PL249316B1 - Walec walcarki przeznaczonej do walcowania szyn kolejowych i tramwajowych - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia przedstawionym na rysunku są wykroje walców stosowanych do walcowania szyn kolejowych i/lub tramwajowych zwłaszcza walców wykańczających przedgotowych i walców wykańczających gotowych charakteryzujące się tym, że wykroje powierzchni roboczej walców kształtujących dolną powierzchnię stopki szyny są wypukłe przy czym linie tworzące wypukłość wykroju walca są w miejscu ich styku zaokrąglone promieniem a wielkość wypukłości wykrojów walców liczona od linii prostej łączącej końce wykroju walca przeznaczonego do kształtowania stopki szyny jest w zakresie 0,5 mm do 2,0 mm dla wykroju walca przedgotowego i w zakresie 0,2 mm do 0,75 mm dla wykroju walca gotowego.

Description

Przedmiotem wynalazku jest walec przeznaczony do zastosowania w walcarkach w procesie walcowania szyn kolejowych i tramwajowych.

Ze stanu techniki znany jest opis patentowy CN110180889B obejmujący procesy walcowania stali i ujawniający linię produkcyjną do walcowania szyn oraz proces walcowania szyn z jej zastosowaniem. Linia produkcyjna do walcowania szyn składa się z zespołu do walcowania wstępnego; zespół do walcowania wstępnego obejmuje pierwszą walcarkę wstępną, drugą walcarkę wstępną, zespół do walcowania wykańczającego i piłę do obcinania na gorąco końców pasma; pierwsza walcarka wstępna i druga walcarka wstępna są rozmieszczone w sposób umożliwiający demontaż; zespół wykańczający jest usytuowany za drugą walcarką wstępną i składa się co najmniej z czterech walcarek wykańczających, które są rozmieszczone kolejno po sobie; a piła do obcinanie końców pasma na gorąco jest usytuowana oddzielnie między drugą walcarką wstępną a zespołem wykańczającym, gdzie pierwsza walcarka wstępna i druga walcarka wstępna są rozmieszczone w sposób umożliwiający walcowanie posobne, a co najmniej dwie walcarki wykańczające z co najmniej czterech walcarek wykańczających są rozmieszczone w sposób umożliwiający walcowanie ciągłe.

Podstawowym elementem technologii walcowania szyn umożliwiającym uzyskanie wymaganego kształtu szyny jest kalibrowanie wykrojów walców. Na wybór sposobu kalibrowania wykrojów i walców decydujący wpływ ma układ technologiczny i typ klatek walcowniczych stosowanych w walcowni. Aktualnie szyny są walcowane w zależności od typu i wyposażenia walcowni w następujący sposób:

- w nowszych walcowniach posobnych z klatkami walcowniczymi typu duo i w starych walcowniach liniowych z klatkami typu duo lub trio według technologii opartej na projektach wykrojów walców według kalibrowania Bartscherer’a,

- w walcowniach wyposażonych w klatki walcownicze czterowalcowe uniwersalne (minimum trzy) według technologii opartej na projektach wykrojów walców według kalibrowania Stammbach’a,

- w najnowszej generacji walcowniach wyposażonych w trójklatkowy zespół walcowniczy tandem według technologii opartej na projektach wykrojów walców według kalibrowania X-H.

Wszystkie powyższe kalibrowania wykrojów walców zapewniają płaską stopkę szyny. W kalibrowaniu wykrojów walców Bartscherer’a wykroje wykańczające tj. przedgotowy i gotowy niezależnie od wielkości pochylenia względem osi walca zawsze projektowane są tak, aby powierzchnia stopki szyny po wyjściu z nich w trakcie walcowania była prosta. Czynności związane z projektowaniem wykrojów oraz ich racjonalnym rozłożeniem w złożeniach walców określane są jako kalibrowanie walców. Kalibrowanie walców jest jednym z podstawowych elementów technologii procesu przeróbki plastycznej drogą walcowania.

Wykroje walców według kalibrowań Stammbach’a i X-H mogą być stosowane tylko dla walcarek czterowalcowych uniwersalnych, zatem nie mają zastosowania dla walcarek dwuwalcowych typu duo i walcarek trójwalcowych typu trio.

Przedmiotowy wynalazek dotyczy kalibrowania wykrojów walców stosowanych dla walcarek dwuwalcowych typu duo i walcarek trójwalcowych typu trio.

Celem wynalazku było opracowanie kształtu walców walcarek przeznaczonych do walcowania szyn kolejowych i tramwajowych, które umożliwiłyby redukcję naprężeń własnych walcowanych szyn przy jednoczesnym zachowaniu wymaganych wymiarów szyn wynikających z obowiązujących norm, bez konieczności ingerencji w konstrukcję stosowanych w stanie techniki walcarek.

Istotą wynalazku jest walec stosowany do walcowania szyn kolejowych i/lub tramwajowych zwłaszcza walec wykańczający przedgotowy i walec wykańczający gotowy charakteryzujący się tym, że wykrój powierzchni roboczej walca jest wypukły przy czym linie tworzące wypukłość wykroju walca są w miejscu ich styku zaokrąglone promieniem a wielkość wypukłości wykrojów walców liczona od linii prostej łączącej końce wykroju walca przeznaczonego do kształtowania stopki szyny jest w zakresie 0,5 mm do 2,0 mm dla wykroju walca przedgotowego i w zakresie 0,2 mm do 0,75 mm dla wykroju walca gotowego.

Walec według wynalazku znamienny wykrojem umożliwia uzyskanie po procesie walcowania na gorąco wklęsłości w stopce szyny w jej osi symetrii w granicach 0,1-0,3 mm.

Wklęsłość powierzchni stopki szyny uzyskiwana jest przez odmienne od dotychczas stosowanego projektowanie wykrojów walców.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest uwidoczniony na rysunku na rysunku na którym fig. 1 przedstawia fragment walca według wynalazku znamienny wykrojem, fig. 2 przedstawia wykrój walca kształtującego powierzchnię szyny, fig. 3 przedstawia złożenie dwóch walców.

Walec wykańczający według wynalazku charakteryzujący się wykrojem, w którym stopka szyny opisana jest dwoma liniami pochylonymi względem siebie pod kątem rozwartym, zamiast dotychczas stosowanej linii prostej, co powoduje wypukłość wykroju walca wskazaną na rysunku fig. 1. Linie tworzące wypukłość wykroju walca są w miejscu ich styku zaokrąglone promieniem. Wielkość wypukłości (S) wykrojów walców liczona od teoretycznej linii prostej (oznaczonej na rysunku fig. 1 linią przerywaną) łączącej końce wykroju walca kształtującego stopkę szyny oznaczone jako punkty A i B jest zróżnicowana w zależności od typu wykroju. Na rysunku fig. 1 przedstawiono fragment wykroju walca o wypukłości S, który kształtuje stopkę szyny w ten sposób, że nadaje jej wklęsłość w zakresie od 0,1 do 0,3 mm. Na rysunku fig. 2 przedstawiono cały wykrój walca, który obrazuje kształtowanie całej powierzchni szyny podczas walcowania, gdzie S określa wypukłość wykroju walca. Natomiast na rysunku fig. 3 zobrazowano złożenie dwóch walców 1 i 2 z uwidocznionym rozmieszczeniem przykładowych wykrojów walców 11 i 21 na beczce walca (zwykle na długości walca umieszcza się kilka wykrojów).

Kształt wykrojów walców według wynalazku w obszarze stopki szyny umożliwia uzyskanie wklęsłości stopki w trakcie walcowania, co powoduje zmniejszenie nacisków stykowych rolek stopkowych prostownicy pionowej na powierzchnię stopki szyny.

Przyjęte założenia były warunkowane ograniczoną możliwością zmiany kształtu wykrojów w obszarze stopki szyny, gdyż wymogiem koniecznym jest uzyskanie określonego normą kształtu i wymiarów szyny. Zmiana kalibrowania wykrojów walców według wynalazku była tak przeprowadzona, aby uzyskać odpowiedni kształt stopki szyny, który byłby najkorzystniejszy w aspekcie obniżenia naprężeń własnych w stopce szyny po wszystkich operacjach technologicznych produkcji szyn.

Nadanie wklęsłości stopki szyny, a więc modyfikacja jej kształtu wynikająca ze zmienionego kształtu wykrojów walców według wynalazku powoduje obniżenie naprężeń własnych w stopce szyny po procesie prostowania w prostownicach rolkowych zarówno z zastosowaniem rolek płaskich jak i kształtowych.

Zastosowanie szyn z nadaną podczas walcowania wklęsłością stopki powoduje podczas prostowania szyn zmianę stanu naprężeń w warstwie przypowierzchniowej w badanym obszarze stopki. Ulega on takiej modyfikacji, że następuje obniżenie naprężeń własnych rozciągających w obszarze wklęsłości powierzchni stopki skutkujące zmniejszeniem sumarycznych naprężeń własnych w całej objętości stopki. Wykrój walców, szczególnie przedgotowego i gotowego według wynalazku zostały zaprojektowane tak, aby umożliwić prostowanie szyn zarówno przy użyciu standardowych, dotychczas stosowanych płaskich rolek prostownicy jaki i rolek kształtowych przy jednoczesnym zachowaniu poprawności wszystkich parametrów przekroju poprzecznego. Rozwiązanie nie powoduje negatywnego wpływu na prostość szyny, zapewniając skuteczne obniżenie naprężeń własnych w stopce szyny. Po zastosowaniu walców według wynalazku zaobserwowano zmniejszenie średnich naprężeń własnych rozciągających w stopce szyny o około 40% dla szyn prostowanych tradycyjnymi, płaskimi rolkami oraz nawet o około 65% obniżenie naprężeń własnych dla szyn prostowanych rolkami kształtowymi w stosunku do wymaganego normą EN13674-1:2011+A1:2017 poziomu maksymalnych dopuszczalnych naprężeń własnych w stopce szyny wynoszących 250 MPa. Odnosząc obniżenie naprężeń własnych do standardowo uzyskiwanego poziomu naprężeń własnych w walcowniach wynoszącego około 190 MPa do 230 MPa w stopce szyny (na podstawie dostępnych danych literaturowych), zastosowanie wynalazku powoduje obniżenie naprężeń własnych o ponad 20% przy zastosowaniu tradycyjnych, płaskich rolek prostownicy i nawet ponad 50% przy zastosowaniu rolek kształtowych.

Ponadto zastosowanie walców według wynalazku nie wymaga zmiany w konstrukcji linii walcowniczych stosowanych w stanie techniki.

Możliwe jest również przetoczenie istniejących walców walcarek znanych ze stanu techniki dla nadania im odpowiedniego kształtu (kalibrowania) powierzchni roboczej.

Claims (1)

1. Walec stosowany do walcowania szyn kolejowych i/lub tramwajowych zwłaszcza walec wykańczający przedgotowy i walec wykańczający gotowy znamienny tym, że wykrój powierzchni roboczej walca kształtującego dolną powierzchnię stopki szyny jest wypukły przy czym linie tworzące wypukłość wykroju walca są w miejscu ich styku zaokrąglone promieniem a wielkość wypukłości wykroju walca liczona od linii prostej łączącej końce wykroju walca przeznaczonego do kształtowania stopki szyny jest w zakresie 0,5 mm do 2,0 mm dla wykroju walca przedgotowego i w zakresie 0,2 mm do 0,75 mm dla wykroju walca gotowego.