RU131724U1

RU131724U1 - INSTALLATION OF THERMAL TREATMENT OF WELDED JOINS OF RAILS IN STATIONARY TECHNOLOGICAL CONDITIONS

Info

Publication number: RU131724U1
Application number: RU2013114800/02U
Authority: RU
Inventors: Святослав Константинович Земан; Алексей Николаевич Фещуков; Сергей Петрович Назаров; Виктор Алексеевич Резанов; Владимир Михайлович Федин; Еркебулан Еркинович Сатенбаев; Александр Сергеевич Зыбенко; Андрей Юрьевич Черников
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Магнит" (ООО "Магнит")
Priority date: 2013-04-01
Filing date: 2013-04-01
Publication date: 2013-08-27

Abstract

Установка для термической обработки сварных стыков рельсов в стационарных технологических условиях, содержащая термообрабатывающий модуль, состоящий из индукторного узла, образованного двумя одинаковыми электрически связанными индукторами с возможностью обеспечения при сведении необходимого прилегания к поверхности рельса в зоне термической обработки сварного стыка, блока согласования, образующего с индукторным узлом резонансный контур, закалочного устройства, приводов вертикального и горизонтального перемещения индукторного узла и закалочного устройства, блока управления, причем указанный термообрабатывающий модуль установлен на одной из арок рамы арочной конструкции, на других арках которой установлены блок управления и блок согласования, связанный с индукторами посредством гибких шин, отличающаяся тем, что закалочное устройство выполнено в виде двух спрейеров, верхний из которых предназначен для закалки головки рельса, а нижний предназначен для подстуживания подошвы рельса, при этом верхний спрейер вместе с индукторами и приводами горизонтального и вертикального перемещения установлен на одной из арок указанной арочной конструкции над рельсовой плетью, а нижний спрейер жестко закреплен на нижней перекладине указанной рамы под рельсовой плетью.Installation for heat treatment of welded joints of rails in stationary technological conditions, containing a heat treatment module consisting of an inductor assembly formed by two identical electrically connected inductors with the possibility of providing, while reducing the necessary fit to the rail surface in the heat treatment zone of the welded joint, a matching unit forming with the inductor node resonant circuit, quenching device, drives vertical and horizontal displacement of inductor evil and hardening device, control unit, wherein said heat-treating module is installed on one of the arches of the arch structure frame, on the other arches of which are installed the control unit and matching unit connected to the inductors by means of flexible tires, characterized in that the hardening device is made in the form of two sprayers , the top of which is designed for hardening the rail head, and the bottom is designed to reinforce the sole of the rail, while the upper sprayer along with inductors and drives horizontal and vertical The vertical movement is mounted on one of the arches of the specified arched structure above the rail lash, and the lower sprayer is rigidly fixed to the lower crossbar of the indicated frame under the rail lash.

Description

Полезная модель относится к области термической обработки сварных соединений, например, длинномерных рельсов и бесстыковых плетей, и может быть использована для устранения зональной структурной неоднородности после сварки на железнодорожном, городском и промышленном транспорте в условиях рельсосварочного поезда (РСП).The utility model relates to the field of heat treatment of welded joints, for example, long rails and jointless lashes, and can be used to eliminate zonal structural heterogeneity after welding in railway, city and industrial vehicles in the conditions of rail welding train (RSP).

Современные требования к подвижному составу обуславливают рост нагрузки на ось и увеличение скорости движения, что усиливает динамические удары при прохождении стыков рельсов. Эксплуатационная стойкость железнодорожных рельсов определяется их сопротивляемостью возникновению дефектов контактно-усталостного происхождения. Применение сварки наряду с увеличением мощности рельсов и термическим их упрочнением, повышением чистоты стали и качества металла улучшает работу пути и снижает затраты на его содержание. Однако, с увеличением выпуска сварных плетей из новых и старогодных рельсов, внедрением рельсов из электростали и кислородно-конвертерного производства более остро встал вопрос качества сварки.Modern requirements for rolling stock cause an increase in axle load and an increase in speed, which enhances dynamic impacts when passing rail joints. The operational stability of railway rails is determined by their resistance to the occurrence of defects of contact-fatigue origin. The use of welding along with an increase in the power of rails and their thermal hardening, an increase in the purity of steel and the quality of the metal improves the work of the track and reduces the cost of its maintenance. However, with the increase in the production of welded lashes from new and old-fashioned rails, the introduction of rails from electric steel and oxygen-converter production, the issue of welding quality became more acute.

Эффективный путь устранения зональной структурной неоднородности металла (дефектов) в области сварного соединения при сварке рельсов обычной, повышенной и высокой прочности является дифференцированная термическая обработка, заключающаяся в упрочнении головки стыка с повторного перекристаллизационного индукционного нагрева всего его сечения с последующей нормализацией подошвы и шейки рельса. В результате такой операции восстанавливается твердость металла головки до уровня основного металла. Вследствие получения мелкозернистой перлитной структуры металла в шейке и подошве сварного соединения при нормализации индукционным нагревом возрастает усталостная и хрупкая прочность.An effective way to eliminate the zonal structural heterogeneity of metal (defects) in the welded joint area when welding rails of ordinary, increased and high strength is differentiated heat treatment, which consists in hardening the head of the joint with repeated recrystallization induction heating of its entire section with subsequent normalization of the rail sole and neck. As a result of this operation, the hardness of the metal of the head is restored to the level of the base metal. Due to the obtaining of a fine-grained pearlite structure of the metal in the neck and sole of the welded joint, normalization by induction heating increases the fatigue and brittle strength.

Известно устройство закалки головки сварных стыков с тепла сварки воздушно-водяной смесью, которое позволяет восстановить твердость и предел выносливости металла, и обеспечивает необходимую пластичность и хрупкую прочность рельсов (см. технические условия «Рельсы железнодорожные новые», «Рельсы железнодорожные старогодные»). Однако это устройство обеспечивает низкое качество закалки, кроме того, затрудняется автоматизация процесса, трудно обеспечить необходимую скорость охлаждения.A device is known for hardening the head of welded joints with heat of welding with an air-water mixture, which allows you to restore the hardness and endurance of the metal, and provides the necessary ductility and brittle strength of the rails (see the technical conditions "New railroad rails", "Old railroad rails"). However, this device provides low quality quenching, in addition, the automation of the process is difficult, it is difficult to provide the necessary cooling rate.

Известна индукционная установка для термической обработки сварных стыков рельсов в стационарных технологических условиях ИТТ3-250/2.4 (ТО 90.3000.00.000, ЗАО «Царскосельский завод-София»), предусматривающая индукционный нагрев всего сечения рельса в зоне сварного стыка и последующее охлаждение воздушно-водяной смесью головки рельса. Шейка и подошва рельса подвергается нормализации (охлаждению на воздухе).Known induction installation for heat treatment of welded rail joints in stationary technological conditions ITT3-250 / 2.4 (TO 90.3000.00.000, ZAO Tsarskoselsky Zavod-Sofia), providing for induction heating of the entire rail section in the weld zone and subsequent cooling with air-water mixture rail heads. The neck and sole of the rail undergoes normalization (cooling in air).

Эта установка включает в себя тиристорный преобразователь частоты мощностью 250 кВт, формирующий ток частотой 2.4 кГц, трансформаторный и конденсаторный блоки, термообрабатывающий модуль - индуктор и закалочное устройство, представляющее собой систему форсунок для подачи воздушно-водяной смеси.This installation includes a thyristor frequency converter with a power of 250 kW, generating a current frequency of 2.4 kHz, transformer and capacitor units, a heat treatment module - inductor and a quenching device, which is a nozzle system for supplying an air-water mixture.

Недостатками применяемых в РСП индукционных установок типа ИТТ3-250/2.4 являются громоздкость электрооборудования, большой расход электроэнергии (потребляемая мощность установки от сети составляет 300 кВт); для эффективного охлаждения трансформаторного блока, индукторов и токопреобразователя частоты нужна дистиллированная вода с отдельными накопителями и подающими гидросистемами из нержавеющих сплавов; форсунки воздушно-водяного распылителя для закалки головки стыка часто засоряются, что приводит к образованию неблагоприятных закалочных структур на поверхности катания. Кроме того, недостатком установки является стационарное размещение нагревательного блока на рельсовом пути в цехе РСП, для чего требуется монтаж отдельного участка рельсового пути на бетонном фундаменте, что требует дополнительных производственных площадей и повышает себестоимость термообработки. Хотя установка и смонтирована на подвижной тележке, диапазон перемещения ограничен (±1000 мм). Перемещение тележки, имеющей слишком большую массу, требует очень мощного привода и существенно усложняет технологический процесс. Кроме того, для точного позиционирования относительно сварного соединения индуктора могут перемещаться только в горизонтальном направлении.The disadvantages of the ITT3-250 / 2.4 type induction units used in the RSP are the bulkiness of the electrical equipment, high power consumption (the unit's power consumption from the network is 300 kW); for effective cooling of the transformer unit, inductors and current-frequency converter, distilled water with separate drives and feeding hydraulic systems from stainless alloys is needed; the nozzles of the air-water spray for hardening the head of the joint are often clogged, which leads to the formation of adverse quenching structures on the surface of the skating. In addition, the installation drawback is the stationary placement of the heating unit on the rail track in the RSP workshop, which requires the installation of a separate section of the rail track on the concrete foundation, which requires additional production areas and increases the cost of heat treatment. Although the unit is mounted on a movable trolley, the range of movement is limited (± 1000 mm). Moving a cart with too much mass requires a very powerful drive and significantly complicates the process. In addition, for accurate positioning relative to the welded joint, the inductor can only move in the horizontal direction.

Наиболее близкой по функциональному назначению и принципу действия к предлагаемой (прототипом) является установка термической обработки сварных стыков рельсов в стационарных технологических условиях по полезной модели РФ №59058, которая содержит термообрабатывающий модуль, состоящий из индукторного узла, образованного двумя одинаковыми электрически связанными индукторами, обеспечивающими при сведении необходимое прилегание к поверхности рельса в зоне термической обработки сварного стыка, блока согласования, образующего с индукторным узлом резонансный контур, закалочного устройства, приводов вертикального и горизонтального перемещения индукторного узла и закалочного устройства, а также блока управления технологическим процессом, в которой указанный термообрабатывающий модуль установлен на одной из арок рамы арочной конструкции, на других арках которой установлены блок управления и блок согласования, связанный с индукторами посредством гибких шин.The closest in functionality and operation principle to the proposed (prototype) is the installation of heat treatment of welded rail joints in stationary technological conditions according to the utility model of the Russian Federation No. 59058, which contains a heat-treating module consisting of an inductor assembly formed by two identical electrically connected inductors, providing reducing the necessary fit to the rail surface in the heat treatment zone of the welded joint, the matching unit forming with the inductor the assembly, the resonant circuit, the hardening device, the drives of vertical and horizontal movement of the inductor assembly and the hardening device, as well as the process control unit, in which the specified heat treatment module is installed on one of the arches of the arch structure frame, on the other arches of which the control unit and matching unit connected to inductors by means of flexible tires.

Спрейер связан с устройством подачи закалочной среды посредством электрического пневмоклапана, связанного с блоком управления, а в качестве закалочной среды используется сжатый воздух. Использование в качестве закалочной среды сжатого воздуха, обеспечивает более равномерное и стабильное распределение твердости поверхности катания в зоне сварного соединения, чем при закалке воздушно-водяной смесью, что обусловлено более стабильной работой воздушного закалочного устройства.The sprayer is connected to the quenching medium supply device by means of an electric pneumatic valve connected to the control unit, and compressed air is used as the quenching medium. The use of compressed air as a quenching medium provides a more uniform and stable distribution of the hardness of the rolling surface in the weld zone than when quenching with an air-water mixture, which is due to more stable operation of the air quenching device.

Задача полезной модели - улучшение физико-механических свойств сварного соединения и обеспечение прямолинейности рельса в области сварного соединения за счет подстуживания подошвы рельса в области сварного соединения.The objective of the utility model is to improve the physicomechanical properties of the welded joint and to ensure the straightness of the rail in the welded joint area by tightening the sole of the rail in the welded joint region.

Для решения поставленной задачи в установке термической обработки сварных стыков рельсов в стационарных технологических условиях содержащей термообрабатывающий модуль, состоящий из индукторного узла, образованного двумя одинаковыми электрически связанными индукторами, обеспечивающими при сведении необходимое прилегание к поверхности рельса в зоне термической обработки сварного стыка, блока согласования, образующего с индукторным узлом резонансный контур, закалочного устройства, приводов вертикального и горизонтального перемещения индукторного узла и закалочного устройства, а также блока управления технологическим процессом, в которой указанный термообрабатывающий модуль установлен на одной из арок рамы арочной конструкции, на других арках которой установлены блок управления и блок согласования, связанный с индукторами посредством гибких шин, закалочное устройство выполнено в виде двух спрейеров: верхнего, предназанченного для закалки головки рельса, и нижнего, предназначенного для подстуживания подошвы рельса, при этом верхний спрейер вместе с индукторами и приводами горизонтально и вертикальной подачи установлен на одной из арок указанной арочной конструкции над рельсовой плетью, а нижний спрейер жестко закреплен на нижней перекладине указанной рамы под рельсовой плетью.To solve the problem in the installation of heat treatment of welded joints of rails in stationary technological conditions containing a heat treatment module consisting of an inductor assembly formed by two identical electrically connected inductors, which, while reducing the necessary fit to the rail surface in the heat treatment zone of the welded joint, a matching unit forming with inductor assembly resonant circuit, quenching device, vertical and horizontal displacement drives the induction unit and the hardening device, as well as the process control unit, in which the specified heat treatment module is installed on one of the arches of the arch structure frame, on the other arches of which the control unit and the matching unit are connected with the inductors via flexible tires, the hardening device is made in in the form of two sprayers: the upper one, designed for hardening the rail head, and the lower one, intended for reinforcing the sole of the rail, while the upper sprayer together with the inductors and both horizontal and vertical feed drives are mounted on one of the arches of the specified arched structure above the rail lash, and the lower sprayer is rigidly fixed to the lower crossbar of the indicated frame under the rail lash.

Спрейер связан с устройством подачи закалочной среды посредством электрического пневмоклапана, связанного с блоком управления, а в качестве закалочной среды используется сжатый воздух.The sprayer is connected to the quenching medium supply device by means of an electric pneumatic valve connected to the control unit, and compressed air is used as the quenching medium.

Далее сущность полезной модели поясняется с помощью рисунка. Термообрабатывающий модуль состоит из несущей рамы арочной конструкции, на которой расположены: блок трансформаторов 1 (в котором расположен согласующий трансформатор и блок резонансных конденсаторов), блок управления технологическим процессом 2 (для самодиагностики оборудования, визуализации и регистрации параметров темообработки), индуктор, состоящий из двух раздвижных частей 3, электрически соединенных между собой в последовательную цепь, закалочное устройство, состоящее из верхнего спрейера 4 и нижнего спрейера 5, а также приводы 6 и 7 подачи индукторов 3 и верхнего спрейера 4, соответственно, в рабочую зону.Further, the essence of the utility model is illustrated using the figure. The heat-treating module consists of a supporting frame of an arched structure on which are located: a block of transformers 1 (in which a matching transformer and a block of resonant capacitors are located), a process control unit 2 (for self-diagnosis of equipment, visualization and recording of heat treatment parameters), an inductor consisting of two sliding parts 3 electrically connected to each other in a series circuit, a quenching device consisting of an upper sprayer 4 and a lower sprayer 5, as well as drives 6 7 supply the inductors 3 and the upper sprayer 4, respectively, in the working area.

Рама выполнена в виде двух горизонтальных швеллеров 8, на которых закреплены высокая арка 9, и пара низких арок 10, а также нижний спрейер 5, и опорные колеса 11.The frame is made in the form of two horizontal channels 8, on which a high arch 9 is fixed, and a pair of low arches 10, as well as a lower sprayer 5, and support wheels 11.

На верхней перемычке арки 9 закреплен вертикальный привод 6 подъема частей индуктора 3 и верхнего спрейера 4. На рейке вертикального привода 12 жестко закреплен верхний спрейер 4. Каретки горизонтальных приводов 13 перемещаются на роликах 19 в вертикальном направлении по направляющим 14, закрепленным на боковых стенках вертикальных стоек арки 9. Между собой каретки 13 скреплены двумя трубчатыми направляющими 15, на которых имеются опорные ролики 16, для фиксации уровня вертикального положения обрабатываемого рельса 17. Гайки крепления кареток 13 крепят также арку подъемного устройства 18, в отверстие которого проходит рейка вертикального привода 12. По направляющим 15 передвигаются в горизонтальном направлении индукторы 3, которые жестко закреплены на рейках соответствующих приводах 6.A vertical drive 6 for raising the inductor 3 and upper sprayer 4 parts is fixed on the upper bridge of the arch 9. The upper sprayer 4 is rigidly fixed on the rail of the vertical drive 12. The carriages of the horizontal drives 13 move on the rollers 19 in the vertical direction along the guides 14 mounted on the side walls of the vertical struts arches 9. Between themselves, the carriages 13 are fastened by two tubular guides 15, on which there are support rollers 16, for fixing the level of the vertical position of the processed rail 17. Nuts for fastening the carriages 13 to epyat also arch the lifting device 18, which extends into the hole of the vertical drive rack 12. By the guide 15 are moved in the horizontal direction of the inductors 3, which is rigidly secured to the respective rail 6 drives.

На двух других арках 10 расположены блок трансформаторов 1 и блок управления 2 технологическим процессом. Блок трансформаторов 1 связан с индукторами 3 посредством гибких кабелей.On the other two arches 10 are a transformer unit 1 and a process control unit 2. The block of transformers 1 is connected to the inductors 3 through flexible cables.

Устройство работает следующим образом. После полной остановки рельсовой плети 17 термообрабатывающий модуль устанавливается на обрабатываемый сварной стык рельса. На блоке управления 2 выбирается режим работы (ручной или автоматический), а также задаются параметры термообработки сварного стыка (температура нагрева, мощность, время закалки и т.д.) В автоматическом режиме вертикальный привод 7 опускает верхний спрейер 4 и подъемное устройство 18 индукторов 3 до касания роликов 16, установленных на горизонтальных направляющих 15 Этим достигается точное позиционирование индукторов 3 в вертикальном направлении. При касании рельсовой плети вертикальный привод 7 останавливается, и включаются горизонтальные приводы 6, подающие соответствующие части индуктора 3 до касания боковой поверхности рельса 17. Каждый привод 6 выключается соответствующим концевым датчиком, что позволяет точно позиционировать обе части индуктора 3 в горизонтальном направлении, поперечном направлению рельсовой плети 17. После остановки приводов 6 включается нагрев до достижения заданной температуры. После достижения заданной температуры нагрев прекращается, и горизонтальные приводы 6 разводят части индуктора 3. После остановки горизонтальных приводов 6 включается вертикальный привод 7, который опускает верхний спрейер 4 на сварной стык. Поскольку арка подъемного устройства 18 находится выше верхнего спрейера 4, то опускается только верхний спрейер 4. При касании верхним спрейером 4 поверхности рельса 17 привод 18 останавливается, включается электрический пневмоклапан и подается воздух через верхний спрейер 4 на поверхность головки рельса, и из отверстий, расположенных на спрейере 5 - на область сварного стыка на подошве. Происходит закалка головки рельса и подстуживание подошвы за счет того, что меньшее количество воздуха через отверстия в спрейере 5 подается на подошву. По окончании закалки вновь включается вертикальный привод 7 и поднимает сначала верхний спрейер 4, а потом, при касании им арки подъемного устройства 18, верхний спрейер 4 вместе с индукторами 3.. После остановки привода 7 модуль готов к следующему циклу. В ручном режиме каждая операция может выполняться отдельно нажатием соответствующих кнопок на панели блока управления 2.The device operates as follows. After the rail lash 17 is completely stopped, the heat treatment module is installed on the welded rail joint being machined. On the control unit 2, the operating mode (manual or automatic) is selected, and the parameters for heat treatment of the welded joint (heating temperature, power, hardening time, etc.) are set. In automatic mode, the vertical drive 7 lowers the upper sprayer 4 and the lifting device 18 of the inductors 3 before touching the rollers 16 mounted on the horizontal rails 15, this ensures accurate positioning of the inductors 3 in the vertical direction. When the rail lash is touched, the vertical drive 7 stops and the horizontal drives 6 are turned on, supplying the corresponding parts of the inductor 3 until they touch the side surface of the rail 17. Each drive 6 is turned off by the corresponding end sensor, which allows both parts of the inductor 3 to be accurately positioned in the horizontal direction transverse to the rail whips 17. After stopping the drives 6, heating is turned on until the set temperature is reached. After reaching the set temperature, the heating stops, and the horizontal drives 6 part the parts of the inductor 3. After the horizontal drives 6 stop, the vertical drive 7 is turned on, which lowers the upper sprayer 4 to the welded joint. Since the arch of the lifting device 18 is located above the upper sprayer 4, only the upper sprayer 4 is lowered. When the upper sprayer 4 touches the surface of the rail 17, the actuator 18 stops, the electric pneumatic valve is turned on and air is supplied through the upper sprayer 4 to the surface of the rail head and from the holes located on sprayer 5, to the weld joint area on the sole. There is a hardening of the rail head and undercoating of the sole due to the fact that less air through the holes in the sprayer 5 is supplied to the sole. At the end of quenching, the vertical drive 7 is turned on again and first raises the upper sprayer 4, and then, when it touches the arch of the lifting device 18, the upper sprayer 4 together with the inductors 3 .. After stopping the drive 7, the module is ready for the next cycle. In manual mode, each operation can be performed separately by pressing the corresponding buttons on the control unit panel 2.

Claims

Installation for heat treatment of welded joints of rails in stationary technological conditions, containing a heat treatment module consisting of an inductor assembly formed by two identical electrically connected inductors with the possibility of providing, while reducing the necessary fit to the rail surface in the heat treatment zone of the welded joint, a matching unit forming with the inductor node resonant circuit, quenching device, drives vertical and horizontal displacement of inductor evil and hardening device, control unit, wherein said heat-treating module is installed on one of the arches of the arch structure frame, on the other arches of which are installed the control unit and matching unit connected to the inductors by means of flexible tires, characterized in that the hardening device is made in the form of two sprayers , the top of which is designed for hardening the rail head, and the bottom is designed to reinforce the sole of the rail, while the upper sprayer along with inductors and drives horizontal and vertical The vertical movement is mounted on one of the arches of the specified arched structure above the rail lash, and the lower sprayer is rigidly fixed to the lower crossbar of the indicated frame under the rail lash.