ITMI20090127A1 - Macchina di manipolazione rotaie e relativo processo di manipolazione - Google Patents

Description

MACCHINA DI MANIPOLAZIONE ROTAIE E RELATIVO PROCESSO DI MANIPOLAZIONE

Campo dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce ad una macchina di manipolazione di rotaie, in particolare ad una macchina idonea a manipolare almeno una rotaia in un impianto di trattamento termico della testa delle rotaie, detto impianto di trattamento termico essendo posto in linea e subito a valle di un impianto di laminazione, e si riferisce anche ad un relativo processo di manipolazione della rotaia.

Stato della tecnica

Alla tecnica nota appartengono diverse soluzioni di sistemi per il trattamento termico di rotaie laminate, volte in particolare a ottenere l’indurimento della testa attraverso l’operazione di tempra.

Molti di questi sistemi non sono disposti subito all’uscita del treno di laminazione. Questo comporta lo stoccaggio delle rotaie laminate ed un successivo loro riscaldamento prima di procedere con il trattamento termico di tempra, con notevoli consumi energetici e bassi rendimenti.

In altre soluzioni, invece, tali sistemi sono disposti a valle del laminatoio: la rotaia laminata à ̈ scaricata su una via a rulli, fissata al suolo; poi prelevata da manipolatori, comprendenti complessi leverismi, che gestiscono la movimentazione della rotaia durante il trattamento termico alla quale questa à ̈ sottoposta; ed infine espulsa sulla placca o letto di raffreddamento mediante opportuni meccanismi di espulsione. Un primo inconveniente di queste soluzioni à ̈ rappresentato dalla complessità dei sistemi di manipolazione della rotaia che movimentano la rotaia sulla via a rulli lungo l'impianto di trattamento termico.

Le rotaie riscaldate o provenienti direttamente dal laminatoio vengono sottoposte ad un rapido raffreddamento della testa o mediante l’utilizzo di ugelli spray, che iniettano un fluido di raffreddamento (acqua, aria, o acqua mista ad aria) sulla testa della rotaia, o mediante l’immersione della testa stessa in una vasca contenente il fluido di raffreddamento.

In particolare, nel caso dell’utilizzo della vasca per immersione si ha una maggiore uniformità di raffreddamento nel senso della lunghezza, ma comunque la differenza di temperatura tra la base della rotaia calda e la testa raffreddata comportano un incurvamento della rotaia.

In realtà, già all’uscita dell’impianto di laminazione la rotaia presenta un incurvamento. In particolare, a causa della differenza di temperatura tra la flangia (o suola) e la testa, la rotaia si incurva formando una concavità sul lato più freddo. Prima di eseguire il trattamento termico la flangia à ̈ più fredda della testa; pertanto la flangia presenta un profilo longitudinale concavo.

Durante il trattamento termico la testa à ̈ raffreddata più velocemente rispetto alla flangia e, alla fine del trattamento, la testa à ̈ più fredda della flangia e presenta un profilo longitudinale concavo.

Dopo alcuni minuti la flangia à ̈ nuovamente più fredda rispetto alla testa della rotaia; pertanto il profilo concavo sarà presente nuovamente dal lato della flangia. Pertanto, un secondo inconveniente delle soluzioni note à ̈ rappresentato dal fatto che queste variazioni del profilo longitudinale della rotaia, maggiormente accentuate alle estremità, causano l’esercizio di elevate forze verticali sulle pinze di serraggio dei manipolatori della rotaia; forze che potrebbero causare l’apertura delle pinze stesse con la conseguente caduta della rotaia.

Le pinze di serraggio dello stato della tecnica presentano lo svantaggio di non essere idonee a contrastare e contenere detto incurvamento e le sue variazioni durante il trattamento termico.

Per ovviare a questo secondo inconveniente sono stati progettati manipolatori in cui sono previsti cilindri idraulici di azionamento delle pinze di serraggio della rotaia tali da produrre elevatissime forze di serraggio. Queste forze garantiscono da una parte una buona presa della rotaia durante la sua movimentazione per il trasferimento in prossimità della vasca di raffreddamento, dall’altra ostacolano il movimento longitudinale della rotaia causato dal ritiro termico che la rotaia stessa subisce durante il suo raffreddamento. E’ noto, infatti, che una rotaia laminata lunga ad esempio 100 metri si accorcia durante il suo raffreddamento anche di circa 100-150 cm. Questo accorciamento può causare danni, per effetto delle elevate forze di serraggio delle pinze sulla rotaia, sia alla superficie della rotaia c e ag i stessi manipolatori.

E' quindi sentita l’esigenza di realizzare una macchina di manipolazione di rotaie ed un relativo processo di manipolazione che consentano di superare i suddetti inconvenienti.

Sommario dell'invenzione

Scopo primario della presente invenzione à ̈ quello di realizzare una macchina di manipolazione di rotaie, posta in linea e subito a valle di un impianto di laminazione, che consenta sia di manipolare agevolmente la rotaia per trasferirla dalla via a rulli alla zona di trattamento termico sia di garantire una presa ottimale della rotaia lungo la sua estensione longitudinale, contrastando con efficacia l'incurvamento e le sue variazioni e permettendo al tempo stesso il movimento longitudinale della rotaia causato dal ritiro termico, evitando pertanto danni sia alla superficie esterna della rotaia che ai manipolatori.

Un altro scopo dell’invenzione à ̈ quello di realizzare un impianto di trattamento termico di rotaie comprendente la suddetta macchina di manipolazione.

Un ulteriore scopo dell’invenzione à ̈ quello di prevedere un processo di manipolazione della rotaia mediante il quale sono ottimizzati il posizionamento lungo una via a rulli, la movimentazione ed il mantenimento sostanzialmente rettilineo della rotaia durante il trattamento termico alla quale à ̈ sottoposta.

La presente invenzione, pertanto, si propone di raggiungere gli scopi sopra discussi realizzando una macchina di manipolazione di una rotaia provvista di una testa e di una flangia, che, conformemente alla rivendicazione 1, comprende - una pluralità di mezzi di movimentazione per prelevare e ribaltare la rotaia da una posizione inclinata su un suo lato ad una posizione con la testa della rotaia rivolta verso l’alto;

- una pluralità di manipolatori provvisti di mezzi di serraggio, atti a serrare la rotaia in corrispondenza della flangia, ed idonei a spostare la rotaia da detta posizione con la testa della rotaia rivolta verso l’alto ad una posizione con la testa rivolta verso il basso,

in cui detti mezzi di movimentazione comprendono prime leve atte ad essere azionate da primi mezzi di attuazione e configurate in modo da trasferire la rotaia dalla posizione inclinata su un suo lato, prevista su un primo piano, alla posizione con la testa della rotaia rivolta verso l’alto su un secondo piano superiore a detto primo piano.

Un secondo aspetto della presente invenzione prevede un impianto di trattamento termico di rotaie per sottoporre una testa di dette rotaie ad un trattamento termico in linea, in uscita da un impianto di laminazione definente un asse di laminazione, detto impianto di trattamento termico comprendente conformemente alla rivendicazione 9:

una via a rulli longitudinale, disposta lungo l'asse di laminazione;

una prima vasca di raffreddamento longitudinale, disposta adiacente e parallela a detta via a rulli;

ed una macchina di manipolazione secondo la rivendicazione 1 in cui

- le prime leve sono disposte lungo la via a rulli, definente detto primo piano, per estrarre le rotaie da detta via a rulli e ribaltarle dalla posizione inclinata su un lato su detta via a rulli ad una posizione con la testa della rotaia rivolta verso l’alto su detto secondo piano previsto in prossimità della pluralità dei manipolatori;

- e primi manipolatori di detta pluralità di manipolatori, provvisti di mezzi di serraggio atti a serrare una prima rotaia in corrispondenza della flangia, sono idonei a spostare detta prima rotaia da detta posizione con la testa rivolta verso l’alto ad una posizione al di sopra della prima vasca di raffreddamento con la testa rivolta verso il basso.

Un ulteriore aspetto della presente invenzione prevede un processo di manipolazione di una rotaia mediante la suddetta macchina di manipolazione comprendente, conformemente alla rivendicazione 13, i seguenti stadi:

- movimentazione della rotaia, mediante le prime leve di detti mezzi di movimentazione, da una posizione inclinata su un suo lato, prevista su un primo piano, ad una posizione con la testa della rotaia rivolta verso l’alto su un secondo piano superiore a detto primo piano;

- serraggio della rotaia, mediante mezzi di serraggio di una pluralità di manipolatori, mediante un contatto di porzioni di superficie interna delle ganasce solamente con i fianchi della flangia della rotaia;

- rotazione dei manipolatori per spostare la rotaia da detta posizione con la testa rivolta verso l’alto ad una posizione con la testa rivolta verso il basso.

La macchina ed il processo di manipolazione di rotaie della presente invenzione presentano anche i seguenti vantaggi:

- una presa migliore della rotaia incurvata, pur esercitando forze di serraggio relativamente basse durante il trattamento termico di tempra in vasca, dovuto al fatto che le forze generate dal serraggio delle pinze sulla flangia della rotaia incurvata hanno il proprio punto di applicazione sostanzialmente allineato ai fulcri di rotazione delle stesse pinze;

- la possibilità di comandare i cilindri idraulici di azionamento delle pinze di serraggio dei manipolatori in modo da passare da

- una elevata forza di serraggio durante la movimentazione della rotaia, dalla posizione con la testa rivolta verso l’alto alla posizione di immersione della rotaia nella vasca di raffreddamento, per contrastare la sua forza peso e la forza centrifuga che si produce durante la rotazione dei manipolatori, - ad una sufficientemente bassa forza di serraggio durante l’immersione per consentire l’accorciamento della rotaia dovuto al ritiro termico;

La macchina e il processo di manipolazione si inseriscono all'interno di un layout d’impianto di trattamento termico che prevede di utilizzare tre vasche di raffreddamento, disposte in serie, con i seguenti vantaggi:

- permette di raggiungere elevate produttività in termini di rotaie trattate per unità di tempo;

- ottimizza gli spazi occupati e riduce i costi di primo investimento legati alle fondazioni di macchina;

- permette di razionalizzare l’impiantistica legata ai circuiti e alle tubazioni dell’acqua che alimentano le vasche di raffreddamento;

- Ã ̈ flessibile grazie al fatto che consente di scaricare le rotaie laminate anche senza trattarle termicamente e di effettuare il cambio di campagna di produzione per produrre travi pesanti (in inglese heavy sections);

- à ̈ modulare nel senso che permette di aggiungere ancora altre vasche di raffreddamento qualora si volesse incrementare ulteriormente la produttività oraria oppure trattare rotaie di taglia differente.

Le rivendicazioni dipendenti descrivono forme di realizzazione preferite dell'invenzione.

Breve descrizione delle figure

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, di una macchina di manipolazione di rotaie, illustrata a titolo esemplificativo e non limitativo, con l'ausilio delle unite tavole di disegno in cui: la Figura 1 rappresenta un layout di un impianto di trattamento termico della testa di rotaie secondo l’invenzione;

la Figura 2a rappresenta una vista laterale di una prima parte della macchina di manipolazione di rotaie secondo l’invenzione, con un manipolatore disposto nella posizione di immersione della testa della rotaia in vasca;

la Figura 2b rappresenta una vista laterale di una seconda parte della macchina di manipolazione di rotaie secondo l’invenzione;

le Figure da 3 a 14 rappresentano alcune fasi del processo di manipolazione di rotaie mediante la macchina dell’invenzione;

la Figura 15 rappresenta una prima forma di realizzazione dei mezzi di attuazione delle pinze di serraggio in due distinte posizioni;

la Figura 16 rappresenta una prima variante di una seconda forma di realizzazione dei mezzi di attuazione delle pinze di serraggio in due distinte posizioni;

la Figura 17 rappresenta una seconda variante della seconda forma di realizzazione dei mezzi di attuazione delle pinze di serraggio in due distinte posizioni;

la Figura 18 rappresenta una terza variante della seconda forma di realizzazione dei mezzi di attuazione delle pinze di serraggio in due distinte posizioni;

la Figura 19 rappresenta una quarta variante della seconda forma di realizzazione dei mezzi di attuazione delle pinze di serraggio in due distinte posizioni;

la Figura 20 rappresenta una vista trasversale dell’impianto in cui à ̈ visibile una sacca mobile per rimuovere il laminato dalla via a rulli in caso di emergenza a valle.

Descrizione in dettaglio di forme di realizzazione preferite dell’invenzione

Con riferimento alle Figure 2a e 2b à ̈ rappresentata una forma di realizzazione preferita di una macchina di manipolazione di rotaie oggetto della presente invenzione. Le rotaie sono provviste di una testa, un’anima ed una flangia o suola.

La flangia a sua volta comprende una base piana, i fianchi e il dorso le cui superfici sono inclinate rispetto al piano della base. I fianchi e le superfici inclinate sono collegate da un tratto di raccordo.

Tale macchina comprende in una prima variante:

- una via a rulli longitudinale 3, disposta in linea direttamente lungo l’asse di laminazione X, che riceve la rotaia 9 in uscita dall’ultima gabbia di laminazione; - una vasca di raffreddamento longitudinale 5, disposta adiacente e parallela a detta via a rulli 3, per trattare termicamente la rotaia 9 mediante immersione in un liquido di raffreddamento contenuto in detta vasca;

- una pluralità di mezzi di movimentazione 20, disposti lungo la via a rulli 3, per prelevare la rotaia 9 dalla via a rulli 3 e ribaltarla da una posizione in cui à ̈ appoggiata su un lato sulla via a rulli con la flangia rivolta verso la vasca di raffreddamento 5 (Figura 3), posizione con cui la rotaia arriva sulla via a rulli, ad una posizione con la testa rivolta verso l’alto al di fuori della via a rulli 3 (Figura 8); - una pluralità di manipolatori 10 provvisti di pinze di serraggio, idonei a serrare la rotaia 9 in corrispondenza della flangia ed a ruotarla dalla posizione con la testa rivolta verso l’alto (Figura 8) ad una posizione con la testa rivolta verso il basso ed immersa nella vasca di raffreddamento 5 (Figura 14).

La suddetta posizione della rotaia con la testa rivolta verso l’alto non à ̈ sulla via a rulli 3 ma à ̈ in prossimità della posizione di riposo dei manipolatori 10 (Figure da 3 a 8). Il fatto di prevedere dei mezzi intermedi di movimentazione delle rotaie che trasferiscono le rotaie dalla via a rulli 3 ai manipolatori 10, previsti nell’area di trattamento termico, evita la diretta esposizione dei manipolatori al carico termico più elevato presente in prossimità della via a rulli. Questo rende anche più agevole le operazioni di manutenzione nell’area di trattamento termico, in quanto quest’ultima risulta essere maggiormente distanziata dalla via a rulli rispetto alle soluzioni deN’arte nota.

La vasca di raffreddamento 5 ha una estensione longitudinale tale da consentire in esse l’immersione di una intera rotaia. Le rotaie, una volta completato il trattamento termico della testa, vengono scaricate dalla via a rulli su una placca o letto di raffreddamento 8.

I mezzi di movimentazione 20, disposti lungo la via a rulli 3 con passo ad esempio pari a 1 ,5 metri, comprendono ciascuno:

- una leva 25, nota come spintore o “pusher†nella terminologia inglese, che, azionata da un cilindro idraulico 28 o altro idoneo mezzo di attuazione, ruota attorno ad un proprio perno di oscillazione 27 di un predeterminato angolo, ad esempio 30°, spostando la rotaia 9, inclinata su un lato, nella parte laterale della via a rulli 3 distale dalla vasca di raffreddamento (Figure 3 e 4);

- una leva 26 fissata solidalmente in corrispondenza di una propria prima estremità su un albero di trasmissione 11 ’, previsto in una posizione laterale alla via a rulli 3, e provvista alla propria seconda estremità di due sporgenze 26’, 26" configurate in modo che detta seconda estremità definisca un vano, di forma sostanzialmente ad U, per accogliere una porzione di rotaia durante la rotazione di detta leva 26.

Vantaggiosamente la configurazione delia leva 26 à ̈ tale che, in posizione di riposo, la sua seconda estremità sia posizionata ai di sotto della parte laterale della via a rulli 3 distale dalla vasca di raffreddamento (Figura 4).

I manipolatori 10, disposti lungo la via a rulli 3 con passo ad esempio pari a 3 metri, comprendono ciascuno un braccio 12 fissato solidalmente in corrispondenza di una propria estremità su un albero di trasmissione 11 , previsto in una posizione intermedia tra vasca 5 e via a rulli 3.

Ciascun braccio 12 à ̈ provvisto all’altra estremità di una pinza di serraggio le cui ganasce 14 sono incernierate su fulcri o perni di rotazione 19. Su ciascun braccio à ̈ anche previsto un attuatore idraulico 13, o altro idoneo mezzo di attuazione, per azionare le ganasce 14. In cooperazione con detto attuatore idraulico 13 possono essere previste diverse soluzioni di mezzi di movimentazione delie ganasce 14. In Figura 15 à ̈ illustrata una prima variante in cui à ̈ prevista una coppia di pignoni 32 ingrananti tra loro e montati solidalmente sui rispettivi perni di rotazione 19 delle ganasce 14: l’attuatore idraulico 13 à ̈ configurato in modo da azionare uno dei due pignoni causando, pertanto, l’apertura di entrambe le ganasce 14. Questa soluzione ha il vantaggio che il sistema di azionamento ha un ingombro limitato e muove le ganasce sempre in modo simmetrico.

Le Figure da 16 a 19 illustrano altre quattro varianti in cui non sono previsti i pignoni ma soltanto sistemi di ieverismi. Questi sistemi di leve hanno il vantaggio che il sistema di trasmissione tra le ganasce non prevede ingranamenti esposti all’elevato carico termico, dovuto alla vicinanza della rotaia, e allo sporcamento da scaglia metallica, proveniente dalla rotaia stessa, rispetto alla soluzione con pignoni.

In particolare la prima variante di Fig. 16 comprende un sistema di tre aste 33, 34 e 35. L’asta 35 à ̈ imperniata ad una prima estremità al braccio 12 del manipolatore e ad una seconda estremità all’attuatore 13. Entrambe le aste 33 e 34 sono imperniate ad una rispettiva prima estremità, insieme all'asta 35, all'attuatore 13; in corrispondenza della rispettiva seconda estremità esse sono invece imperniate su rispettivi opportuni punti delle ganasce 14.

La Figura 16b rappresenta le ganasce 14 in posizione aperta mentre la Figura 16a rappresenta le ganasce 14 in posizione chiusa.

Questa prima variante à ̈ poco ingombrante; prevede la chiusura delle ganasce mediante un’azione di spinta dell’attuatore idraulico, pertanto con forza di chiusura più elevata; prevede un movimento delle ganasce non simmetrico. Inoltre, le ganasce 14 non sono simmetriche nella posizione di massima apertura mentre lo sono nella posizione di chiusura.

La seconda variante di Fig. 17 comprende un sistema di due aste 36, 37 e un bilanciere 38. Il bilanciere 38 à ̈ imperniato ad una prima estremità all’attuatore 13 e nella zona centrale ad un supporto solidale al braccio 12 del manipolatore, o direttamente al braccio 12. L’asta 36 à ̈ imperniata ad una rispettiva prima estremità, insieme al bilanciere 38, all’attuatore 13; l’asta 37 à ̈ invece imperniata ad una rispettiva prima estremità alla seconda estremità del bilanciere 38. Le aste 36 e 37, in corrispondenza delle rispettive seconde estremità, sono imperniate su rispettivi opportuni punti delle ganasce 14.

La Figura 17b rappresenta le ganasce 14 in posizione aperta mentre la Figura 17a rappresenta le ganasce 14 in posizione chiusa.

Questa seconda variante à ̈ un po’ più ingombrante della prima variante; prevede la chiusura delle ganasce mediante un'azione di spinta dell’attuatore idraulico. Le ganasce 14 sono, anche in questo caso, simmetriche nella posizione di chiusura. La terza variante di Fig. 18 comprende un sistema provvisto di una leva 39 e di due aste 40 e 41. La leva 39, avente in questo esempio una forma triangolare, à ̈ imperniata rispettivamente all’attuatore 13 in corrispondenza di un primo vertice, ad un supporto solidale al braccio 12 del manipolatore o direttamente al braccio 12 in corrispondenza di un secondo vertice, e alle prime estremità delle aste 40, 41 in corrispondenza di un terzo vertice. Le aste 40, 41, in corrispondenza delle rispettive seconde estremità, sono imperniate su rispettivi opportuni punti delle ganasce 14.

La Figura 18b rappresenta le ganasce 14 in posizione aperta mentre la Figura 18a rappresenta le ganasce 14 in posizione chiusa.

Questa terza variante à ̈ più ingombrante della seconda variante; prevede la chiusura delle ganasce mediante un’azione di spinta dell’attuatore idraulico; prevede un movimento delle ganasce non simmetrico. Le ganasce 14 sono simmetriche nella posizione di massima apertura e di clampaggio. Questa soluzione garantisce un serraggio molto forte e stabile.

Infine, la quarta variante di Fig. 19 comprende un sistema provvisto di una leva 39’ e di due aste 40 e 41. La leva 39’, avente in questo esempio una forma sostanzialmente a “L†con una forma concava rivolta verso il braccio 12, à ̈ imperniata rispettivamente all’attuatore 13 in corrispondenza di sua una prima estremità, ad un supporto solidale al braccio 12 del manipolatore o direttamente al braccio 12 in corrispondenza della sua parte centrale, e alle prime estremità delle aste 40, 41 in corrispondenza della sua seconda estremità. Le aste 40, 41, in corrispondenza delle rispettive seconde estremità, sono imperniate su rispettivi opportuni punti delle ganasce 14.

La Figura 19b rappresenta le ganasce 14 in posizione aperta mentre la Figura 19a rappresenta le ganasce 14 in posizione chiusa.

Questa quarta variante à ̈ meno ingombrante della terza e della seconda variante; prevede la chiusura delle ganasce mediante un’azione di tiro dell’attuatore, pertanto con minore forza di chiusura a parità di forza esercitata dall’attuatore stesso; prevede un movimento delle ganasce non simmetrico. Le ganasce 14 sono simmetriche nella posizione di massima apertura e di chiusura. Questa soluzione garantisce comunque un serraggio molto forte e stabile malgrado il fatto che l’attuatore lavori in tiro, quindi con una minore forza.

Le pinze di serraggio sono configurate in modo tale che le ganasce 14 sono provviste di una superficie interna, solitamente prevista su un elemento di usura 30 o “lardone†, avente un profilo sostanzialmente coniugato a quello della rotaia fino a circa metà anima e idonea ad andare in battuta sui fianchi della suola o flangia della rotaia, lasciando invece un predeterminato gioco sul dorso o superficie inclinata della suola. Infatti l’angolo di inclinazione del dorso della suola, rispetto al piano della base della flangia, à ̈ più piccolo dell’angolo di inclinazione della superficie interna coniugata della ganascia 14 in posizione di serraggio (Figura 2a).

Con la rotaia 9 in presa nelle ganasce 14 in posizione di serraggio (Fig. 2a), l’incurvamento della rotaia stessa lungo la sua estensione longitudinale genera, in corrispondenza di alcuni punti, il contatto di una porzione del tratto di raccordo tra fianchi e dorso con una corrispondente porzione della superficie interna delle ganasce; su queste superfici di contatto si scaricano delle forze parallele al piano di simmetria della rotaia aventi un’intensità di circa un ordine di grandezza superiore alla forza di chiusura esercitata dalle ganasce stesse.

Vantaggiosamente la risultante di dette forze parallele ha una direzione passante per o poco distante dall’asse del rispettivo perno di rotazione 19. Pertanto il braccio delle risultanti delle forze parallele al piano di simmetria della rotaia, generate a causa dell’incurvamento della rotaia quando la rotaia incurvata viene serrata dalle ganasce, rispetto ai perni di rotazione 19 à ̈ nullo o comunque piccolo, ad esempio fino ad un massimo di 30 mm e preferibilmente pari a 5 mm. Di conseguenza à ̈ nullo o trascurabile il momento generato da dette forze parallele al piano di simmetria della rotaia rispetto ai perni di rotazione 19 delle ganasce chiuse. In questo modo:

- si evita l’apertura accidentale delle ganasce a seguito delle spinte generate dall’afferraggio di una rotaia che si incurva, essendo sottoposta a campi termici non uniformi tra suola e testa;

- Ã ̈ possibile impiegare forze di chiusura delle ganasce relativamente basse.

La macchina di manipolazione à ̈ suddivisa in moduli, ciascuno comprendente un albero di trasmissione 11, affiancati l’uno in successione all’altro fino a raggiungere la desiderata estensione longitudinale della macchina di manipolazione.

E’ previsto un sistema di comando per ogni modulo, preferibilmente un motore sincrono. Gli alberi di trasmissione 11 dei diversi moduli sono comandati dai rispettivi motori. Vantaggiosamente, nel caso in cui si verificassero problemi di trasmissione in qualche modulo dell'Impianto, gli alberi 11 sono provvisti ad una estremità di un elemento di connessione idoneo ad ingranare una corrispondente cava prevista all'estremità prossimale dell’albero 11 successivo.

Il processo di manipolazione delle rotaie, realizzato mediante l’utilizzo della suddetta prima forma di realizzazione della macchina di manipolazione, comprende i seguenti stadi:

1 ) scarico sulla via a rulli 3 di una rotaia 9 in una posizione inclinata su un lato; in questa fase di ricezione della rotaia, spintori 25 e leve 26 sono nelle rispettive posizioni di riposo esterne e al di sotto della via a rulli 3 (Figura 3);

2) azionamento degli spintori 25 mediante i cilindri idraulici 28 in modo che essi ruotino di un predeterminato angolo, ad esempio circa 30°, in un primo senso di rotazione intorno ai rispettivi perni 27, spostando la rotaia 9, inclinata su un lato, lateralmente rispetto al piano longitudinale di mezzeria della stessa via a rulli 3, in particolare nella parte laterale della via a rulli 3 distale dalla vasca 5 (Figura 4); 3) eventuale azionamento delle seconde leve 26 in modo da ottenere un loro parziale sollevamento, con i fondi dei vani che accolgono rotaia 9 ancora al di sotto del piano definito dalla via a rulli 3 (Figura 5);

4) azionamento degli spintori 25 mediante i cilindri idraulici 28 in modo che essi ruotino in un secondo senso di rotazione, opposto al primo, intorno ai rispettivi perni 27 fino a ritornare nelle rispettive posizioni di riposo (Figura 6);

5) azionamento delle leve 26 mediante l’albero di trasmissione 11’ in modo che esse ruotino in un rispettivo primo senso di rotazione di un predeterminato angolo, sostanzialmente circa 90°, accogliendo la rotaia 9 nei vani di estremità, sollevandola dalla via a rulli 3 e ribaltandola in una posizione con testa rivolta verso l’alto: durante la rotazione la rotaia 9 scivola lungo il fondo dei vani fino al contatto con le sporgenze 26" (Figura 7) e, a fine corsa delle leve 26, raggiunge la posizione con la testa rivolta verso l’alto e la base della flangia appoggiata sulle sporgenze 26†(Figura 8);

6) eventuale centraggio della rotaia 9 sulle sporgenze 26†mediante le pinze dei manipolatori 10 per evitare strisciamenti sulla rotaia, in particolare sulle estremità di testa e coda, durante la fase di serraggio delle pinze;

7) raddrizzatura della rotaia 9 mediante la cooperazione tra manipolatori 10 e sporgenze 26’ delle leve 26; a partire dalla posizione di riposo (Figura 8) i manipolatori 10 ruotano con le ganasce 14 aperte in modo da sollevare la rotaia 9, mediante una superficie di supporto 24, fino a raggiungere una posizione di cooperazione con le leve 26 (Figura 9) in cui la testa della rotaia à ̈ opportunamente distaccata dalle sporgenze 26’, ad esempio di qualche centimetro, tranne nei punti di maggiore incurvamento della rotaia in cui si ha un contatto tra testa della rotaia e sporgenze 26’ delle leve 26 rimaste in posizione sollevata;

8) serraggio della rotaia 9, nella suddetta posizione di Figura 9, mediante la chiusura completa delle ganasce 14 che vanno a battuta sui fianchi della flangia lasciando, invece, un predeterminato gioco tra ganasce e superficie superiore della flangia (Figura 10);

9) lieve rotazione dei manipolatori 10 verso il basso per distaccare la testa della rotaia dalle sporgenze 26', in modo da evitare strisciamenti sulla superficie delia testa della rotaia nella successiva fase 10);

10) azionamento delle leve 26 mediante l'albero di trasmissione 11 ’ in modo che esse ruotino nel rispettivo secondo senso di rotazione (Figura 12) almeno fino ad uscire dall’area di manovra dei manipolatori 10;

11 ) rotazione dei manipolatori 10 in un primo senso di rotazione, di circa 170°, fino a posizionare la testa della rotaia 9 rivolta verso il basso ad una predeterminata distanza dalla vasca di raffreddamento 5 (Figura 13); la rotaia 9 viene mantenuta in questa posizione fino a che la testa raggiunge, mediante raffreddamento in aria, una predeterminata temperatura superficiale di almeno 720°C;

12) ulteriore rotazione dei manipolatori 10 nel primo senso di rotazione fino ad una posizione di immersione della testa della rotaia nella vasca 5 (Figura 14); questo raffreddamento mediante il liquido di raffreddamento contenuto nella vasca dura fino a raggiungere una temperatura superficiale della testa della rotaia da 50 a 150°C superiore alla temperatura Ar3 tale da non causare la trasformazione di fase dall’austenite in perlite;

13) rotazione dei manipolatori 10 nei secondo senso di rotazione, opposto al primo, fino a posizionare la testa della rotaia 9 rivolta verso il basso a detta predeterminata distanza dalla vasca di raffreddamento 5 (stessa posizione di Figura 13); la rotaia 9 viene mantenuta in questa posizione fino a che, mediante raffreddamento in aria, la temperatura superficiale della testa viene equalizzata alla temperatura di uno strato superficiale della testa della rotaia, detto strato avente una profondità compresa tra 15 e 25 mm dalla superficie della testa;

14) rotazione dei manipolatori 10 nel primo senso di rotazione fino alla posizione di immersione della testa della rotaia nella vasca 5 (stessa posizione di Figura 14); questo ulteriore raffreddamento mediante il liquido di raffreddamento dura fino a raggiungere una temperatura superficiale della testa della rotaia inferiore a 500°C per cui avviene la trasformazione di fase dall’austenite in perlite;

15) rotazione dei manipolatori 10 nel secondo senso di rotazione, di circa 170°-180°, fino a posizionare la testa della rotaia 9 rivolta verso l'alto sostanzialmente in corrispondenza della posizione in cui à ̈ stato eseguito il serraggio;

16) azionamento delle leve 26 in modo che esse ruotino nel rispettivo primo senso di rotazione fino a che le sporgenze 26’ raggiungono la suddetta posizione di cooperazione con la testa della rotaia (stessa posizione di Figura 10);

17) apertura delle ganasce 14 ed ulteriore rotazione dei manipolatori 10 nel secondo senso di rotazione fino ad appoggiare la suola della rotaia sulle sporgenze 26†(stessa posizione di Figura 8);

18) azionamento delle leve 26 mediante l’albero di trasmissione 11’ in modo che esse ruotino nel rispettivo secondo senso di rotazione di un predeterminato angolo, sostanzialmente circa 90°, riportando la rotaia 9 sulla via a rulli 3 nella posizione inclinata su un lato, con la flangia rivolta verso la vasca di raffreddamento 5, e disposta lateralmente rispetto al piano longitudinale di mezzeria della stessa via a rulli 3.

A questo punto la rotaia trattata termicamente à ̈ pronta per avanzare sulla via a rulli 3 e per essere poi scaricata su una placca di raffreddamento 8.

Una volta finito il trattamento termico di tempra della rotaia, comprendente quattro fasi di raffreddamento rispettivamente in aria, liquido, aria e liquido, si ottiene vantaggiosamente uno strato superficiale della testa della rotaia, profondo da 15 a 25 mm a partire dalla superficie esterna della testa, avente una struttura perlitica uniforme a granulometria fine, con un grano di dimensioni preferibilmente comprese tra i valori 9 e 4 secondo lo standard russo GOST 8233-56.

AN’uscita dall’ultima gabbia di laminazione 2, la rotaia 9 viene scaricata sulla via a rulli 3 in una posizione inclinata su un lato con la flangia rivolta verso la vasca di raffreddamento 5 (caso illustrato nelle figure); in alternativa può essere scaricata sulla via a rulli 3 in una posizione inclinata su un lato con la testa rivolta verso la vasca di raffreddamento 5 (caso non illustrato).

L’eventuale centraggio della rotaia 9 sulle sporgenze 26†(stadio 6) avviene mediante:

- una lieve rotazione dei manipolatori 10 dalla posizione di riposo con ganasce aperte fino a che le estremità delle ganasce arrivano sostanzialmente all’altezza della suola;

- chiusura parziale delle ganasce 14 delle pinze di serraggio fino a contattare entrambi i fianchi della flangia e centrare la rotaia 9 senza serrarla;

- riapertura delle ganasce 14.

Durante lo stadio 11) e lo stadio 13) può essere prevista la misurazione della temperatura superficiale della testa della rotaia mediante pirometri.

Con riferimento alla Figura 1 Ã ̈ rappresentato un layout di una parte di un impianto di produzione di rotaie comprendente una seconda forma di realizzazione preferita della macchina di manipolazione oggetto della presente invenzione. Questo layout esemplificativo comprende:

- un impianto di laminazione di blumi idoneo a produrre rotaie, oppure travi pesanti (in inglese “heavy sections†), definente un asse di laminazione X (in Fig. 1 à ̈ rappresentata solo l’ultima gabbia di laminazione 2);

- l'impianto di trattamento termico 1 per sottoporre le rotaie al trattamento termico della testa comprendente detta macchina di manipolazione;

- una placca o letto di raffreddamento 8, sulla quale le rotaie trattate 9 vengono scaricate.

A valle della placca di raffreddamento 8 può essere prevista una eventuale macchina raddrizzatrice, utilizzata per ottenere le tolleranze di rettilineità richieste, ed una via a rulli di evacuazione verso l’area di finitura.

L'impianto di trattamento termico 1 comprende:

- la via a rulli longitudinale 3, disposta lungo l'asse di laminazione X, immediatamente a valle dell’ultima gabbia di laminazione 2, per ricevere e far avanzare le rotaie prima e dopo il trattamento termico di indurimento della testa; - una prima vasca di raffreddamento longitudinale 5, disposta adiacente e parallela ad una prima porzione iniziale della via a rulli 3, per trattare termicamente la testa di una prima rotaia;

- una seconda vasca di raffreddamento longitudinale 6, disposta adiacente e parallela ad una seconda porzione della via a rulli 3, detta seconda porzione essendo successiva alla prima porzione, per trattare termicamente la testa di una seconda rotaia;

- una terza vasca di raffreddamento longitudinale 7, disposta adiacente e parallela ad una terza porzione della via a rulli 3, detta terza porzione essendo successiva alla seconda porzione, per trattare termicamente la testa di una terza rotaia.

- in opzione, lungo la via a rulli 3 sono disposti degli stopper, a scomparsa, azionati automaticamente dal basso verso l'alto per fermare l’estremità anteriore della rotaia nella posizione esatta rispetto alla vasca in cui deve essere trattata. Le vasche di raffreddamento 5, 6, 7 hanno una estensione longitudinale tale da consentire in esse l’immersione di una intera rotaia.

Vantaggiosamente dette vasche 5, 6, 7 sono completamente indipendenti in quanto ciascuna viene dotata di tutta l’impiantistica e i sistemi necessari per il funzionamento, come per esempio la centrale oleodinamica, la centrale di trattamento del fluido di tempra, la centrale del grasso, ecc. In questo modo à ̈ possibile escludere una qualunque delle tre vasche dal ciclo di trattamento per effettuarne la manutenzione mentre le restanti due vasche continuano a lavorare. Possono anche essere previste eventuali troncatrici tra impianto di trattamento termico 1 e placca di raffreddamento 8.

La via a rulli 3 può essere impiegata per scaricare direttamente sulla placca 8 le rotaie che non devono essere trattate oppure le travi pesanti (in inglese "heavy sections†) che non necessitano di alcun trattamento.

Nella variante preferita illustrata nelle Figure, la via a rulli 3 Ã ̈ disposta ad una quota standard da terra, di circa 800 mm, mentre le vasche di raffreddamento 5, 6, 7 con i relativi manipolatori 10 sono disposte ad una quota superiore alla quale la rotaia 9 arriva mediante le leve o braccia di trasferimento 26. Questa disposizione permette di realizzare fondazioni meno profonde per l'area di trattamento termico con notevole riduzione di costi.

Anche lungo la seconda e la terza porzione della via a rulli 3 sono previsti:

- una pluralità di mezzi di movimentazione 20 per prelevare la rotaia 9 dalla via a rulli e ribaltarla da una posizione inclinata su un lato con la flangia rivolta verso la rispettiva vasca di raffreddamento 6, 7, posizione con cui la rotaia arriva sulla seconda e sulla terza porzione della via a rulli 3, ad una posizione con testa rivolta verso l’alto in prossimità della posizione di riposo (Figura 8) dei manipolatori 10. - una pluralità di manipolatori 10, disposti tra via a rulli 3 e seconda vasca di raffreddamento 6 per serrare una rotaia e ruotarla in modo da immergerla in detta vasca 6 e tra via a rulli 3 e terza vasca di raffreddamento 7 per serrare una rotaia e ruotarla in modo da immergerla in detta vasca 7. Sono previsti, pertanto, ulteriori alberi di trasmissione 11 , in una posizione intermedia rispettivamente tra vasca 6 e via a rulli 3 e tra vasca 7 e stessa via a rulli 3.

Sono previste aperture lungo la via a rulli 3 per il passaggio delle leve o spintori 25 e delle leve 26.

In una variante vantaggiosa sono previste, in corrispondenza delle rispettive porzioni della via a rulli 3, sacche mobili 42 poste lateralmente alla via a rulli 3 per rimuovere il laminato, rotaia o profilo, dalla via a rulli stessa in caso di emergenza a valle. Una sacca mobile 42 Ã ̈ illustrata in Figura 20 in corrispondenza della prima porzione della via a rulli 3 e della vasca di raffreddamento 5.

Dopo lo scarico di una rotaia 9 sulla via a rulli 3 il processo di manipolazione dell'invenzione, se la prima vasca di raffreddamento 5 Ã ̈ libera, comprende i seguenti stadi:

- la rotaia 9 viene movimentata e ribaltata da una posizione inclinata su un lato sulla prima porzione della via a rulli 3 in una posizione con la testa rivolta verso l’alto in prossimità della posizione di riposo delle ganasce 14 dei manipolatori 10, come descritto sopra per gli stadi da 2) a 5);

- si eseguono gli stadi da 6) a 18) nella zona dell’impianto comprendente la vasca di raffreddamento 5 e la corrispondente prima porzione della via a rulli 3;

- avanzamento della rotaia 9 lungo la seconda porzione e la terza porzione della via a rulli 3, accanto alle quali sono disposte la seconda 6 e la terza 7 vasca di raffreddamento, senza interferire con i manipolatori ed i mezzi di movimentazione previsti lungo dette seconda e terza porzioni della via a rulli 3;

- scarico della rotaia 9 con la testa trattata termicamente sulla placca di raffreddamento 8.

Se, invece, la prima vasca di raffreddamento 5 Ã ̈ occupata da una rotaia precedente, la rotaia 9 viene trasferita nella seconda porzione della via a rulli 3 e:

- se la seconda vasca di raffreddamento 6 Ã ̈ libera, la rotaia viene ribaltata, serrata e la testa viene trattata termicamente in detta seconda vasca 6 come descritto negli stadi da 2) a 18);

- se la seconda vasca di raffreddamento 6 Ã ̈ occupata, la rotaia viene trasferita nella terza porzione della via a rulli 3 dove viene ribaltata, serrata e la testa viene trattata termicamente nella terza vasca di raffreddamento 7 come descritto negli stadi da 2) a 18).

Il principale vantaggio ottenuto mediante questa seconda forma di realizzazione della macchina di manipolazione à ̈ rappresentato da una produttività di 27-28 rotaie/ora e da una produttività oraria di 180-200 ton/ora.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Macchina di manipolazione di una rotaia (9) provvista di una testa e di una flangia, la macchina comprendente - una pluralità di mezzi di movimentazione (20) per prelevare e ribaltare la rotaia (9) da una posizione inclinata su un suo lato ad una posizione con la testa della rotaia rivolta verso l’alto; - una pluralità di manipolatori (10) provvisti di mezzi di serraggio, atti a serrare la rotaia (9) in corrispondenza della flangia, ed idonei a spostare la rotaia (9) da detta posizione con la testa della rotaia rivolta verso l’alto ad una posizione con la testa rivolta verso il basso, in cui detti mezzi di movimentazione (20) comprendono prime leve (26) atte ad essere azionate da primi mezzi di attuazione (11’) e configurate in modo da trasferire la rotaia (9) dalla posizione inclinata su un suo lato, prevista su un primo piano, alla posizione con la testa della rotaia rivolta verso l’alto su un secondo piano superiore a detto primo piano.
2. 2. Macchina secondo la rivendicazione 1, in cui le prime leve (26) sono fissate solidalmente in corrispondenza di una rispettiva prima estremità su un albero di trasmissione (11') e sono provviste alla rispettiva seconda estremità di due sporgenze (26’, 26") configurate in modo che detta seconda estremità definisca un vano per accogliere una porzione di rotaia durante il movimento delle prime leve (26).
3. 3. Macchina secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui i mezzi di movimentazione (20) comprendono seconde leve (25) atte ad essere azionate da secondi mezzi di attuazione (28) e configurate in modo da traslare la rotaia (9) lungo detto primo piano da una prima posizione inclinata su un suo lato ad una seconda posizione inclinata sullo stesso lato.
4. 4. Macchina secondo la rivendicazione 3, in cui le seconde leve (25) sono ruotanti attorno ad un rispettivo perno di oscillazione (27) di un predeterminato angolo.
5. 5. Macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi di serraggio sono provvisti di due ganasce (14) ruotabili attorno a rispettivi perni di rotazione (19) e configurate in modo che il serraggio della rotaia avvenga mediante contatto di porzioni (31’, 31†) di superficie interna delle ganasce (14) solamente con i fianchi della flangia della rotaia (9).
6. 6. Macchina secondo la rivendicazione 5, in cui i manipolatori (10) comprendono ciascuno un braccio (12) fissato solidalmente in corrispondenza ad una prima estremità su un albero di trasmissione (11 ), ed in cui in corrispondenza di una seconda estremità del braccio (12) sono previste le ganasce (14) di detti mezzi di serraggio.
7. 7. Macchina secondo la rivendicazione 6, in cui su ciascun braccio (12) Ã ̈ previsto un mezzo di attuazione (13) per azionare le ganasce (14).
8. 8. Macchina secondo la rivendicazione 7, in cooperazione con detto mezzo di attuazione (13) sono previsti mezzi di azionamento delle ganasce (14) comprendenti un sistema a pignoni o a leverismi.
9. 9. Impianto di trattamento termico di rotaie per sottoporre una testa di dette rotaie ad un trattamento termico in linea, in uscita da un impianto di laminazione definente un asse di laminazione (X), detto impianto di trattamento termico comprendente una via a rulli longitudinale (3), disposta lungo l’asse di laminazione (X); una prima vasca di raffreddamento longitudinale (5), disposta adiacente e parallela a detta via a rulli (3); ed una macchina di manipolazione secondo la rivendicazione 1 in cui - le prime leve (26) sono disposte lungo la via a rulli (3), definente detto primo piano, per estrarre le rotaie da detta via a rulli (3) e ribaltarle dalla posizione inclinata su un lato su detta via a rulli (3) ad una posizione con la testa della rotaia rivolta verso l’alto su detto secondo piano previsto in prossimità della pluralità dei manipolatori (10); - e primi manipolatori (10) di detta pluralità di manipolatori, provvisti di mezzi di serraggio atti a serrare una prima rotaia in corrispondenza della flangia, sono idonei a spostare detta prima rotaia da detta posizione con la testa rivolta verso l'alto ad una posizione al di sopra della prima vasca di raffreddamento (5) con la testa rivolta verso il basso.
10. 10. Impianto secondo la rivendicazione 9, in cui la prima vasca di raffreddamento longitudinale (5) Ã ̈ disposta adiacente ad una prima porzione della via a rulli (3), per trattare termicamente la testa di una prima rotaia, ed in cui sono previste - una seconda vasca di raffreddamento longitudinale (6), disposta adiacente e parallela ad una seconda porzione della via a rulli (3), detta seconda porzione essendo a valle della prima porzione, per trattare termicamente la testa di una seconda rotaia, - ed una terza vasca di raffreddamento longitudinale (7), disposta adiacente e parallela ad una terza porzione della via a rulli (3), detta terza porzione essendo a valle della seconda porzione, per trattare termicamente la testa di una terza rotaia.
11. 11. Impianto secondo la rivendicazione 10, in cui i primi manipolatori (10) sono disposti tra detta prima vasca di raffreddamento (5) e detta prima porzione della via a rulli (3) e sono previsti - secondi manipolatori (10), disposti tra detta seconda vasca di raffreddamento (6) e detta seconda porzione della via a rulli (3), per manipolare la seconda rotaia e sottoporla al trattamento termico nella seconda vasca (6), - e terzi manipolatori (10), disposti tra detta terza vasca di raffreddamento (7) e detta terza porzione della via a rulli (3), per manipolare la terza rotaia e sottoporla al trattamento termico nella terza vasca (7).
12. 12. Impianto secondo la rivendicazione 11, in cui prima, seconda e terza vasche di raffreddamento (5, 6, 7) ed i rispettivi manipolatori (10) in posizione di riposo sono disposti sostanzialmente su detto secondo piano.
13. 13. Processo di manipolazione di una rotaia, mediante una macchina di manipolazione secondo la rivendicazione 1 , comprendente i seguenti stadi: - movimentazione della rotaia (9), mediante le prime leve (26) di detti mezzi di movimentazione (20), da una posizione inclinata su un suo lato, prevista su un primo piano, ad una posizione con la testa della rotaia rivolta verso l’alto su un secondo piano superiore a detto primo piano; - serraggio della rotaia (9), mediante mezzi di serraggio di una pluralità di manipolatori (10), mediante un contatto di porzioni (31', 31†) di superficie interna delle ganasce (14) solamente con i fianchi della flangia della rotaia (9); - rotazione dei manipolatori (10) per spostare la rotaia (9) da detta posizione con la testa rivolta verso l’alto ad una posizione con la testa rivolta verso il basso.
14. 14. Processo secondo la rivendicazione 13, in cui prima dello stadio di serraggio della rotaia (9) Ã ̈ prevista una raddrizzatura della rotaia mediante una cooperazione tra manipolatori (10) e mezzi di movimentazione (20).
15. 15. Processo secondo la rivendicazione 14, in cui la raddrizzatura viene eseguita mediante una rotazione dei manipolatori (10) a partire da una posizione di riposo per cui la rotaia (9) viene sollevata mediante una superficie di supporto (24) fino a raggiungere una posizione di cooperazione con le prime leve 26, in cui la testa della rotaia à ̈ opportunamente distaccata da sporgenze (26’) delle prime leve (26) tranne nei punti di maggiore incurvamento della rotaia in cui si ha un contatto tra testa della rotaia e le sporgenze 26’.