RU168673U1

RU168673U1 - Device for heat treatment of welded rail joints in track conditions

Info

Publication number: RU168673U1
Application number: RU2016110568U
Authority: RU
Inventors: Алексей Николаевич Фещуков; Алексей Валерьевич Сушко; Михаил Владимирович Серков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная компания "Томские индукционные системы"
Priority date: 2016-03-22
Filing date: 2016-03-22
Publication date: 2017-02-15

Abstract

РефератПолезная 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. Устройство термической обработки сварных стыков рельсов в путевых условиях состоит из системы индукторов, блока согласования, закалочного блока и блока управления системой индукторов и закалочным блоком. Система индукторов, блок согласования и закалочный блок вместе с указанным блоком управления объединены в единый переносной модуль. Система индукторов состоит из двух зеркально выполненных, электрически соединенных индукторов, образующих резонансный контур с блоком согласования и установленных на рычагах в виде двух симметричных створок, закрепленных на корпусе модуля, качающихся в вертикальной плоскости посредством рычажного механизма, обеспечивающего их фиксацию, с заданным прилеганием, в термообрабатываемой зоне сварного стыка в рабочем положении либо разведение на угол, необходимый для подвода закалочного блока в зону термообработки. Эффективная конструкция индуктора позволила повысить КПД системы, обеспечить нагрев сварного стыка до температуры 850÷950°С при сохранении времени нагрева в пределах 180÷240 с при температуре окружающей среды от -20 до +50°С. Используется высокочастотный источник питания с частотой преобразования 2,4÷6 кГц и прикладываемой мощностью 50÷120 кВт. Закалочный блок, конструктивно разделенный на три отдельные камеры и объединенный с системой подачи закалочной среды, установлен на продольно перемещающейся конструкции, выполненной из труб прямоугольного сечения,Abstract A useful 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. The device for heat treatment of welded joints of rails in track conditions consists of a system of inductors, a matching unit, a hardening unit, and a control unit for a system of inductors and a hardening unit. The inductor system, the matching unit and the quenching unit together with the specified control unit are combined into a single portable module. The system of inductors consists of two mirrored, electrically connected inductors, forming a resonant circuit with a matching unit and mounted on levers in the form of two symmetrical flaps mounted on the module housing, swinging in a vertical plane by means of a lever mechanism that ensures their fixation, with a given fit, in heat-treated zone of the welded joint in the working position or dilution at an angle necessary for supplying the quenching block to the heat treatment zone. The effective design of the inductor made it possible to increase the efficiency of the system, to ensure the heating of the welded joint to a temperature of 850 ÷ 950 ° C while maintaining the heating time within 180 ÷ 240 s at an ambient temperature of -20 to + 50 ° C. A high-frequency power source with a conversion frequency of 2.4 ÷ 6 kHz and an applied power of 50 ÷ 120 kW is used. The quenching unit, structurally divided into three separate chambers and combined with a quenching medium supply system, is mounted on a longitudinally moving structure made of rectangular pipes,

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 путевых условиях.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, urban and industrial vehicles in track conditions.

Современные требования к подвижному составу обуславливают рост нагрузки на ось и увеличение скорости движения, что усиливает динамические удары при прохождении стыков рельсов. Прогрессивным направлением усиления верхнего строения пути является замена болтовых стыков сварными. 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 progressive direction of strengthening the track’s upper structure is the replacement of welded bolted joints. The use of welding, along with an increase in the power of the 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.

Сварное соединение состоит из крупнозернистого сорбитообразного перлита и ферритной сетки вокруг зерен и, следовательно, имеет более низкие механические свойства, чем основной металл. Такие сварные рельсы по сравнению с прокатными обладают меньшей пластичностью, вязкостью металла и большей склонностью к хрупким разрушениям.The welded joint consists of coarse-grained sorbitol-like perlite and a ferrite network around grains and, therefore, has lower mechanical properties than the base metal. Such welded rails in comparison with rolling rails have less ductility, metal viscosity and a greater tendency to brittle fractures.

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 равномерном нагреве всего сечения рельса в зоне сварного стыка до заданной температуры с последующей закалкой головки рельса путем принудительного охлаждения закалочной средой. В результате такой операции удается существенно повысить усталостную прочность, ударную вязкость при отрицательных температурах, снизить порог хладноломкости и достичь равнопрочности сварного стыка и основного металла рельса. При этом в сварном стыке образуется равновесная мелкозернистая ферритоперлитная смесь, восстанавливается твердость и предел выносливости металла, обеспечивая необходимую пластичность и хрупкую прочность рельсов.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 uniformly heating the entire rail section in the weld zone to a given temperature, followed by hardening of the rail head by forced cooling quenching medium. As a result of this operation, it is possible to significantly increase the fatigue strength, impact strength at low temperatures, lower the cold brittleness threshold and achieve equal strength of the welded joint and the base metal of the rail. At the same time, an equilibrium fine-grained ferritoperlite mixture is formed in the welded joint, the hardness and endurance of the metal are restored, providing the necessary ductility and brittle strength of the rails.

На сети дорог огромное количество стыков сваривают по технологии, включающей контактную сварку, механическую и термическую обработку, дефектоскопирование. Каждая из операций несет определенную ответственность, и несоблюдение или нарушение технологии может привести к браку в стыках. Известны различные устройства для изготовления бесстыковых путей, существенным недостатком которых является то, что они не обеспечивают снятия у готовых рельсовых путей остаточных напряжений в местах сварки.On a network of roads, a huge number of joints are welded using technology that includes resistance welding, mechanical and thermal processing, and flaw detection. Each of the operations has a certain responsibility, and non-compliance or violation of technology can lead to marriage in the joints. There are various devices for the manufacture of jointless tracks, a significant drawback of which is that they do not provide removal of the finished rail tracks of residual stresses at the weld sites.

Известны устройства для термообработки рельсовых плетей перед укладкой, смонтированные на раме железнодорожного транспортного средства (Авторское свидетельство СССР №1137137 «Устройство для термообработки рельсовых плетей перед укладкой», опубл. 30.01.1985, Патент РФ №2128759 «Способ термообработки рельсов и устройство для его осуществления», опубл. 10.04.1999), с применением низкотемпературного отпуска, в котором обеспечивается нагревание рельсов водяным паром под давлением 10 МПа (100 кг/см²) с температурой 310°С, подаваемым в зону отпуска при помощи устройства, перемещающегося по этому пути. Эти устройства недостаточно эффективны из-за невозможности обеспечения объемного нагрева в зоне стыка и, как следствие, недостаточного обеспечения усталостной и хрупкой прочности в шейке и подошве, а также твердости металла головки. Кроме того, установка их на место сварки требует применения тяжелой техники: домкратов или манипуляторов, сопряжена с трудностями и занимает много времени.Known devices for heat treatment of rail lashes before installation, mounted on the frame of a railway vehicle (USSR Author's Certificate No. 1137137 "Device for heat treatment of rail lashes before installation", publ. 01/30/1985, RF Patent No. 2128759 "Method of heat treatment of rails and device for its implementation ", publ. 10.04.1999), using low temperature tempering, wherein the heating is provided by rails steam under a pressure of 10 MPa (100 kg / cm ²⁾ with a temperature of 310 ° C, fed into an annealing zone using stroystva moving along this path. These devices are not effective enough due to the impossibility of providing volumetric heating in the joint zone and, as a result, the insufficient provision of fatigue and brittle strength in the neck and sole, as well as the hardness of the metal of the head. In addition, installing them at the welding site requires the use of heavy equipment: jacks or manipulators, is difficult and takes a lot of time.

Известно устройство для нагрева под термообработку, содержащее каркас с газопламенными горелками, коллектор для подвода топлива (Авторское свидетельство СССР №1054432 «Устройство для нагрева под термообработку», опубл. 15.11.1993). Однако указанное устройство обеспечивает низкое качество отпуска за счет окисления поверхности сварного соединения, в нем невозможно автоматизировать процесс, трудно обеспечить необходимую скорость охлаждения. Кроме того, поскольку нагрев производится с помощью горелок, необходимо перевозить вместе с данным устройством запасы топлива и коллекторы для его подачи.A device is known for heating for heat treatment, comprising a frame with gas-flame burners, a collector for supplying fuel (USSR Author's Certificate No. 1054432 "Device for heating for heat treatment", publ. 15.11.1993). However, this device provides low quality of tempering due to oxidation of the surface of the welded joint, it is impossible to automate the process, it is difficult to provide the necessary cooling rate. In addition, since the heating is carried out using burners, it is necessary to transport, together with this device, fuel reserves and collectors for its supply.

Наиболее близкой по функциональному назначению и принципу действия к предлагаемой является установка для термической обработки сварных стыков рельсов в путевых условиях УИН 001-100/РТ-П, разработанная ООО «Магнит» (Патент РФ №57752 «Установка термической обработки сварных стыков рельсов в путевых условиях», БИПМ №30, опубл. 27.10.2006), содержащая систему индукторов, закалочный блок, блок управления системой индукторов и закалочным блоком, а также источник высокочастотного питания, выполненный в виде отдельного модуля, установленного на путевой машине, в которой система индукторов и закалочный блок вместе с указанным блоком управления объединены в единый переносной модуль, выполненный с возможностью свободного перемещения вдоль рельсовой плети и снабженный ловителями для установки на рельс, а также зажимным устройством, фиксирующим его в месте сварного стыка, причем система индукторов и закалочный блок связаны с соответствующими механизмами их ручной поочередной установки в рабочее положение по сигналам блока управления, для чего блок управления связан с датчиками положения индукторов и спрейера, а также с датчиком температуры, предусматривающая индукционный нагрев всего сечения рельса в зоне сварного стыка и последующую закалку головки рельса путем принудительного охлаждения сжатым воздухом. Основными недостатками указанной установки являются:The closest in functional purpose and operating principle to the proposed one is the installation for heat treatment of welded rail joints in track conditions УИН 001-100 / РТ-П, developed by Magnit LLC (RF Patent No. 57752 “Installation of heat treatment of welded rail joints in track conditions ", BIPM No. 30, publ. 10/27/2006), containing a system of inductors, a hardening unit, a control unit for the system of inductors and a hardening unit, as well as a high-frequency power supply made in the form of a separate module mounted on the track machine, in which the inductor system and the hardening unit together with the specified control unit are combined into a single portable module, made with the possibility of free movement along the rail lash and equipped with catchers for installation on the rail, as well as a clamping device that fixes it in place of the welded joint, and the system the inductors and the hardening unit are connected with the corresponding mechanisms of their manual alternating installation in the working position according to the signals of the control unit, for which the control unit is connected with position sensors inductors and a sprayer, as well as with a temperature sensor, providing for induction heating of the entire rail section in the welded joint zone and subsequent hardening of the rail head by forced cooling with compressed air. The main disadvantages of this installation are:

1. Выбранная частота преобразования в диапазоне 8÷15 кГц и мощность преобразователя частоты до 75 кВт позволила снизить габариты всей установки, однако в настоящее время в условиях ужесточения режимов работы термической обработки (в зависимости от химического состава рельса и его производителя температура нагрева находится в диапазоне 850÷950°С при сохранении времени нагрева в пределах 180÷240 с и время закалки находится в диапазоне 80÷180 с), не обеспечивает равномерного нагрева всего сечения рельса в зоне сварного соединения до требуемой температуры из-за недостаточной мощности преобразователя частоты и высокого диапазона частоты преобразования. Особенно это наблюдается в процессе эксплуатации установки при температурах окружающей среды от 0 до -10°С.1. The selected conversion frequency in the range of 8-15 kHz and the power of the frequency converter up to 75 kW allowed to reduce the dimensions of the entire installation, however, at present, in the conditions of toughening of the heat treatment operation modes (depending on the chemical composition of the rail and its manufacturer, the heating temperature is in the range 850 ÷ 950 ° С while maintaining the heating time within 180 ÷ 240 s and the quenching time is in the range 80 ÷ 180 s), does not provide uniform heating of the entire rail section in the weld zone to the required rate Aturi due to insufficient capacity of the frequency converter and the high-range frequency conversion. This is especially observed during operation of the installation at ambient temperatures from 0 to -10 ° C.

2. Конструктивные особенности устройства подачи сжатого воздуха, такие как малая длина закалочной камеры; неравномерное распределение закалочной среды в области сварного соединения; низкий расход и давление сжатого воздуха; не обеспечивают закалку головки рельса по всей длине нагретого участка, что приводит к смятию и повышенному износу головки рельса в зоне термического влияния сварного соединения, и, соответственно, уменьшает срок службы рельсового пути.2. Design features of the compressed air supply device, such as a short hardening chamber; uneven distribution of the quenching medium in the area of the welded joint; low consumption and pressure of compressed air; they do not provide hardening of the rail head along the entire length of the heated section, which leads to crushing and increased wear of the rail head in the heat affected zone of the welded joint, and, accordingly, reduces the service life of the rail track.

3. Механизм сведения/разведения и фиксации половин индуктора в процессе промышленной эксплуатации подвергается повышенному износу и, как следствие, не обеспечивает надежную фиксацию индуктора, что препятствует обеспечению равномерного нагрева участка рельса, установке спрейера в зону сварного стыка или съему модуля с рельса и повышает износ индукторов.3. The mechanism of mixing / diluting and fixing the halves of the inductor during industrial operation is subject to increased wear and, as a result, does not provide reliable fixation of the inductor, which prevents uniform heating of the rail section, the installation of the sprayer in the weld joint area or the removal of the module from the rail and increases wear inductors.

4. Конструкция зажимного устройства, которое фиксирует установку на термообрабатываемом рельсе, не обеспечивает надежную фиксацию в процессе термообработки сварного стыка, что приводит к работе установки в смещенном положении относительно термообрабатываемого рельса.4. The design of the clamping device, which fixes the installation on the heat-treated rail, does not provide reliable fixation during the heat treatment of the welded joint, which leads to the operation of the installation in an offset position relative to the heat-treated rail.

5. Центрирование установки на термообрабатываемом рельсе происходит за счет половинок индукторов, что приводит к их повышенному износу.5. Centering of the installation on the heat-treated rail occurs due to the halves of the inductors, which leads to their increased wear.

Совокупность данных недостатков препятствует получению качественных сварных соединений рельсов в путевых условиях.The combination of these shortcomings prevents the production of high-quality welded joints of rails in track conditions.

В настоящее время, в путевых условиях производят термическую обработку сварных стыков с использованием установок индукционного нагрева типа УИН 001-100/РТ-П, производства ООО «Магнит» (Патент РФ на полезную модель №57752). Внедрение данной установки сыграло положительную роль в упрочнении, оптимизации структуры металла после термообработки, повышении долговечности сварных соединений. Однако меняющиеся в последнее время эксплуатационные условия (повышение осевых нагрузок и скоростей движения), достаточно большое число изъятий рельсов по дефектам сварных соединений, основные из которых - смятие и повышенный износ головки в области околошовной зоны, ужесточение норм содержания бесстыкового пути и требований безопасности движения в сочетании с требованиями ресурсосбережения, сокращения затрат, удешевления применяемых процессов и технологий, заставляют пересматривать внедренные ранее технические решения с учетом новых требований эксплуатации и технических возможностей.Currently, in traveling conditions, heat treatment of welded joints is carried out using induction heating plants of the type UIN 001-100 / RT-P, manufactured by Magnit LLC (RF Patent for Utility Model No. 57752). The introduction of this installation played a positive role in hardening, optimizing the metal structure after heat treatment, and increasing the durability of welded joints. However, recently changing operating conditions (increasing axial loads and driving speeds), a sufficiently large number of rail seizures due to defects in welded joints, the main of which are crushing and increased head wear in the area of the heat-affected zone, tightening the standards for maintaining a weld-free track and driving safety requirements in combined with the requirements of resource saving, cost reduction, cheaper processes and technologies used, make us reconsider previously implemented technical solutions, taking into account but s operating requirements and technical possibilities.

Достигаемым техническим результатом предлагаемой полезной модели является создание устройства термической обработки сварных стыков рельсов в путевых условиях с низкими массогабаритными показателями, с возможностью ручного перемещения с путевой машины на рельсовую плеть, свободно перемещающуюся вдоль рельсовой плети, с одновременным снижением себестоимости и эксплуатационных расходов, но с повышенным качеством термической обработки сварных стыков рельсов, отвечающих современным требованиям и нормам предприятий сварочного производства.The technical result of the proposed utility model is the creation of a device for heat treatment of welded rail joints in track conditions with low overall dimensions, with the possibility of manual movement from the track machine to the rail lash, freely moving along the rail lash, while reducing cost and operating costs, but with increased the quality of heat treatment of welded joints of rails that meet modern requirements and standards of welding enterprises odds.

Для решения поставленного технического результата разработано устройство термической обработки сварных стыков рельсов в путевых условиях, состоящее из системы индукторов, блока согласования, закалочного блока, блока управления системой индукторов и закалочным блоком, в котором система индукторов, блок согласования и закалочный блок вместе с указанным блоком управления объединены в единый переносной модуль, выполненный с возможностью свободного перемещения вдоль рельсовой плети и снабженный ловителями для установки на рельс, а также зажимными устройствами для фиксации его в месте сварного стыка, причем система индукторов и закалочный блок связаны с соответствующими механизмами их ручной поочередной установки в рабочее положение по сигналу блока управления, для чего блок управления связан с датчиками положения индукторов и закалочного блока, а также - с датчиком температуры. В отличии от прототипа, индукторы расположены на рычагах, качающихся в вертикальной, а не в горизонтальной плоскости, что позволяет избежать перекоса половинок индуктора друг относительно друга, а также обеспечивает более легкое сведение индукторов, поскольку они опускаются под действием силы тяжести. Для фиксации индукторов в сведенном и разведенном положениях применен рычажный механизм с тросовым приводом, что обеспечивает его простоту и надежную фиксацию механизма.To solve the technical result, a device was developed for heat treatment of welded joints of rails in road conditions, consisting of a system of inductors, a matching unit, a hardening unit, a control unit for a system of inductors and a hardening unit, in which a system of inductors, a matching unit, and a hardening unit together with the specified control unit combined into a single portable module, made with the possibility of free movement along the rail lash and equipped with catchers for installation on the rail, as well as clamping devices for fixing it in place of the welded joint, and the system of inductors and the hardening unit are connected with the corresponding mechanisms of their manual alternating installation in the working position by the signal of the control unit, for which the control unit is connected with position sensors of the inductors and the hardening unit, and also with a sensor temperature. Unlike the prototype, the inductors are located on levers that swing in a vertical rather than a horizontal plane, which avoids the misalignment of the halves of the inductor relative to each other, and also provides an easier reduction of the inductors, since they are lowered by gravity. To fix the inductors in the reduced and divorced positions, a lever mechanism with a cable drive is used, which ensures its simplicity and reliable fixation of the mechanism.

Система индукторов состоит из двух зеркально выполненных, электрически соединенных индукторов, образующих резонансный контур с блоком согласования и установленных на рычагах в виде двух симметричных створок, закрепленных на корпусе модуля с возможностью их синхронного поворота вокруг собственной оси посредством рычажного механизма, обеспечивающего их фиксацию с заданным прилеганием в термообрабатываемой зоне сварного стыка в рабочем положении, с возможностью разведения на угол, необходимый для подвода закалочного блока в зону термообработки и для съема термообрабатывающего модуля с рельса.The system of inductors consists of two mirror-shaped, electrically connected inductors forming a resonant circuit with a matching unit and mounted on levers in the form of two symmetrical flaps mounted on the module housing with the possibility of their simultaneous rotation around their own axis by means of a lever mechanism that ensures their fixation with a given fit in the heat-treatable zone of the weld in the working position, with the possibility of dilution at an angle necessary for supplying the quenching block to the heat zone processing and for removing the heat treatment module from the rail.

Эффективная конструкция индуктора позволила повысить КПД системы и за счет этого обеспечить равномерный нагрев всего сечения рельса в области сварного соединения до температуры 850÷950°С в зависимости от химического состава рельсовой стали и его производителя при сохранении времени нагрева в пределах 180÷240 с при температуре окружающей среды от -20 до +50°С. При этом для обеспечения равномерного нагрева используется высокочастотный источник питания на IGBT-транзисторах с частотой преобразования 2,4÷6 кГц и прикладываемой мощностью 50÷120 кВт. Высокочастотный источник питания находится на платформе передвижной рельсосварочной машины. Использование современных технических решений при реализации высокочастотного источника питания позволило обеспечить требуемые технические параметры и, соответственно, снизить габариты всего комплекса.The effective design of the inductor made it possible to increase the efficiency of the system and thereby ensure uniform heating of the entire rail section in the welded joint area to a temperature of 850 ÷ 950 ° C depending on the chemical composition of the rail steel and its manufacturer while maintaining the heating time within 180 ÷ 240 s at a temperature environment from -20 to + 50 ° C. Moreover, to ensure uniform heating, a high-frequency power source based on IGBT transistors with a conversion frequency of 2.4–6 kHz and an applied power of 50–120 kW is used. A high-frequency power source is located on the platform of a mobile rail welding machine. The use of modern technical solutions in the implementation of a high-frequency power source made it possible to provide the required technical parameters and, accordingly, reduce the overall dimensions of the complex.

Закалочный блок, выполненный в виде спрейера, конструктивно разделенного на три отдельные камеры и объединенный с системой подачи закалочной среды, установлен на продольно перемещающейся конструкции, выполненной из труб прямоугольного сечения, обеспечивающих подачу закалочной среды через промежуточные втулки с изменяемым диаметром, с возможностью перемещения посредством рукоятки по направляющим роликам с подшипниками качения и фиксации в крайних положениях рычажным механизмом с тросовым приводом, а в качестве закалочной среды используется сжатый воздух. Замена качающейся конструкции, используемой в прототипе, на продольно перемещающуюся позволило увеличить длину закалочной камеры, добиться равномерного охлаждения нагретого участка рельса по всей длине и избежать появления незакаленных участков головки рельса в околошовной зоне. Также увеличено сечение шлангов для подвода сжатого воздуха к закалочному блоку, что улучшило условия закалки головки рельса.The quenching unit, made in the form of a sprayer, structurally divided into three separate chambers and combined with a quenching medium supply system, is mounted on a longitudinally moving structure made of rectangular pipes that supply the quenching medium through intermediate sleeves with a variable diameter, with the possibility of movement by means of a handle on guide rollers with rolling and locking bearings in extreme positions by a lever mechanism with a cable drive, and as a quenching medium, it is used compressed air is used. Replacing the swinging structure used in the prototype with a longitudinally moving one allowed to increase the length of the quenching chamber, to achieve uniform cooling of the heated section of the rail along the entire length and to avoid the appearance of unhardened sections of the rail head in the heat-affected zone. Also, the cross section of the hoses for supplying compressed air to the quenching unit was increased, which improved the conditions for hardening the rail head.

Сопла спрейера формируются в зазоре деталей, причем центральное сопло, сформированное в зазоре между двумя пластинами, имеет форму сопла Лаваля, а боковые сопла формируются в зазоре пластин и боковыми стенками закалочной камеры, что позволяет добиться эффективного охлаждения рельса в области сварного соединения.The sprayer nozzles are formed in the part gap, the central nozzle formed in the gap between the two plates having the shape of a Laval nozzle, and the side nozzles are formed in the gap of the plates and the side walls of the quenching chamber, which allows achieving efficient rail cooling in the welded joint area.

Для надежной установки термообрабатывающего модуля в плоскости подошвы рельса на раме термообрабатывающего модуля, выполненной из трубы прямоугольного сечения, установлены ножки с возможностью их перемещения вдоль собственной оси, перпендикулярной продольной оси рельса, и фиксации в установленном положении посредством ручного механизма, выравнивающие термообрабатывающий модуль при установке на рельс за счет опирания на подошву рельса. Установка на раме термообрабатывающего модуля регулируемых по высоте ножек позволяет избежать заваливания в сторону термообрабатывающего модуля и перекоса индукторы относительно рельса.For reliable installation of the heat-treating module in the plane of the rail sole on the frame of the heat-treating module made of a rectangular pipe, legs are installed with the possibility of their movement along its own axis perpendicular to the longitudinal axis of the rail and fixation in the installed position by means of a manual mechanism, aligning the heat-treating module when installed on rail due to support on the sole of the rail. The installation of height-adjustable legs on the frame of the heat-treating module allows avoiding obstruction to the side of the heat-treating module and skewing the inductors relative to the rail.

Сменные индукторы и регулируемые ножки, выравнивающие термообрабатывающий модуль при установке на рельс за счет опирания на подошву рельса, позволяют использовать термообрабатывающий модуль для обработки разных типоразмеров рельсов без изменения основной конструкции.Replaceable inductors and adjustable legs that level the heat-treating module when mounted on the rail by supporting it on the sole of the rail allow the heat-treating module to be used to process different rail sizes without changing the basic design.

Зажимное устройство, расположенное с двух сторон термообрабатывающего модуля, состоит из двух захватов, подвешенных на осях, жестко соединенных с основанием, закрепленных на раме модуля с возможностью их синхронного поворота вокруг собственной оси посредством рукоятки, вызывающей сведение или разведение захватов, зажимающих рельс. Использование принципиально иной конструкции зажимного устройства позволило добиться быстрого и надежного закрепления термообрабатывающего модуля на рельсе. Зажим производится не за шейку, а за головку рельса, что позволило значительно увеличить усилие зажима и надежность крепления термообрабатывающего модуля к рельсу. Для повышения надежности крепления термообрабатывающего модуля введено второе зажимное устройство.The clamping device, located on both sides of the heat-treating module, consists of two grippers, suspended on axes, rigidly connected to the base, mounted on the module frame with the possibility of their simultaneous rotation around its own axis by means of a handle that causes the clamps to be brought together or pulled apart. Using a fundamentally different design of the clamping device made it possible to quickly and reliably fix the heat-treating module to the rail. The clamp is made not by the neck, but by the head of the rail, which significantly increased the clamping force and the reliability of fastening the heat-treating module to the rail. To increase the reliability of fastening of the heat-treating module, a second clamping device is introduced.

Такое исполнение термообрабатывающего модуля не требует специальных приводов и механизмов для его установки на место сварного стыка и перемещения по рельсу, его можно использовать в составе передвижной рельсосварочной машины (вес модуля не более 50 кг). С помощью такой установки можно производить термообработку сварных стыков рельсов типа Р50, Р65 и Р75, заменяя только индукторы в индукторной системе. Кроме того, устройство термической обработки сварных стыков рельсов в путевых условиях посредством блока управления легко соединяется с микропроцессорным управлением технологическим процессом, которое обеспечивает автоматизацию процесса термообработки, автоматическое измерение и стабилизацию температуры, ведение протокола с выводом на ПК, визуальное отображение процесса термообработки на дисплее, создание архивов информации и сменных рапортов.This design of the heat-treating module does not require special drives and mechanisms for installing it at the welded joint and moving along the rail, it can be used as part of a mobile rail welding machine (module weight is not more than 50 kg). Using this installation, it is possible to heat treat welded joints of rails of the type P50, P65 and P75, replacing only the inductors in the inductor system. In addition, the device for heat treatment of welded joints of rails in track conditions by means of a control unit can be easily connected to microprocessor-controlled process control, which provides automation of the heat treatment process, automatic measurement and stabilization of temperature, protocol maintenance with output to a PC, visual display of the heat treatment process on the display, creation archives of information and replaceable reports.

Далее сущность полезной модели поясняется с помощью фигур, на которых представлено:Further, the essence of the utility model is explained using the figures in which are presented:

Фиг. 1 - устройство в соответствии с данной полезной моделью в изометрии с индукторыми в рабочем положении;FIG. 1 - a device in accordance with this utility model in isometry with inductors in operating position;

Фиг. 2 - устройство при разведенных индукторых, и расположением закалочного блока в рабочей зоне;FIG. 2 - a device with a divorced inductor, and the location of the hardening unit in the working area;

Фиг. 3 - вид сбоку на устройство;FIG. 3 is a side view of the device;

Фиг. 4 - зажимное устройство для фиксации модуля на рельсе;FIG. 4 - clamping device for fixing the module on the rail;

Фиг. 5 - рычажный механизм манипулирования индукторыми;FIG. 5 - lever mechanism for manipulating inductor;

Фиг. 6 - закалочный модуль.FIG. 6 - hardening module.

Переносной модуль устройства (фиг. 1) состоит из несущей рамы 1, снабженной ручкой 11, на которой расположены: блок согласования 2, индукторная система, состоящая из двух индукторов 7, соединенных между собой в последовательную цепь, закалочное устройство подачи сжатого воздуха (спрейер) 4 (фиг. 2), блок управления технологическим процессом 8.The portable module of the device (Fig. 1) consists of a supporting frame 1 equipped with a handle 11, on which are located: matching unit 2, an inductor system consisting of two inductors 7 connected to each other in a series circuit, a quenching device for supplying compressed air (sprayer) 4 (Fig. 2), the process control unit 8.

Модуль устанавливается непосредственно на рельс 3, позиционируется посредством роликов 14 и регулируемых ножек 15 в зоне термообработки и фиксируется зажимным устройством с помощью рычага 9. В нерабочем состоянии термообрабатывающий модуль устанавливается на специальную подставку.The module is mounted directly on the rail 3, positioned by means of rollers 14 and adjustable legs 15 in the heat treatment zone and fixed by the clamping device using the lever 9. In the idle state, the heat treatment module is mounted on a special stand.

Зажимное устройство, управляемое рукояткой 9 (фиг. 4), состоит из двух захватов 15, подвешенных на осях 20, жестко соединенных с основанием 19, которое крепится на раме 1 (фиг. 1) модуля. При перемещении рукоятки 9 (фиг. 4) в нижнее положение эксцентрик рукоятки, проворачиваясь, вызывает посредством винта 77 и втулки 16 сведение захватов 15, зажимая рельс. Усилие зажимного устройства регулируется при помощи винта 17. В отпущенном положении разведение захватов 15 обеспечивает пружина 18.The clamping device, controlled by the handle 9 (Fig. 4), consists of two grippers 15, suspended on the axles 20, rigidly connected to the base 19, which is mounted on the frame 1 (Fig. 1) of the module. When moving the handle 9 (Fig. 4) to the lower position, the cam eccentric, turning, causes by means of a screw 77 and a sleeve 16 to reduce the grippers 15, clamping the rail. The force of the clamping device is regulated by means of a screw 17. In the released position, the spring 18 provides the release of the grippers 15.

Блок управления 8 (фиг. 1) установлен на верхнюю крышку блока согласования 2 и обеспечивает соединение системы индукторов с высокочастотным источником питания и микропроцессорным устройством управления технологическим процессом, а также содержит панель управления и индикации параметров процесса термообработки. Кроме того, блок управления связан с датчиками положения 13, определяющими крайние положения индукторов и спрейера, и с датчиком температуры 28.The control unit 8 (Fig. 1) is mounted on the top cover of the matching unit 2 and provides a connection of the inductor system with a high-frequency power source and a microprocessor-based process control device, and also contains a control panel and indication of the parameters of the heat treatment process. In addition, the control unit is connected with position sensors 13, which determine the extreme positions of the inductors and the sprayer, and with the temperature sensor 28.

Индукторы 7 (фиг. 5) закреплены на пластинах 10, установленных с возможностью поворота относительно горизонтальной оси 23. Указанные индукторы 7 могут синхронно раздвигаться и сдвигаться в вертикальной плоскости при помощи рычажного механизма, управляемого рукояткой 6 и состоящего из коромысла 21 и двух тяг 22, которые обеспечивают необходимый угол раскрытия между индукторыми для установки закалочного блока в рабочее положение, а также для установки термообрабатывающего модуля на рельс. Фиксацию индукторов в рабочем положении обеспечивает собачка, установленная на ступице рукояти, которая управляется дополнительной ручкой 24 с тросовым приводом, расположенной на рукоятки 6. При движении рукоятки 6 коромысло 21, жестко соединенное с рукояткой, поворачиваясь на центральной оси, воздействует через тяги 22 на пластины 10, заставляя их сдвигаться или раздвигаться.Inductors 7 (Fig. 5) are mounted on plates 10 mounted rotatably with respect to the horizontal axis 23. These inductors 7 can simultaneously be moved apart and shifted in a vertical plane using a lever mechanism controlled by a handle 6 and consisting of a rocker arm 21 and two rods 22, which provide the necessary opening angle between the inductors for installing the quenching unit in the working position, as well as for installing the heat treatment module on the rail. The inductors are fixed in the working position by a dog mounted on the hub of the handle, which is controlled by an additional handle 24 with a cable drive located on the handle 6. When the handle 6 moves, the rocker 21, rigidly connected to the handle, turning on the central axis, acts on the plates through the rods 22 10, causing them to move or move apart.

Закалочный блок 4 (фиг. 2) перемещается в рабочее положение при раздвинутых индукторах 7 с помощью рукоятки 5 и фиксируется в крайних положениях стержнем фиксатора с тросовым приводом от дополнительной ручки 29 (фиг. 6). Продольное перемещение закалочного блока производится по направляющим роликам 25 (фиг. 3) с подшипниками качения, что обеспечивает легкость и удобство перемещения узла. Резиновые шланги 26 служат для подачи сжатого воздуха к спрейеру.The quenching unit 4 (Fig. 2) is moved to the operating position with the inductors 7 apart using the handle 5 and is fixed in extreme positions by the cable clamp retainer from the additional handle 29 (Fig. 6). The longitudinal movement of the quenching block is carried out along the guide rollers 25 (Fig. 3) with rolling bearings, which ensures ease and convenience of movement of the node. Rubber hoses 26 are used to supply compressed air to the sprayer.

Устройство закалочного блока (фиг. 6) состоит из спрейера, разделенного перегородками 35 на три отдельные камеры - центральную 36 и две боковые 37. Это позволяет добиться более равномерного охлаждения рельса по длине относительно сварного шва. Рама закалочного блока 28 выполнена из труб прямоугольного сечения, которые одновременно являются и направляющими элементами для перемещения закалочного блока и служат для подвода сжатого воздуха к спрейеру 30 от штуцеров 32. Промежуточные втулки 34, которые крепят спрейер 30 к трубам рамы 28, могут одновременно служить в качестве дросселирующего элемента при изменении диаметра проходного отверстия. Это позволяет добиться равномерного распределения подаваемого в отдельные камеры спрейера воздуха.The hardening unit device (Fig. 6) consists of a sprayer divided by partitions 35 into three separate chambers - the central 36 and two side 37. This allows for more uniform cooling of the rail along the length relative to the weld. The frame of the quenching block 28 is made of rectangular pipes, which are also guiding elements for moving the quenching block and serve to supply compressed air to the sprayer 30 from the fittings 32. The intermediate sleeves 34 that attach the sprayer 30 to the pipes of the frame 28 can simultaneously serve as as a throttling element when changing the diameter of the bore. This allows for uniform distribution of the air supplied to the individual chambers of the sprayer.

Сопла спрейера формируются двумя пластинами 33 (фиг. 6) и боковыми стенками камеры спрейера 38. Центральное сопло 40, сформированное в зазоре пластин 33, имеет форму сопла Лаваля, что позволяет добиться эффективного охлаждения обрабатываемого участка рельса. Боковые сопла 39 формируются пластиной 33 и стенкой 38 и позволяют добиться эжекционного эффекта для ускоренного отвода охлаждающей среды из закалочной камеры спрейера.The sprayer nozzles are formed by two plates 33 (Fig. 6) and the side walls of the sprayer chamber 38. The central nozzle 40, formed in the gap of the plates 33, has the shape of a Laval nozzle, which allows for efficient cooling of the processed rail section. Side nozzles 39 are formed by a plate 33 and a wall 38 and allow to achieve an ejection effect for accelerated removal of the cooling medium from the hardening chamber of the sprayer.

Для предотвращения закалки шейки и подошвы рельса служат отсекатели 31, выполненные из листовой нержавеющей стали. Устройство отсекателя спрейера содержит кронштейны отсекателей 41, выполненные в виде двуплечих рычагов. К одному плечу крепится лопасть отражателя 42, второе плечо при опускании термомодуля на рельс заводит отсекатель под головку рельса и отсекает поток охлаждающего воздуха от шейки и подошвы рельса.To prevent hardening of the neck and sole of the rail, shut-off valves 31 are made of stainless steel sheet. The device of the cutter sprayer contains the brackets of the cutters 41, made in the form of two shoulders levers. A reflector blade 42 is attached to one shoulder, while the second shoulder, when the thermal module is lowered onto the rail, starts a cut-out under the rail head and cuts off the flow of cooling air from the neck and bottom of the rail.

Устройство работает следующим образом. Термообрабатывающий модуль операторами снимается с подставки за ручки 11 (фиг. 1 и фиг. 2), устанавливается на рельс в зоне термообработки при разведенных индукторах 7, позиционируется точно на центр стыка при помощи лазерного указателя 72 и фиксируется зажимными устройствами (фиг. 4), расположенными с двух сторон модуля, с помощью рукояток 9. При помощи рычажного механизма с рукояткой 6 индукторы 7 сводятся в рабочее положение и фиксируются (фиг. 1). С помощью панели пульта управления 8 задаются параметры обработки сварного стыка (температура нагрева, мощность установки, время закалки и другие). После нажатия кнопки «Пуск» на пульте управления 8 начинается нагрев сварного стыка. Температура в зоне нагрева контролируется бесконтактным пирометром 28. После достижения заданной температуры нагрев автоматически прекращается, о чем появляется оповещение на панели пульта управления 8. Тогда оператор при помощи рычажного механизма с рукояткой 6 разводит индукторы 7 и посредством рукоятки 5 вводит закалочный блок 4 в зону сварного стыка (фиг. 2). Положение закалочного блока в зоне термообработки контролируется конечным выключателем 27. Затем по сигналу блока управления включается электрический пневмоклапан, и воздух подается через спрейер закалочного блока 4 на стык. Происходит закалка головки рельса. Ее окончание сопровождается соответствующим сигналом на панели блока управления 8, тогда оператор при помощи рукоятки 5 отводит закалочный блок 4. Модуль снимается с рельса, устанавливается на подставку и готов к следующему циклу. Как видно, устройство очень просто в обслуживании, не требует дорогостоящих механизмов и приводов, доступно для использования в путевых условиях, но при этом обеспечивает высокое качество сварного стыка.The device operates as follows. The heat-treating module is removed from the stand by the handles 11 (Fig. 1 and Fig. 2), mounted on a rail in the heat-treatment zone with separated inductors 7, positioned exactly on the center of the joint using a laser pointer 72 and fixed with clamping devices (Fig. 4), located on both sides of the module, using the handles 9. Using the lever mechanism with the handle 6, the inductors 7 are reduced to the working position and fixed (Fig. 1). Using the panel of the control panel 8, the weld joint processing parameters are set (heating temperature, unit power, hardening time, and others). After pressing the "Start" button on the control panel 8, the heating of the welded joint begins. The temperature in the heating zone is controlled by a non-contact pyrometer 28. After reaching the set temperature, heating automatically stops, which is indicated by a warning on the control panel 8. Then the operator, using the lever mechanism with handle 6, opens the inductors 7 and introduces the quenching unit 4 into the welded zone by means of handle 5 junction (Fig. 2). The position of the hardening unit in the heat treatment zone is controlled by the limit switch 27. Then, at the signal of the control unit, an electric pneumatic valve is turned on, and air is supplied through the spray of the hardening unit 4 to the joint. The hardening of the rail head occurs. Its end is accompanied by a corresponding signal on the control unit panel 8, then the operator, using the handle 5, retracts the hardening unit 4. The module is removed from the rail, mounted on a stand and ready for the next cycle. As you can see, the device is very easy to maintain, does not require expensive mechanisms and drives, is available for use in road conditions, but at the same time ensures high quality of the welded joint.

Claims

1. The device for heat treatment of welded joints of rails in traveling conditions, consisting of a system of inductors, a matching unit, a hardening unit and a control unit for a system of inductors and a hardening unit, in which a system of inductors, matching unit and a hardening unit together with the specified control unit are combined into a single portable a module made with the possibility of free movement along the rail lash and equipped with catchers for installation on the rail, as well as clamping devices for fixing it in place of the welded joint ka, and the system of inductors and the hardening unit are connected with the corresponding mechanisms of their manual alternating installation in the working position according to the signal of the control unit, for which the control unit is connected with position sensors of the inductors and the hardening unit, as well as with a temperature sensor, characterized in that the inductor system of two identical electrically connected inductors forming a resonant circuit with a matching unit and mounted on levers in the form of two symmetrical flaps mounted on the module housing, with the possibility of their simultaneous rotation around their own axis, swinging in a vertical plane by means of a lever mechanism, which ensures their fixation with a predetermined fit in the heat-treated zone of the welded joint in the working position, with the possibility of spreading by the angle necessary for supplying the quenching block to the heat-treatment zone and for removing the heat-treating module off the rail.

2. The device according to claim 1, characterized in that for fixing the inductors in the reduced and divorced positions, a lever mechanism with a cable drive is used.

3. The device according to claim 1, characterized in that the quenching unit, made in the form of a sprayer, structurally divided into three separate chambers and combined with a quenching medium supply system, is mounted on a longitudinally moving structure made of rectangular pipes providing a quenching medium supply through intermediate bushings with a variable diameter, with the possibility of moving by the handle along the guide rollers with rolling bearings and fixing in extreme positions by a lever mechanism with a cable at home.

4. The device according to claim 1, characterized in that the nozzle of the sprayer is formed in the gap of the parts, the central nozzle formed in the gap between the two plates, has the shape of a Laval nozzle, and the side nozzles are formed in the gap of the plates and the side walls of the quenching chamber.

5. The device according to claim 1, characterized in that the clamping device, located on both sides of the heat-treating module, consists of two grippers suspended on axes, rigidly connected to the base, mounted on the module frame, with the possibility of their simultaneous rotation around its own axis by handles, causing mixing or breeding of grippers, clamping the rail.

6. The device according to claim 1, characterized in that on the frame of the heat-treating module made of a rectangular pipe, legs are installed with the possibility of their movement along its own axis perpendicular to the longitudinal axis of the rail, and fixation in the installed position by means of a manual mechanism.

7. The device according to claim 1, characterized in that the replaceable inductors and adjustable legs aligning the heat treatment module when mounted on the rail by supporting it on the rail sole allow the heat treatment module to be used for processing different rail sizes without changing the basic structure.