ФОРМА ДЛЯ ТЕРМИТНОЙ СВАРКИ И СПОСОБ РЕМОНТА Российский патент 2021 года по МПК E01B31/18 B23K37/06 B23K23/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к форме для ремонта металлических рельсов, в частности железнодорожных рельсов.

Изобретение также относится к способу ремонта рельса с помощью такой формы.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В настоящем контексте термин «подошва» относится к нижней части рельса, опирающейся на шпалу, а термины «головка» и «шейка» используются соответственно для обозначения поверхности катания и вертикальной стенки, соединяющих подошву с головкой. Это определение используется для подошв рельса всех типов, имеющих профиль «Виньоль» или какой-либо другой профиль.

Более конкретно, речь здесь будет идти о рельсах с изношенной верхней частью головки.

Чаще всего такой износ является следствием использования рельса или инцидентов при катании, так что поверхность катания перестает быть ровной, и на ней появляются неровности поверхности, ухудшающие безопасность.

В таких случаях, в соответствии с известным уровнем техники, на месте осуществляется техническое обслуживание, в процессе которого вырезают подвергшуюся износу часть рельса, заменяют эту часть отрезком рельса, т.е. куском нового рельса, и приваривают этот кусок к имеющемуся рельсу.

Ясно, что это дорогостоящая и трудоемкая операция, которая занимает много времени. Если такая операция и оправдана в случае очень значительного износа, то она не оправдана в том случае, когда дефект имеет ограниченное распространение по глубине и длине.

Однако при ремонте рельса непосредственно с помощью термитной сварки можно столкнуться со следующими трудностями.

Известна процедура технического обслуживания на месте, которая осуществляется с помощью формы, состоящей целиком из песка. Форму размещают с одной и с другой стороны от той области рельса, из которой удален дефект, и расплавленную сталь, полученную с помощью алюминотермической реакции, заливают в форму таким образом, чтобы заполнить выемку, образованную в результате удаления дефекта.

Обычно требуется притирка двух половин песчаной формы для лучшего выравнивания поверхности контакта с целью обеспечения герметичности по отношению к расплавленному металлу, который будет залит в эту форму, что является условием успешности ремонта. Эта операция трудоемка и не всегда позволяет обеспечить полную герметичность.

Кроме того, нельзя исключить, что подлежащая ремонту часть находится в той области, где при укладке железнодорожной линии два отрезка рельса были сварены друг с другом путем электросварки (в английской терминологии «контактной электросварки оплавлением»), создающей припуски, которые могут достигать трех миллиметров. Конечно, валики сварного шва и другие следы сварки, имеющиеся на головке, были тщательно устранены, в частности путем шлифования. Однако это не относится к другим частям рельса, не образующим поверхность катания.

Валики сварного шва от электросварки, расположенные не на головке, можно было бы шлифовать перед ремонтом рельса. Но на практике это трудноосуществимо, поскольку у рабочих очень мало времени для осуществления ремонта: путь должен быть закрыт для движения на как можно более короткое время. Между тем, такое шлифование должно осуществляться очень тщательно, чтобы обеспечить абсолютно герметичную поверхность контакта между рельсом и формой.

При этих условиях легко понять, что неровности поверхности создают проблемы герметичности, поскольку предлагается ремонтировать поврежденный рельс путем термитной сварки в форме, обхватывающей рельс полностью с обеих сторон в зоне повреждения.

Задачей настоящего изобретения является устранения этого недостатка.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, в первом своем аспекте настоящее изобретение относится к форме для термитной сварки металлического рельса, содержащей по меньшей мере две по существу одинаковые детали или кокиля, выполненные с возможностью временной установки друг напротив друга и по обеим сторонам рельса таким образом, чтобы они обхватывали головку, шейку и подошву этого рельса, причем каждая из этих деталей или кокилей содержит верхнее отверстие, которое открывается во внутреннюю полость, ограниченную стенками, выполненными с возможностью обхвата головки, шейки и подошвы этого рельса, причем эта форма отличается тем, что внутренняя полость содержит сжимаемое герметизирующее покрытие только на стенке, предназначенной для обхвата шейки, подошвы и нижней части головки без остальной части головки и нижней части подошвы.

В соответствии с одним из вариантов осуществления, покрытие является огнеупорным войлоком.

В соответствии с одним из вариантов осуществления, толщина покрытия составляет от 2 до 10 мм.

В соответствии с особенно предпочтительным вариантом осуществления, внутренняя часть детали, противоположная полости, содержит наклонный разрез, предназначенный для того, чтобы избежать контакта с системой крепления рельса к шпале.

Во втором своем аспекте настоящее изобретение относится к способу ремонта рельса, содержащего дефект поверхности в области головки, причем способ отличается тем, что включает следующие этапы:

- удаление дефекта таким образом, чтобы создать выемку на головке рельса;

- размещение двух деталей или кокилей формы описанным выше способом по обеим сторонам рельса;

- заполнение выемки путем заливки в форму через верхнее отверстие материала термитной сварки.

В соответствии с одним из вариантов осуществления, шейка содержит по существу под прямым углом к подлежащему ремонту дефекту валик сварного шва, образованный в результате электросварки, и сжимаемое покрытие формы плотно прижимается к этому валику.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Другие отличия и преимущества настоящего изобретения поможет понять описание одного из предпочтительных вариантов осуществления, которое будет приведено ниже со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 представлен упрощенный вид сбоку участка рельса, содержащего дефект поверхности в области части катания (головки), а также наружный след сварки в области шейки.

На фиг. 2 представлен вид в перспективе части рельса по фиг. 1, содержащего дефект поверхности, после удаления той части материала, в которой содержится этот дефект.

На фиг. 3 представлен вид по фиг. 2, но выемка от удаленного материала имеет другую форму.

На фиг. 4 представлен вид по фиг. 1, демонстрирующий рельс после ремонта.

На фиг. 5 и 6 представлены виды в перспективе в двух разных направлениях одной из частей формы в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 7 и 8 представлены виды в перспективе подлежащего ремонту отрезка рельса, показанного относительно части формы в соответствии с изобретением, причем на фиг. 7 этот отрезок рельса виден на просвет.

СВЕДЕНИЯ. ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг. 1 схематично представлен отрезок металлического железнодорожного рельса.

Как и обычно, этот рельс содержит головку 10, шейку 11 и подошву 12. Головка 10 содержит дефект 2 поверхности в области верхней поверхности катания. Этот дефект занимает поверхность, равную, например, нескольким квадратным сантиметрам.

По существу под прямым углом к дефекту 2 в области шейки 11 проходит валик 110 сварного шва, образованный в результате электросварки. Этот валик создает неровность поверхности шейки 11.

Рельс именно такого типа предлагается ремонтировать с помощью формы в соответствии с изобретением.

На фиг. 2 и 3 можно видеть меньшую часть того же рельса после предварительного удаления дефекта 2 поверхности таким образом, что на поверхности головки 10 образована выемка 3.

Форма выемки 3 зависит от примененной для удаления технологии. Таким образом, на фиг. 2 удаленная область имеет прямые и попарно перпендикулярные края, полученные путем шлифования рельса, тогда как выемка по фиг. 3 содержит искривленное дно, полученное путем газовой резки. Эта форма не влияет на характеристики формы для литья и способа в соответствии с изобретением. Ясно, что специалист в данной области техники сможет выбрать любую другую подходящую технологию удаления дефекта поверхности без отклонения от сущности настоящего изобретения.

На фиг. 4 представлено то, что в некотором отношении составляет задачу настоящего изобретения, в данном случае отремонтированный рельс 1, содержащий заполняющий материал 30 вместо выемки 3 по фиг. 2 и 3.

На фиг. 5 и 6 представлена форма в соответствии с изобретением.

Эта форма состоит из двух по существу одинаковых деталей (или кокилей) 4, предпочтительно и исключительно изготовленных из песка. Способ изготовления такой формы не будет подробно описан ниже, поскольку он известен сам по себе и не является предметом изобретения.

Для ясности здесь представлена только одна деталь 4. Эта деталь по сторонам ограничена двумя параллельными поверхностями 40 и 41. В верхней части она содержит переднюю поверхность 42, разделенную на две части, расположенные по обеим сторонам от отверстия 43, соединяющего верхнюю часть формы с внутренней отливочной полостью 44 формы.

Внутренняя часть формы разделена на две зоны: отливочную полость 44, предназначенную для размещения вокруг головки рельса и ограниченную стенкой 45, и поверхность упора в шейку и подошву рельса, образованную стенками 46, 48.

Стенка 45 выполнена с возможностью обхвата головки 10 рельса 1, тогда как стенка 46 предназначена для обхвата шейки 11, а стенка 48 предназначена для обхвата подошвы 12 рельса. Стенка 45 содержит, в частности, часть 451, предназначенную для вхождения в контакт с нижней частью головки.

В соответствии с настоящим изобретением, внутренняя часть формы содержит сжимаемое герметизирующее покрытие 5, прилегающее только к стенкам 451, 46 и 48, предназначенным для обхвата шейки, подошвы и нижней части головки, без остальной части головки и нижней части подошвы.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления, это покрытие состоит из огнеупорного войлока. Оно жестко соединено со стенками с помощью клеящего вещества. Толщина покрытия обычно составляет от 2 до 10 мм.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления, внутренняя часть детали 4, противоположная полости 44, содержит наклонный разрез 47, более четко выраженный, чем в обычных формах для термитной сварки, что позволяет разместить форму в любом месте рельса. Действительно, если ремонт должен быть осуществлен под прямым углом к сварному шву, расположенному на шпале, крепежные системы (болты, винты и т.д.) проходят над подошвой рельса. Во избежание контакта деталей формы с этими системами (который делает невозможной установку формы), этот наклонный разрез 47 выполнен таким образом, что он позволяет установить форму на любой крепежной системе.

Фиг. 7 и 8 позволяют легко понять, как размещаются две детали 4 формы М по обеим сторонам рельса 1 таким образом, что отверстие 43 находится на вертикали выемки 3.

После размещения этих деталей и осуществления всех подготовительных операций материал для термитной сварки заливают для заполнения выемки 3.

Поскольку сжимаемое покрытие расположено в зоне областей, склонных к содержанию неровностей поверхности, таких как валики от электросварки, материал покрытия деформируется и плотно прижимается к этим неровностям. Это исключает риск вытекания расплавленного материала куда-либо, кроме требуемой области, т.е. выемки.

Группа изобретений относится к области верхнего строения железнодорожного пути, в частности к формам для термитной сварки металлического рельса, имеющего дефект поверхности в области головки, а также к способам ремонта такого рельса. Форма содержит два одинаковых кокиля. Кокили могут быть установлены напротив друг друга по обеим сторонам рельса. Установленные кокили обхватывают головку, шейку и подошву рельса. Каждый кокиль содержит верхнее отверстие и внутреннюю полость. Полость ограничена стенками, предназначенными для обхвата головки, шейки и подошвы. Полость содержит сжимаемое герметизирующее покрытие только на стенках, охватывающих шейку, подошву и нижнюю часть головки без остальной части головки и нижней части подошвы. При ремонте рельса удаляют дефект, создавая выемку на головке рельса. Размещают кокили по обеим сторонам рельса. Заполняют выемку материалом для термитной сварки. Обеспечивается герметичное прилегание кокилей к рельсу. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Форма (М) для термитной сварки металлического рельса (1), имеющего дефект (2) поверхности в области головки (10), содержащая по меньшей мере две по существу одинаковые детали или кокиля (4), выполненные с возможностью временной установки напротив друг друга и по обеим сторонам рельса (1) таким образом, чтобы они обхватывали головку (10), шейку (11) и подошву (12) этого рельса (1), причем каждая из этих деталей или кокилей (4) содержит верхнее отверстие (43), открывающееся во внутреннюю полость (44), ограниченную стенками (45, 46, 48), предназначенными для обхвата головки (10), шейки (11) и подошвы (12) рельса (1), причем эта форма (М) отличается тем, что внутренняя полость (44) содержит сжимаемое герметизирующее покрытие (5) только на стенках (451, 46, 48), предназначенных для обхвата этих шейки (11), подошвы (12) и нижней части головки (10) без остальной части головки (10) и нижней части подошвы (12).

2. Форма (М) по п. 1, отличающаяся тем, что покрытие (5) является огнеупорным войлоком.

3. Форма (М) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что толщина покрытия (5) составляет от 2 до 10 мм.

4. Форма (М) по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что нижняя часть детали (4), противоположная полости (44), содержит наклонный разрез (47), выполненный таким образом, что он позволяет избежать контакта с системой крепления рельса к шпале.

5. Способ ремонта рельса (1), содержащего дефект (2) поверхности в области головки (10), отличающийся тем, что этот способ включает следующие этапы:

- удаление дефекта (2) таким образом, чтобы создать выемку (3) на головке (10) рельса (1);

- размещение двух деталей или кокилей (4) формы (М) по любому из пп. 1-4 по обеим сторонам рельса (1);

- заполнение выемки (3) путем заливки в форму (М) через верхнее отверстие (43) материала для термитной сварки.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что шейка (11) содержит сварной шов (110), образованный при электросварке и находящийся по существу на линии с подлежащим ремонту дефектом (2), причем сжимаемое покрытие (5) прижимают вплотную к этому шву.