CN1515365A - 用于铁路车辆制造的冷弯中梁 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于铁路车辆制造的冷弯中梁及其制造方法。该冷弯中梁呈“帽型”，为整体式结构，材料选用屈服强度σ_s≥350MPa，抗拉强度σ_b≥450MPa的高强度耐候钢，采用连续辊式冷弯成型方法生产。本发明所述冷弯中梁是在冷弯成型机组上，采用热轧卷板为原料，通过连续辊式成型所得到的整体式中梁，冷弯中梁与热轧中梁相比具有重量轻、强度高、刚度好的的优点，它能适应车辆自重轻、高速、重载要求，并降低钢材消耗，降低生产成本，延长车辆使用寿命。

Description

用于铁路车辆制造的冷弯中梁

技术领域  本发明涉及钢梁，尤其涉及一种用于铁路车辆制造的冷弯中梁及其制造方法。

背景技术  中梁是铁路货车的脊梁，是铁路货车底盘的关键承重件之一，长期以来三种通用铁路货车：敞车、篷车和罐车所采用的中梁均为热轧乙字钢拼焊结构，它采用两根高310的热轧乙字钢拼焊而成(如图1所示)，由于中梁采用热轧型钢拼焊结构，它存在重量大、焊接质量要求高(需无损检测)、工序繁多、综合成本高的缺点。所以，长期以来铁道部有关领导、科研院所、车辆制造厂均希望能够开发出一种整体成型、重量轻、强度高、刚度好的高效冷弯型钢代替热轧乙字钢。上世纪九十年代以来，铁道部门为满足国民经济快速发展和人们对出行高速快捷的需要，铁路客车经历了四次大的提速。由于客车提速，铁路货运受到了很大影响。所以铁路车辆制造业迫切需要采用新材料，以适应新时期的车辆自重轻、快速、重载的要求。

冷弯中梁取代热轧中梁有许多令人意想不到的困难。通用货车上采用冷弯中梁在国际上没有先例，铁路车辆运行安全性要求较高，需要做大量技术论证工作。由于冷弯中梁展开尺寸接近1200，厚度达10或12，用来生产中梁所需的轧机设备非常庞大，国内能够生产的机组很少。轧辊投入大，整个生产线所需轧辊在150万元左右。由于中梁断面尺寸较大，冷弯工艺需要解决相关技术难题。如在弯曲竖边与底边夹角时，随着角度越来越大，竖边升起的高度越高，“线速度差”越来越大，“线速度差”是指轧机某一架次的轴以一定的角速度ω转动，随着轧辊斜边直径逐步增大，轧辊直径大的地方的线速度会大于直径小的地方。如果“线速度差”过大，轧件所受摩擦力会很大，将在轧件上产生划伤，另外，根据作用力与反作用力的原理，轧件对轧辊的摩擦力也会越来越大，一是加快了轧辊的磨损，二是使轧机负荷越来越大，使轧制难以顺利进行。即使该产品开发成功后，还要通过车辆试运行以及铁道部有关技术部门的验收。因为存在上述种种问题，虽然冷弯中梁研制课题十几年前就已提出，但这个产品很长时间内一直未能开发出来。

发明内容  本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，提出一种整体成型、重量轻、强度高、刚度好的能适应车辆自重轻、高速、重载要求，并降低钢材消耗，降低生产成本，延长车辆使用寿命的用于铁路车辆制造的冷弯中梁。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于铁路车辆制造的冷弯中梁，该冷弯中梁呈“帽型”，为整体式结构，材料选用屈服强度σ_s≥350Mpa，抗拉强度σ_b≥450Mpa的高强度耐侯钢，采用连续辊式冷弯成型方法生产。该“帽型”包括帽体n、帽沿m，也可以不要帽沿，只包括帽体，帽沿m可以向外折，也可以向内折，帽体n的两竖边可以是垂直的，也可以是倾斜的。

本发明的另一目的是提供一种制造上述冷弯中梁的制造方法。该方法采用先成型冷弯中梁帽沿，再成型帽体的竖边，最后整形成标准断面的连续辊式冷弯成型工艺流程。

该冷弯成型工艺是在冷弯成型机组上完成的，采用一种专用设备，该专用设备包括上下轧辊，在上下轧辊中设计有主动轧辊和被动轧辊，主动轧辊与轧辊轴固定相连，随轧辊轴一起转动，被动轧辊与轧辊轴之间通过轴承相连。

当该专用设备用于冷弯型钢竖边成型工序时，所述被动轧辊位于主动下轧辊两侧的下轧辊轴上，它与位于下轧辊轴上的主动下轧辊同轴，被动下轧辊的工作面紧贴冷弯型钢竖边，所述上轧辊是主动轧辊，上下主动轧辊紧贴冷弯型钢底边的上下面。

本发明所述冷弯中梁是在冷弯成型机组上，采用热轧卷板为原料，通过连续辊式成型所得到的整体式中梁(其横截面如图2所示)，冷弯中梁与热轧中梁相比有如下优点：

1、原料强度更高：冷弯中梁采用高强度耐侯钢为原料，如武钢W400QN或W450QN，W400QN的屈服强度σ_s≥400Mpa，抗拉强度σ_b≥490Mpa；W450QN的屈服强度σ_s≥450Mpa，抗拉强度σ_b≥550Mpa。热轧乙字钢材质为09V，其屈服强度σ_s≥275Mpa，抗拉强度σ_b≥410Mpa。

2、重量轻：10厚冷弯中梁单重为91.5/m，12厚冷弯中梁单重为108.8/m。热轧中梁单重为124.24/m，按10厚冷弯中梁，每支长13.2m测算，每台车可减轻自重432；按12厚冷弯中梁，每支长13.2m测算，每台车可减轻自重204。

3、冷弯中梁为整体式结构，与热轧中梁相比省掉了焊接、打磨、矫正、探伤等诸多工序，工效提高，综合成本显著降低。

4、冷弯中梁与热轧中梁相比截面尺寸更为精确，底盘安装更为便利。

5、冷弯中梁比热轧中梁表面质量更好。

附图说明

图1是现有热轧中梁截面图。

图2是本发明所述冷弯中梁帽沿外折截面图。

图3是本发明所述冷弯中梁帽沿内折截面图。

图4是本发明所述冷弯中梁无帽沿截面图。

图5是本发明所述冷弯成型工艺的成型辊花图。

图6是图5中工序9所用专用设备的剖面图。

图7是图6中被动轧辊结构示意图。

具体实施方式

本发明所述冷弯中梁截面形状呈“帽型”，该“帽型”包括帽体n、帽沿m，也可以不要帽沿m，只包括帽体n(见图4)，帽沿可以向外折(见图2)，也可以向内折(见图3)，帽体n的两竖边可以是垂直的，也可以是倾斜的。该冷弯中梁采用武钢W400QN或W450QN的高强度耐侯钢热轧卷板为原料，其中，W400QN的屈服强度σ_s≥400Mpa，抗拉强度σ_b≥490Mpa；W450QN的屈服强度σ_s≥450Mpa，抗拉强度σ_b≥550Mpa。

帽沿外折中梁冷弯成型工艺流程：

    热卷→纵剪→开卷→矫平→切头对焊→活套储存

成型→整形→矫直→飞锯切断

说明：

1、纵剪即在纵剪机组上，将热轧毛边卷剪成工艺设计所需宽度的纵剪带。

2、开卷即在冷弯成型机组的开卷机上，将纵剪带打开。

3、矫平是指将开卷后的纵剪带，矫平消除板带上的镰刀弯、旁弯等。

4、切头对焊、活套储存指将矫平后的纵剪带头、尾切断、对焊后，充入活套储存，保证轧制连续不间断。

5、成型、整型、矫直是冷弯型钢生产的关键工序。

冷弯中梁采用了分步成型的办法，即先成型冷弯中梁帽沿m，再成型帽体n的竖边，最后整型成标准断面的成型工艺(如图5所示)。

5.1第一、二、三、四架成型帽钢的帽沿m，变形角度为22.5°，45°，67.5°，90°。

5.2第五、六、七、八、九、十架成型帽钢帽体的竖边n，变形角度为15°，30°，45°，60°，75°，90°。

第六、七、八、九架采用一种专用设备，如图6所示，该专用设备包括上轧辊10、下轧辊11、被动辊12。上轧辊10和下轧辊11与上、下轧辊轴通过平键连结，随轧辊轴一起转动，被动轧辊与轧辊轴之间通过轴承相连。被动轧辊位于主动下轧辊11的两侧，它的工作面紧贴冷弯型钢竖边，上轧辊10和下轧辊11是主动轧辊，上下主动轧辊紧贴冷弯型钢底边的上下面。

所述被动轧辊的结构如图7所示，它由轧辊1、端盖2、锁紧螺母3、轴套4、轧辊轴5、轴承6、纸垫7、毡圈8和o形圈9等构件组成，轴套4与下轧辊11紧靠，下轧辊11、轴套4、轴承内圈以相同角速度转动。轧辊1与轴承外图成为被动辊。通过此种结构有效地克服了轧辊1与下轧辊11之间的线速度差，减小了轧制阻力，减轻了轧件上的划伤。

5.3第十一、十二、十三、十四、十五架为整型工序，即将轧辊孔型设计成标准孔型，使中梁横截面尺寸达到标准要求。

5.4矫直工序通过调整矫直辊，保证冷弯中梁纵向不弯曲、不扭转。

5.5飞锯切断是通过数控定尺，将中梁分割成所需要的各种定尺长度。

综上所述，本发明所述的冷弯中梁与传统的热轧中梁相比具有重量轻、强度高、刚度好的的优点，它能适应车辆自重轻、高速、重载要求，并降低钢材消耗，降低生产成本，延长车辆使用寿命。

Claims (4)

1、一种用于铁路车辆制造的冷弯中梁，该冷弯中梁呈“帽型”，为整体式结构，材料选用屈服强度σ_s≥350Mpa，抗拉强度σ_b≥450Mpa的高强度耐侯钢，采用连续辊式冷弯成型方法生产。

2、一种专用于权利要求1所述用于铁路车辆制造的冷弯中梁的制造方法，其特征是该方法采用先成型冷弯中梁帽沿，再成型帽体竖边，最后整形成标准断面的连续辊式冷弯成型工艺流程。

3、一种专用于权利要求2所述用于铁路车辆制造的冷弯中梁的专用设备，其特征是该专用设备包括上下轧辊，在上下轧辊中设计有主动轧辊和被动轧辊，主动轧辊与轧辊轴固定相连，随轧辊轴一起转动，被动轧辊与轧辊轴之间通过轴承相连。

4、按照权利要求3所述专用设备，其特征是当该专用设备用于冷弯中梁竖边成型工序时，所述被动轧辊位于主动下轧辊两侧的下轧辊轴上，它与位于下轧辊轴上的主动下轧辊同轴，被动下轧辊的工作面紧贴冷弯型钢竖边，所述上轧辊是主动轧辊，上下主动轧辊紧贴冷弯型钢底边的上下面。

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