УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ОБОДА ПРИ ТЕРМОУПРОЧНЕНИИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕС Российский патент 1997 года по МПК C21D9/34 

Изобретение относится к оборудованию для термической обработки железнодорожных колес и может быть использовано в черной металлургии и машиностроении в линии обработки колес.

Известны устройства для термоупрочнения обода железнодорожных колес в горизонтальном и вертикальном положении, содержащие привод, центрирующие элементы, опорные ролики и спрейера (авт. св. N 165480, C 21 D 9/34, 1964) [2]
При термоупрочнении колес в вертикальной машине применяются один либо два опорных ролика и спрейерные устройства для охлаждения обода. Как правило, используют два спрейера, разделенные между собой опорным роликом.

Основными недостатками известных устройств для термоупрочнения обода железнодорожных колес является их низкая эффективность: опорный ролик уменьшает зону охлаждения обода, ограничены по площади действия и спрейерные коробки, установленные по обе стороны ролика (центрирующими механизмами, устройствами задачи и выдачи колеса из машины).

В качестве прототипа известное устройство для охлаждения обода при термоупрочнении железнодорожных колес. Оно содержит опорные ролики и спрейера для подачи охлаждающей жидкости (воды) на элементы обода. Устройство имеет два опорных ролика и спрейер, расположенный между ними. Он имеет П-образную форму для охлаждения обода по трем плоскостям поверхности катания и двум боковым поверхностям [2]
Устройство работает следующим образом.

Колесо (или бандаж) устанавливается на два опорных ролика таким образом, что три полки спрейера охватывают три охлаждаемые поверхности обода колеса. Вращение колеса осуществляется вращением одного или двух опорных роликов. Охлаждающая вода попадает в такой спрейер из магистрали давлением 4-6 атм. Происходит термоупрочнение обода по трем его плоскостям. После окончания термоупрочнения отключается охлаждающая вода и колесо извлекается вверх из спрейера и опорных катков.

К недостаткам рассматриваемого устройства относятся:
одновременное охлаждение всех трех поверхностей обода на сосредоточенном (локальном) участке (при использовании П-образного спрейера) малоэффективно из-за затруднительного удаления отраженной воды и образующейся паровой "рубашки" в такой замкнутой конструкции. Интенсивность отбора тепла от металла при этом снижается и, как следствие, снижаются прочностные свойства металла обода;
использование монолитного спрейера, расположенного между опорными роликами, снижает эффект прерывистости закалки, направленной на снижение уровня остаточных напряжений в колесе, как конструкции. Поэтому в изделиях, термоупрочненных в рассматриваемых спрейерах, уровень остаточных растягивающих напряжений в критических сечениях близок к опасному для эксплуатации (20-25 кгс/мм²).

Задачей предлагаемого устройства для охлаждения обода при термоупрочнении железнодорожных колес является ликвидация (устранение) образования паровой "рубашки" между закаливаемой поверхностью и охлаждающей средой, а также усиление эффекта прерывистости закалки, направленных на снижение времени охлаждения колес и повышение свойств металла готовых изделий.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для охлаждения обода при термоупрочнении железнодорожных колес, содержащем опорные ролики и спрейера для подачи охлаждающей жидкости на элементы обода - поверхность катания, боковую поверхность с наружной стороны, боковую поверхность с внутренней стороны колеса, спрейер, расположенный между опорными роликами, выполнен составным и комбинированным, двухполоскостного действия, обе части которого имеют L-образную форму с противоположным направлением полки относительно вертикальной, причем эти вертикальные полки комбинированных спрейеров выполнены под углом 75-85^o к горизонтальным полкам, а два других спрейера, расположенных по другую сторону роликов, выполнены одноплоскостными.

На фиг.1 показана схема охлаждаемых поверхностей обода колеса; на фиг.2
схема расположения спрейеров относительно опорных роликов и колеса в предлагаемом устройстве; на фиг. 3 схема составных комбинированных двухплоскостного действия спрейеров.

Устройство содержит опорные ролики 3, комбинированные двухплоскостного действия спрейера 4 и 9, состоящие из двух полок 5 и 6 (левая часть спрейера) и полок 13 и 14 (правая часть спрейера), одноплоскостного действия спрейера 11 и 12.

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении железнодорожное колесо 1 ободом 2 опирается на опорные ролики 3 и располагается относительно спрейеров, как показано на фиг. 2 и 3. При этом одна часть спрейера двухплоскостного действия 4 располагается своими полками 5 и 6 (фиг.3,а) относительно боковой поверхности обода 7 с наружной стороны и поверхности катания 8 обода 2, другая часть спрейера 9 располагается соответственно относительно боковой поверхности 10 обода 2 с внутренней стороны и поверхности катания 8. Два других спрейера 11 и 12 (фиг.2) установлены по другую сторону опорных роликов 3 и расположены только относительно поверхности катания 8 обода 2. После начала вращения колеса 1 приводным опорным роликом, во все спрейера 4,9,11 и 12 подается охлаждающая вода из магистрали давлением 4-6 атм. При этом часть спрейера 4 охлаждает поверхность катания 8 (полкой 6) и боковую поверхность 7 (полкой 5), другая часть спрейера 9 с разрывом по протяженности относительно обода 2 от спрейера 4 охлаждает поверхность катания 8 и другую боковую поверхность 10 (полками 13 и 14). Спрейера 11 и 12 охлаждают только поверхность катания 8 обода 2. Рассмотренная система спрейеров охлаждает отдельные поверхности обода колеса отдельными охладительными элементами (полками), расположенными между собой на расстоянии. Происходит термоупрочнение обода в течение 90-180 с. После окончания процесса термоупрочнения прекращается подача воды в спрейера, останавливается приводной ролик и колесо, последнее удаляется из устройства подъемным механизмом вверх.

Наклон вертикальных полок 5 и 14 к горизонтальным полкам 6 и 13 под углом 75-85^o продиктован тем, чтобы не допускать попадания охлаждающей воды на диск колеса, поэтому струи воды из полок 5 и 14 должны направляться вниз относительно оси вращения колеса. Размеры углов выбраны экспериментально.

Использование предложенного устройства обеспечивает уменьшение времени термического упрочнения на 10% (10-20 с), повышение твердости и временного сопротивления разрыву металла обода на 5-8% а также понижение уровня остаточных растягивающих напряжений до величины 14-18 кгс/мм² (на 20%). Это достигается за счет свободного истечения отраженной воды и устранения паровой рубашки между ободом и охлаждающей жидкостью и повышением эффекта прерывистости охлаждения.

Ниже приводятся результаты экспериментального опробования предложенного устройства на колесах с содержанием углерода 0,60% и марганца 0,64%

Сущность изобретения: устройство содержит опорные ролики и спрейеры для подачи охлаждающей жидкости. Спрейер, расположенный между опорными роликами, выполнен составным и комбинированным, двухплоскостного действия, обе части которого имеют П-образную форму с противоположным направлением горизонтальной полки относительно вертикальной, причем эти вертикальные полки, комбинированных спрейеров выполнены под углом 75-85^o к горизонтальным полкам, а два других спрейера, расположенных по другую сторону опорных роликов, выполнены одноплоскостными. 3 ил, 1 табл.

Устройство для охлаждения обода при термоупрочнении железнодорожных колес, содержащее опорные ролики и размещенные между ними спрейеры для подачи охлаждающей жидкости на элементы обода поверхность катания, боковую поверхность с наружной стороны колеса, боковую поверхность с его внутренней стороны, отличающееся тем, что спрейер, расположенный между опорными роликами, выполнен составным комбинированным двухплоскостного действия, причем обе части имеют L-образную форму с противоположным расположением горизонтальных полок относительно вертикальных, при этом вертикальные полки выполнены под углом 75 85^o к горизонтальным полкам, причем по другую сторону каждого из двух опорных роликов установлены два одноплоскостных спрейера.