بررسی عددی و آزمایشگاهی فرایند سختکاری انفجاری روی سوزن‌های ریل راه‌آهن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد دانشکده مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و فرهنگ، تهران ایران

3 دانشکده شیمی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

4 پژوهشگاه شیمی و مهندسی شیمی ایران، تهران، ایران

5 جهاد دانشگاهی دانشگاه تهران، تهران، ایران

6 جهاد دانشگاهی دانشگاه تهران، تهران، ایران.

چکیده

سوزن‌های ریل راه‌آهن یکی از مهم‌ترین بخش‌های سیستم حمل و نقل ریلی است. چراکه آنها اجازه اتصال دو مسیر مختلف از مسیر را می دهند و همین امر باعث انعطاف پذیری و آسانی کار می‌شود. اما بدلیل نیروی‌های تماسی و ضربه‌ای به هنگام تعویض مسیر توسط سوزن‌ها، فرسایش و خوردگی فراوانی در آنها بوجود می‌آید که علاوه بر تحمیل هزینه‌های تعویض، به قسمت‌های دیگر واگن‌ها نیز آسیب وارد کرده و خسارات را دوچندان می‌کند. پس برای جلوگیری از تغییرشکل‌های پلاستیک و خوردگی تحت بار‌های ضربه‌ای و سیکلی، باید مقاومت سطح سوزن افزایش پیدا کند. طبق استاندارد‌های موجود، سختی سطح ریل راه‌آهن بویژه در محل سوزن‌های مربوطه باید به طور متوسط بین HB 320-390 باشد. در پژوهش حاضر، پس از محاسبه مقدار انرژی لازم جهت سختکاری انفجاری از طریق تحلیل عددی و صحت سنجی نتایج در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی، بررسی پارامتریک صورت گرفته است. نتایج تحلیل عددی نشان داده است که ضخامت 4 میلیمتر، ضخامت بحرانی برای سختکاری است. چرا که ضخامت صفحه منفجره بالاتر از 4 میلیمتر سختی را به شدت افزایش می‌دهد. همچنین مدل عددی نشان داد که ضخامت‌های 5 و 7 میلیمتر برای قطعه راه‌آهن یکپارچه، مناسبترین و به صرفه‌ترین ضخامت است. نتیجه آزمایش انفجار روی قطعه سوزن نشان داد با انفجار صفحه هگزوشیت با ضخامت 7 میلیمتر روی آن مقدار سختی از HB161 قبل از انفجار به HB333در قسمت میانی سوزن و HB368در قسمت دماغه که تحت بار ضربه‌ای بیشتری است، افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental and Numerical investigation of explosive work hardening process on railway frogs

نویسندگان [English]

  • seyed ali Tabatabee 2
  • morteza Aghaei 3
  • Hamidreza Hafizi Atabak 4
  • Keyvan Nosratzadegan 4
  • Mohammad Taghi Rahiminezhad 5
  • sahar sadeghi 6
1
2 department of mechanical engineering, university of science and culture
3 Department of chemistry, Iran University of science and technology, tehran, iran.
4 chemistry and chemical engineering research center
5 Research Training center of university of Tehran, Tehran, iran
6 Research Training center of university of Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

In the railway transportation system, frogs play a crucial role. Frogs provide flexibility in the transportation system due to their intersecting different paths. During the transition of the rail, contact and impact forces are applied to the main body and nose of the frog, causing degradation and wear. Furthermore, impact forces cause extensive wheel damage and higher maintenance costs. As a result, the frog's wear resistance needs to be improved in order to prevent unusual plastic deformations and wear degradation under cyclic loadings. Explosive work-hardening is one of the most effective and cost-effective methods for increasing the hardness of Hadfield's steel to match the properties of railway materials. The hardness of the frog's running surface is between 320 and 390 HBW, according to relevant Standards. The experimental results were validated against FE analysis after calculating optimal explosive energy using a numerical approach, and then the DOI were adopted based on numerical results. According to the FE model, the critical thickness of explosive material is 4 mm, and increasing the thickness of explosive plate significantly increased the hardness. Furthermore, the FEM results revealed that the 5- and 7-mm thicknesses of explosive plate produced the best results in the rail hardening process. The hardness of railway frogs was increased from 161 HBW to 326 HBW and 347 HBW, respectively, by using 7 mm thick explosive plate in the hardening process.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Explosive work-hardening
  • ABAQUS
  • Railway frog
  • Railway switches
مهندسی ساخت و تولید ایران
دوره 8، شماره 9
آذر 1400
صفحه 23-36

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار