较高，
试验，最终选定主轴转速600 r/min，打磨时长30 s，打
分别为0.79 g、0.46和35.1. 自制磨石平均打磨量分别
磨载荷500 N. 同时，打磨工况与现场钢轨打磨作业保
为GS-10，1.0 g；GS-12.5，0.7 g；GS-15，0.2 g. 打磨量随
持一致，均为干磨削.
着磨石强度的提高呈下降趋势，特别是GS-15的打磨
试验结束后，采用电子天平(HZK-FA 210)分别称
量较GS-12.5显著，降幅约71.4%. 打磨量的下降表明
量钢轨、磨石打磨前后的质量；采用体视显微镜(SM，
磨石的磨削能力随着磨石强度的增强而减弱. 磨削比
OLYMPUS-DSX100，日本)观察打磨前后磨石表面形 为钢轨的打磨量与磨石自身磨损量之比，体现了磨石
貌及钢轨表面颜色；采用白光干涉仪(3D-OM, Contour 的磨削能力和耐磨性. 从图2中可以看出，GS-10、GS-
GT-K, BRUKER)、扫描电子显微镜(SEM, JSM-6610, 12.5和GS-15的磨削比分别为12.8、16.0和24.1，表明磨
JEOL)对钢轨试样表面形貌进行分析；采用能谱仪 石强度的增强，磨石的耐磨性也相应提高. 钢轨-磨石
(EDS, X-MAX50 INCA-250, OXFORD)、X射线光电子 界面的摩擦系数为磨削过程中切向力与正压力的比
能谱(XPS, ESCALAB-250Xi, THERMO)观察打磨后 值. 切向力由磨粒的磨削作用力、结合剂表面与钢轨