CZ299001B6 - Zpusob a zarízení na kalení kolejnic nebo hlavy kolejnic - Google Patents

Abstract

Zpusob kalení kolejnic, nebo alespon hlavy kolejnice, zesíleným ochlazováním, s prevádením austenitické struktury na požadovanou mikrostrukturu, která je stabilní pri teplote místnosti, spocívá v tom, že pro dosažení konstantního rozdelení strukturyv prurezu kolejnice po celé délce této kolejnice,a pro zajištení vysoké jakosti kolejnice se kolejnice, uvedená do austenitického stavu, horizontálne polohuje a v osovém vyrovnání a se zabezpecením proti ohybu se upne, nacež se pri udržování upnutí, respektive zajištení kolejnice proti ohybu, alespon cást prurezu kolejnice pri teplote, která ležínad bodem Ac3 slitiny, známým zpusobem alespon obcas zesílene ochlazuje za soucasného premenování struktury. Podstata zarízení spocívá v tom, že podperný prostredek kolejnice je vytvorený jako nosná konstrukce (2) s délkovým usporádáním odpovídajícíkolejnici (1) a s vysokým modulem odporu proti ohybu, a dále s polohovacími prvky (3) a/nebo uvolnitelnými upínacími prostredky (4) pro ustavení kolejnice (1).

Description

Způsob a zařízení na kalení kolejnic nebo hlavy kolejnic

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu kalení kolejnic a/nebo hlavy kolejnic zesíleným ochlazováním s přeměnou austenitické struktury na požadovanou mikrostrukturu stabilní při teplotě místnosti.

Vynález se také týká zařízení na kalení kolejnic a/nebo hlavy kolejnice zesíleným ochlazováním, s přeměnou austenitické struktury na požadovanou mikrostrukturu, stabilní při teplotě místnosti, sestávajícího z podpěrného prostředku pro kolejnici a z chladicího zařízení.

Dosavadní stav techniky

Pro kolejový provoz se vzrůstajícím zatížením na nápravu a při stejném výskytu přepravy by měly kolejnice vykazovat jednak vysokou odolnost proti opotřebení v oblasti jízdní plochy a jednak vysokou bezpečnost proti lomu kvůli ohybovému namáhání v kolejnici.

Je známé kalení kolejnice a/nebo hlavy kolejnice tepelným zušlechťováním materiálu, resp. převáděním struktury z austenitické na požadovanou mikrostrukturu, která je stabilní při teplotě místnosti, alespoň občasným zesíleným ochlazováním (EP-358362 Al, AT 402941 B, EP 186372 B, WO 94/02652).

Ochlazování se může provádět vystavením alespoň částí povrchu kolejnice působení chladicího média, tak zvanému chlazení postřikem nebo zkrápěním nebo alespoň částečným ponořením kolejnice do chladicí lázně, přičemž se do stavu techniky musí zahrnovat výhodné využívání válcovacího tepla. US 368 132 se vztahuje na způsob výroby železničních kolejnic s vyšší pevností a tažností chlazením po válcování. Kolejnice se během chlazení pevně drží pomocí čelistí.

Provádí se úplné ponoření kolejnice do chladivá sjeho prouděním k hlavě kolejnice.

Podle použitého způsobu ochlazování jsou známá průběžná zařízení (AT 323224 B, EP 186373 Bl), dopravní zařízení s chladicím ložem (DE 4237991 Al) a zařízení na chlazení ponorem (DE 4003363 Cl, AT 402941 B) k zesílenému ochlazování kolejnice nebo částí kolej35 nice.

Ani EP 0693562 Al neřeší ohýbání kolejnice při kalení.

Při použití slitin s odpovídajícím chemickým složením se dají při použití způsobů kalení v přís40 lušných zařízeních vyrobit kolejnice se zvýšenou tvrdostí a odolností proti otěru v oblasti jízdní plochy hlavy kolejnice a s dostatečnou bezpečností proti lomu.

Za velkou nevýhodu známých způsobů kalení a chladicích zařízení pro kolejnice lze povazovat možnou nehomogenitu rozdělení struktury v příčném průřezu v závislosti na délce kolejnice.

Jinými slovy je podíl ploch příslušné zušlechtěné struktury a/nebo poloha podílů struktur v příčném průřezu kolejnice nestejná, což působí v přibývající míre nanejvýš nepříznivě na jakost kolejnic. Přes přesné dodržování parametrů způsobu a přesné regulování chladicích zařízení mohou nastat neočekávaně rozdíly v jakosti kolejnic, přičemž se při nanejvýš nákladné kontrole jakosti vyskytují i jednotlivé kolejnice, které již neodpovídají požadavkům na jakost.

Zde se snaží pomoci přítomny vynález, který si klade za úkol přinést způsob shora uvedeného druhu, jímž se dosáhne po celé délce konstantního rozdělení struktur v příčném průřezu kolejnice a zajistí se vysoká jakost kolejnice.

- 1 CZ 299001 CZ

Další úkol vynálezu spočívá ve vytvoření zařízení, pomocí něhož se udržuje stejná místní intenzita ochlazování povrchových oblastí příčného průřezu kolejnice po celé její délce.

Podstata vynálezu

Tohoto úkolu se dosahuje způsobem kalení hlavy kolejnic zesíleným ochlazováním s přeměnou austenitické struktury na požadovanou mikrostrukturu stabilní při teplotě místnosti, který podle vynálezu spočívá v tom, že se kolejnice v austenitickém stavu struktury, s délkou větší než 50 m, ío umisťuje horizontálně a upíná se zabezpečením proti ohybu osově vyrovnaně na nejméně třech místech podél kolejnice v oblasti základny a plochy paty kolejnice, ležící proti ní ve směru k hlavě kolejnice, načež se za udržování upnutí, či zajištění proti zohýbání, hlava kolejnice nejméně dočasně zvýšeně ochlazuje z teploty, která leží nad bodem Ac₃ slitiny a austenitická struktura se nechává změnit na žádoucí mikrostrukturu, kteráje stabilní při pokojové teplotě a podél délky kolejnice se vytváří konstantní rozdělení struktur v příčném průřezu kolejnice, přičemž polohovací prvky mají dosedací plochy pro plochy směrující k hlavě kolejnice a uvolnitelné upínací prostředky mají dosedací plochy pro proti nim ležící plochu paty kolejnice.

Výhody, dosažené vynálezem lze v podstatě spatřovat v tom, že v austenitickém stavu struktury dochází k vyrovnání a z kolejnice v osově vyrovnaném upnutém stavu se potom odvádí teplo ve zvýšené míře právě z povrchu. Během intenzivního ochlazování případných částí příčného průřezu zůstává kolejnice osově vyrovnaně upnutá, což napomáhá ke stálosti specifické intenzity ochlazování v osovém směru. Rozsáhlé pokusy prokázaly, že i když nastane jenom nepatrné ohnutí kolejnice během intenzivního ochlazování alespoň části kolejnice, může se měnit místní křivka ochlazování v povrchově oblasti, čímž je ve vysoké míře ovlivněno vytváření struktury při přeměně z austenitického stavu slitiny. Osově vyrovnané horizontální upnutí podle vynálezu při tepelném zušlechťování kolejnice zajišťuje konstantní profil vlastností materiálu v celém příčném průřezu a v celé délce kolejnice.

Obzvláště hospodárného provedení tohoto způsobu se dá dosáhnout, když se vyrovnání, polohování a osově vyrovnané upnutí kolejnice provádí bezprostředně po posledním tvářecím úkonu, za využití válcovacího tepla.

Z hlediska technického zařízení, ale také z důvodu požadovaného rozdělení struktury v příčném průřezu, může být výhodné, když se kolejnice upíná nastojato, přičemž hlava kolejnice je vyrovnána svisle nahoru. Přitom je výhodné, když se z kolejnice odvádí teplo ochlazováním postřikem, přičemž se v podélném směru kolejnice v povrchových oblastech příčného průřezu, symetricky k výškové ose kolejnice, používají stejně vysoké intenzity ochlazování.

Pro zvýšení jistoty výroby kolejnice v požadovaném profdu vlastností, a pro dosažení obzvláštní odolnosti proti otěru, může být výhodné, když se kolejnice upíná zavěšeně, přičemž hlava kolejnice je nasměrována svisle dolů. Takové umístění se ukázalo jako výhodné také proto, že se tím odvádí teplo z kolejnice nebo jenom z hlavy kolejnice ponořením do chladicí tekutiny.

Pro řízené ochlazování na požadovanou teplotu s vysokou intenzitou ochlazování chladicího média a pro přerušení zesíleného ochlazování může být kineticky výhodné z hlediska přeměny, když se ochlazování kolejnice, tykající se oblasti povrchu příčného průřezu, provádí časově a/nebo místně přerušovaně. Přitom může být také důležité, když se kolejnice po zesíleném ochlazování odepíná a po případném držení při zvýšené teplotě na klidném vzduchu se nechává zchladnout na teplotu místnosti.

Délka kolejnice je podle tohoto způsobu s výhodou větší než 90 m.

-2CZ 299001 CZ

Použití tohoto způsobu, při němž se provádí ochlazování nebo kalení, resp. zušlechťování kolejnice v celé délce, se vzhledem k obzvláštní rovnoměrnosti a vysoké jakosti, a také k nastavení optimálních užitných vlastností této kolejnice ukázalo jako obzvláště výhodné.

Další úkol tohoto vynálezu se řeší zařízením na kalení kolejnic a/nebo hlavy kolejnic zesíleným ochlazováním s přeměnou austenitické struktury na požadovanou mikrostrukturu stabilní při teplotě místnosti, sestávajícím z podpěrného prostředku pro kolejnici a z chladicího zařízení, které podle vynálezu spočívá v tom, že je podpěrný prostředek pro kolejnici vytvořen jako nosná konstrukce s podélným uspořádáním odpovídajícím kolejnici větší než 50 m, se skříňovými proio fily a s vysokým odporovým momentem vůči ohybu, jakož i na nejméně třech polohách podél kolejnice s polohovacími prvky a uvolnitelnými upínacími prostředky pro upnutí kolejnice, přičemž polohovací prvky mají dosedací plochy pro plochy nasměrované k hlavě kolejnice a uvolnitelné upínací prostředky mají dosedací plochy pro protilehlou plochu paty kolejnice.

Výhodou nosné konstrukce, odolné proti ohybu a zkrutu, je osově přímé upnutí kolejnice, i když na základě různého rozdělení hmoty a/nebo různé intenzity ochlazování v průřezu se při intenzivním ochlazování tvoří ohýbací síly. Rovněž jsou značné výhody osového upnutí vzhledem k vystavení povrchu působení chladicího prostředku nebo ke smáčení chladicí kapalinou, protože tím se umožní přesné vyrovnání kolejnice v požadovaném rozsahu, s vysokou rovnoměrností po délce kolejnice. Tím se také může dosáhnout s vysokou přesností požadované rychlosti ochlazování, a tím požadované tvorby struktury, pro předem určené oblasti příčného průřezu.

Z technického hlediska zařízení, ale také s ohledem na použití, může být výhodné, když je nosná konstrukce provedena jako svařovaná konstrukce, na níž jsou v podélném směru uspořádány polohovací prvky, vždy jeden v roztečích po 0,5 m, které jsou horizontálně vyrovnatelné.

Jednoduché a bezpečné nastavení je dáno, když jsou uvolnitelné upínací prostředky vytvořeny jako přidržovací závaží pro kolejnici doléhající na polohovací prvky.

Také je výhodně možné, že jsou uvolnitelné upínací prostředky vytvořeny s vyrovnávacími dosedacími plochami k polohování kolejnice v horizontálním podélném směru.

Aby bylo možno dosáhnout po celé délce kolejnice co nej rovnoměrnější struktury, resp. aby nebyla podstatně ovlivněna místní intenzita ochlazování, může být výhodné, když budou mít polohovací prvky a upínací prostředky zmenšenou dosedací plochu na kolejnici, s výhodou ve tvaru klínu. Tím se může zabránit takzvaným měkkým místům, resp. měkkým skvrnám na kolejnici.

U pečlivého uspořádání trysek a/nebo použití vody v podstatě bez emulze, může být výhodné, když je chladicí zařízení pro kolejnici vytvořeno jako skrápěcí trasa se vzduchem a/nebo vodou jako chladicí tekutinou, se stejnou intenzitou ochlazování v podélném směru.

Když je naproti tomu chladicí zařízení vytvořeno jako nádrž na ponoření s chladicí kapalinou na chlazení ponorem, může se jednoduše přidáním syntetických prostředků nastavit intenzita ochla45 zování, která je účinná na ponořené oblasti kolejnice.

Když je dále vytvořeno takové nastavení, že jsou nosná konstrukce pro kolejnici a chladicí zařízení relativně navzájem posuvné ve směru vertikály příčného průřezu kolejnice, mohou se chladicí cykly a/nebo ochlazování částí kolejnice provádět obzvláště účinně.

Obzvláště jednoduché zařízení může být vytvořeno nebo může být zřízeno dodatečným dovybavením, když je nosná konstrukce spojena s nádrží na ponoření, která má horizontálně vyrovnané polohovací prvky, a když je upínacími prostředky, s výhodou přidržovacími závažími, kolejnice nastavitelná na polohovací prvky. Přitom mohou být tyto upínací prostředky obzvláště jednoduše

-3 CZ 299001 CZ vytvořeny jako přidržovací závaží, a mohou být uspořádány alespoň v periferních oblastech kolejnice.

Pro kvaziizotermní tepelné zpracování je výhodné, když se zařízení může použít k diskontinuál5 nímu kalení kolejnic nebo částí jejich příčných průřezů.

Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude dále podrobněji osvětlen pomocí výkresů, kde každý vždy znázorňuje jednu formu provedení. Na obr. 1 je znázorněno zařízení na zušlechťování zavěšených kolejnic nořením do lázně, se svislou polohou upínacího prostředku, na obr. 2 je znázorněno zařízení na zušlechťování stojících kolejnic zkrápěním, na obr. 3 je znázorněno zařízení s otočným uspořádáním upínacího prostředku a na obr. 4 je znázorněno zařízení s přidržovacím závažím jako upínacím pro15 středkem.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je schematicky znázorněno zařízení pro osově vyrovnané upnutí kolejnice 1 v zavěšené poloze. Nosná konstrukce 2, která je tvořena dvěma skříňovými profily 22 a 21 odolnými proti zkroucení, nese posuvné, klešťovité polohovací prvky 3, T , které mají v podstatě horizontální dosedací plochy 31, 31' pro kolejnici T Po vložení kolejnice 1 a uzavření polohovacích prvků 3, 3], může zajišťovat vždy jeden upínací prvek dosedací plochou 41 osově vyrovnané upnutí kolejnice I, například pomocí hydraulicky ovladatelného pístu. Tato kolejnice i se dále ponoří, například spuštěním nosné konstrukce 2, do chladicího zařízení 5 s chladicí tekutinou 52, například do nádrže 5U P° alespoň částečném ochlazení alespoň části kolejnice 1 se může tato kolejnice I zdvižením nosné konstrukce 2 ve směru H vyjmout z chladicího média a odložit uvolněním upínacího prostředku T a polohovacích prvků 3.

Na obr. 2 je znázorněna kolejnice 1, která je nastojato upnuta v nosné konstrukci 2 tak, že je tím zajištěna proti ohybu. Uvedená nosná konstrukce 2 sestává například ze spodního rámového skříňového profilu 21 a z horního rámového skříňového profilu 22, které jsou vzájemně spojeny tak, že jsou tuhé na zkrut. K osově vyrovnanému upnutí se kolejnice i uloží na polohovací díly

23 a provede se uzavření polohovacích prvků 3, 3], které mají šikmé dosedací plochy 31, 31' , jejich vykývnutím k ní, například hydraulickými prostředky 6.

Na obr. 3 je znázorněno zařízení podle vynálezu, které má po stranách uspořádané rámové profily 21, 22 nosné konstrukce 2. K upnutí kolejnice 1, která je nesena polohovacími prvky 3, 3] s dosedacími plochami 31, 3Γ, se upínací prostředky 4, Ψ vykývnou kolem otočných bodů 42, 421 a jejich dosedací plochy 41, 41' se nasadí na patku -kolejnice 1, a tak kolejnici 1 upnou. Relativním posunutím ve směru H se může provést ponoření kolejnice I do chladicího média 52.

Na obr. 4 je opět schematicky znázorněno horizontální vyrovnání kolejnice 1. Kolejnice 1 obrá45 cená svojí hlavou 11 dolů, se ponoří do nádrže 51 s chladicí tekutinou 52 chladicího zařízení 5 a podepře se polohovacími prvky 3, které jsou v ní umístěné. K upnutí v osově přímé horizontální poloze se provede položení přidržovacích závaží 40, která jsou pomocí přidržovacích prostředků 40' přemístitelná, na kolejnici 1, přičemž polohovací prvky 3, T se mohou spustit dolů pro vytvoření malé štěrbiny, například 0,5 mm, na dosedacích plochách 31, 3Γ. K vytažení kolejnice i z chladicího zařízení 5 se provádí například nadzdvihnutí přidržovacího závaží 40 a vyjetí polohovacích prvků 3, T nahoru. Také se může provést spuštění chladicího zařízení 5 dolů.

Claims (20)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob kalení kolejnic nebo hlavy (11) kolejnic (1) zesíleným ochlazováním s přeměnou austenitické struktury na požadovanou mikrostrukturu stabilní při teplotě místnosti, vyznačující se tím, že se kolejnice (1) v austenitickém stavu struktury, s délkou větší než 50 m, umisťuje horizontálně a upíná se zabezpečením proti ohybu osově vyrovnaně na nejméně třech ío místech podél kolejnice (1) v oblasti základny a plochy paty kolejnice (1), ležící proti ní ve směru k hlavě (11) kolejnice (1), načež se za udržování upnutí, či zajištění proti zohýbání, hlava (11) kolejnice (1) nejméně dočasně zvýšeně ochlazuje z teploty, která leží nad bodem Ac₃ slitiny a austenitická struktura se nechává změnit na žádoucí mikrostrukturu, která je stabilní při pokojové teplotě a podél délky kolejnice (1) se vytváří konstantní rozdělení struktur v příčném průře15 zu kolejnice (1), přičemž polohovací prvky (3, 3') mají dosedací plochy (31, 31') pro plochy směrující k hlavě (11) kolejnice (1) a uvolnitelně upínací prostředky (4, 4') mají dosedací plochy (41,4Γ) pro proti nim ležící plochu paty kolejnice (1).
2. 2. Způsob podle nároku 1,vyznačuj ící se tím, že se vyrovnání, polohování a osově

   20 vyrovnané upnutí kolejnice (1) provádí bezprostředně po posledním tvářecím úkonu, za využití válcovacího tepla.
3. 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se kolejnice (1) upíná nastojato, přičemž hlava (11) kolejnice (1) je nasměrována svisle nahoru.
4. 4. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se kolejnice (1) upíná zavěšeně, přičemž hlava (11) kolejnice (1) je nasměrována svisle dolů.
5. 5. Způsob podle některého z nároků 1 až 4, v y z n a č u j í c í se t í m , že se z kolejnice (1)

   30 odvádí teplo ochlazováním postřikem, přičemž se používají v podélném směru kolejnice (1) v povrchových oblastech příčného průřezu, symetricky k výškové ose kolejnice (1) stejně vysoké intenzity ochlazování.
6. 6. Způsob podle některého z nároků 1 až 4, v y z n a č u j í c í se t í m , že se z kolejnice (1)

   35 odvádí teplo ponořením do chladicí tekutiny (52).
7. 7. Způsob podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že se ochlazování kolejnice (1), týkající se oblasti povrchu příčného průřezu, provádí časově a/nebo místně přerušovaně.
8. 8. Způsob podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že se kolejnice (1) po zesíleném ochlazování odepíná a po případném držení při zvýšené teplotě na klidném vzduchu se nechává zchladnout na teplotu místnosti.

   45
9. 9. Způsob podle některého z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že délka kolejnice je větší než 90 m.
10. 10. Zařízení na kalení kolejnic (1) a/nebo hlavy (11) kolejnic (1) zesíleným ochlazováním, s přeměnou austenitické struktury na požadovanou mikrostrukturu stabilní při teplotě místnosti,

    50 sestávající z podpěrného prostředku pro kolejnici (1) a z chladicího zařízení (5), vyznačující se t í m , že je podpěrný prostředek pro kolejnici (1) vytvořen jako nosná konstrukce (2) s podélným uspořádáním odpovídajícím kolejnici (1) větší než 50 m, se skříňovými profily (21, 22) a s vysokým odporovým momentem vůči ohybu, jakož i na nejméně třech polohách podél

    -5 CZ 299001 CZ kolejnice (1) s polohovacími prvky (3, 3') a uvolnitelnými upínacími prostředky (4, 4') pro upnutí kolejnice (1), přičemž polohovací prvky (3, 3') mají dosedací plochy (31, 31’) pro plochy nasměrované k hlavě (11) kolejnice (1) a uvolnitelné upínací prostředky (4, 4') mají dosedací plochy (41, 4Γ) pro protilehlou plochu paty kolejnice (1).
11. 11. Zařízení podle nároku 10, vyznačující se tím, že je nosná konstrukce (2) provedena jako svařovaná konstrukce, na níž jsou v podélném směru uspořádány polohovací prvky (3), vždy jeden v roztečích po 0,5 m, které jsou horizontálně vyrovnatelné.

    ío
12. 12. Zařízení podle nároku 10 nebo 11,vyznačuj ící se tím, že j sou uvolnitelné upínací prostředky (4, 4') vytvořeny jako přidržovací závaží (40) pro kolejnici (1) doléhající na polohovací prvky (3, 3').
13. 13. Zařízení podle nároku 10, vyznačující se tím, že jsou uvolnitelné upínací pro15 středky (4, 4') vytvořeny s vyrovnávacími dosedacími plochami (41, 42) k polohování kolejnice (1) v horizontálním podélném směru.
14. 14. Zařízení podle některého z nároků 10 až 13, vyznačující se tím, že polohovací prvky (3, 3') a upínací prostředky (4, 4') mají zmenšenou dosedací plochu na kolejnici (1), s

    20 výhodou ve tvaru klínu.
15. 15. Zařízení podle některého z nároků 10 až 14, vyznačující se tím, že je chladicí zařízení (5) pro kolejnici (1) vytvořeno jako skrápěcí trasa (50) se vzduchem a/nebo vodou jako chladicí tekutinou (52, 52', 52), se stejnou intenzitou ochlazování v podélném směru.
16. 16. Zařízení podle některého z nároků 10 až 14, vyznačující se tím, že je chladicí zařízení (5) vytvořeno jako nádrž (51) na ponoření s chladicí tekutinou (52).
17. 17. Zařízení podle některého z nároků 10 až 16, vyznačující se tím, že j sou nosná

    30 konstrukce (2) pro kolejnici (1) a chladicí zařízení (5) relativně navzájem posuvné ve směru (H) vertikály příčného průřezu kolejnice (1).
18. 18. Zařízení podle některého z nároků 10 až 17, v y z n a č u j í c í se t í m , že je nosná konstrukce (2) spojena s nádrží (51) na ponoření, která má horizontálně vyrovnané polohovací prvky

    35 (3, 3') a zeje upínacími prostředky (4), s výhodou přidržovacími závažími (40), kolejnice (1) nastavitelná na polohovací prvky (3).
19. 19. Zařízení podle nároku 18, v y z n a č u j í c í se t í m , že jsou upínací prostředky (4, 4') vytvořeny jako přidržovací závaží (40) ajsou uspořádány alespoň v periferních oblastech kolej40 nice(l).
20. 20. Zařízení podle některého z nároků 10 až 19, vyznačující se tím, že má délku pro kalení kolejnic (1) s délkou větší než 90 m.