Размещено на http://www.allbest.ru/

Фрезерование поверхности головки рельса

Железнодорожные рельсы в процессе эксплуатации в обязательном плановом порядке подвергаются обработке для восстановления утрачиваемых эксплуатационных свойств. Обработке подвергаются новые рельсы и рельсы с наработкой до 150-200 млн. тонн брутто, эксплуатируемые с периодической обработкой. Наработка тоннажа до следующей обработки составляет 40 - 50 млн. т. брутто.

В масштабах России потребность обработки рельсов в год составляет 50 тысяч км [1].

В настоящее время в мировой практике используют несколько способов обработки головки рельса: на рельсофрезерных станках, профильное фрезерование, активное шлифование, строгание. Специальные путевые машины выпускают ведущие иностранные фирмы: "Speno", "Fairmont Tamper", "Pandrol & Jakson", "Linsinger".

Основная техническая характеристика указанных путевых машин - скорость обработки рельсов составляет 0,5 - 1,5 км/час [1].

Существующие варианты относятся к способам обработки поверхности головки рельсов резанием в условиях рельсового пути с применением рельсообрабатывающих поездов и в заводских условиях на специальных металлообрабатывающих станках.

В заводских условиях применяется способ обработки рельсов на специальном рельсофрезерном станке модели 6992 Ульяновского завода тяжелых и уникальных станков, осуществляющий обработку поверхности головки рельсов профилирующей фрезой (рис.1). Диаметр фрезы 560 мм, ось вращения, параллельная основанию рельса и лежащая в плоскости его поперечного сечения, при относительной скорости фрезы вдоль рельса (подаче) 1-8 м/мин и глубине срезаемого слоя 0,5-3 мм [2].

фрезерование головка рельсофрезерный станок

Рис.1

Аналогичен предыдущему способ обработки рельсов на рельсофрезерных станках фирмы "Linsinger" (Австрия) и "Geismar" (Франция).

В условиях рельсового пути широко применяется способ обработки рельсов на рельсофрезерном поезде SF03-6FFF фирмы "Linsinger" (Австрия) и рельсообрабатывающем поезде фирмы "Alfa Rail Team", где используется съем припуска несколькими инструментами - профильными фрезами с осями вращения, параллельными основанию рельса и лежащими в плоскости его поперечного сечения [1].

К недостаткам данного способа относится низкая производительность - максимум до 1500 м/час и необходимость применения весьма дорогостоящего режущего инструмента - специальных профильных фрез. Самым главным недостатком указанного способа обработки является геометрия обработанной поверхности в продольном сечении головки рельса, представляющая собой волнообразную поверхность, амплитуда и шаг которой определяется режимами резания - подачей, числом оборотов фрезы, величиной срезаемого припуска, числом режущих кромок на фрезе, диаметром фрезы.

Наличие волнообразной поверхности требует выполнения последующей финишной обработки, что увеличивает себестоимость обработки [1].

Также известен способ обработки рельсов на рельсошлифовальном поезде с пассивным методом шлифования для снятия припуска с поверхности головки рельсов (рис.2).

Рис.2

Недостатками данного способа обработки являются незначительный съем металла с поверхности рельса, высокие эксплуатационные затраты, при этом боковые грани головки рельса не шлифуются [5].

Наименее эффективным является способ обработки рельсов строганием с применением специальных строгальных резцов с пластинами из твердого сплава, расположенных под разными углами относительно расчетной направляющей ходовой поверхности рельса, для удаления наклепанного металла и наплывов.

Недостатком данного способа является невысокая производительность и низкая стойкость режущего инструмента [2].

Самым распространенным является способ обработки поверхности головки рельсов с активным методом шлифования, где обработка ведется активными (вращающимися) шлифовальными кругами. Способ предусматривает съем припуска одновременно несколькими вращающимися инструментами (абразивными кругами), установленными на разных участках вдоль и поперек рельса со смещением друг относительно друга. Их перемещение вдоль рельса и вращение вокруг своих осей с расположением осей в поперечных сечениях рельса такого, что перпендикулярные им рабочие торцовые плоскости инструментов касательны к расчетной направляющей ходовой поверхности рельса. Это позволяет обрабатывать не только поверхность катания рельса, но и придавать головке профиль, соответствующий средней изношенности, необходимый для оптимального распределения нагрузки, приходящейся на рельс [3].

Этот способ шлифования головок рельсов вращающимися шлифовальными кругами при относительной скорости их перемещения вдоль рельса 4 - 6 км/час обеспечивает максимальный припуск, снимаемый за один проход. Для съема с поверхности головки рельса припуска толщиной от 0,5 до 2 мм потребуется от 4 до 14 проходов, при этом фактическая производительность обработки поверхности головки рельсов существенно уменьшится и составит 1,5 - 0,45 км/час [1].

Способ активного шлифования имеет недостатки, а именно: интенсивный износ дорогостоящих абразивных кругов вызывает большую запыленность окружающей среды абразивом с металлической стружкой, что является экологической проблемой, и приводит, в частности, к вопросу герметизации помещений и узлов рельсошлифовального поезда [1].

В итоге, производительность обработки рельсов способом активного шлифования и способом профильного фрезерования поверхности головок рельсов одного и того же порядка.

Способы профильного фрезерования и активного шлифования с низкой фактической производительностью обработки требуют продолжительного "окна", что вызывает ограничение или нарушение графика движения поездов и, как следствие, требует высоких капитальных и эксплуатационных расходов.

Перед новым способом обработки поверхности головки рельса, предложенным авторами Никулиным Н.А., Петровым В.И., Никулиным М.Н. и др., поставлена задача существенно повысить производительность обработки головки рельса при обеспечении ее правильного профиля и высокого качества обработанной поверхности, в частности, за счет уменьшения количества проходов при увеличении толщины припуска, снимаемого с головки рельса.

В данном случае поверхность головки рельса обрабатывают инструментами, которые устанавливают на разных участках вдоль и поперек рельса со смещением друг относительно друга. Инструменты перемещаются вдоль рельса и вращаются вокруг своих осей. Оси располагаются в поперечных сечениях рельса так, что перпендикулярные им рабочие торцовые плоскости инструментов касательны к расчетной направляющей ходовой поверхности рельса, которая, если головка рельса обрабатывается за несколько проходов, является промежуточной для рассматриваемого прохода, и базовой, если проход инструмента последний или единственный. При этом поверхность головки рельса обрабатывают инструментами правого и (или) левого вращения с резцами, главные режущие кромки которых установлены в рабочих торцовых плоскостях инструментов. Обработку производят, перемещая инструменты с относительной скоростью вдоль рельса, составляющей не менее одной десятой оптимальной скорости резания материала рельса [1].

Предлагаемый способ обработки поверхности головки 1 рельсов предусматривает снятие припуска одновременно несколькими инструментами 2. Обрабатывающие инструменты устанавливают на разных участках вдоль и поперек рельса 1 со смещением друг относительно друга (рис.3). Инструменты перемещаются вдоль рельса и вращаются вокруг своих осей . Оси располагают в поперечных сечениях рельса так, что перпендикулярные им рабочие торцовые плоскости инструментов касательны к расчетной направляющей GLN ходовой поверхности рельса в точках К (рис.4) [4].

Рис.3

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что обрабатывающие инструменты 2 выполнены, например, в виде фрез или резцовых головок, правого и (или) левого вращения с резцами 3, главные режущие кромки АВ которых размещают в рабочих торцовых плоскостях инструментов (рис.4).

Рис.4

Обрабатывающим инструментам обеспечивают относительную скорость вдоль рельса не меньше одной десятой оптимальной скорости резания материала рельса.

Обрабатывающие инструменты устанавливают так (рис.5,6), что расстояние от оси инструмента до дальней границы обработанной им плоской поверхности определяется математической зависимостью.

Вершинам главных режущих кромок А обрабатывающих инструментов обеспечивают линейную окружную и соответствующую угловую скорости и подачу на резец. При этом главные режущие кромки АВ резцов g-го инструмента входят в зону резания в точках и ; и выходят из зоны резания в точках и (рис.5,6).

При попутной обработке поверхности головки рельса угол , между вектором относительной скорости обрабатывающих инструментов вдоль рельса и вектором линейной окружной скорости (M) любой точки М их главных режущих кромок АВ, находящейся в зоне резания на расстоянии от оси инструмента, должен быть тупым, а при встречной обработке - острым. Сумма этих векторов определяет вектор скорости резания.

Рис.5

Для уменьшения продольной и поперечной составляющих вектора результирующей силы резания, равного сумме векторов сил резания, действующих на все режущие кромки инструментов, находящиеся каждая в своей зоне резания, устанавливают так, что на одних участках вдоль и (или) поперек рельса инструменты одновременно осуществляют попутную обработку рельса, а на других - встречную [4].

Рис.6

Кроме одновременной обработки поверхности головки рельса несколькими инструментами ее можно обрабатывать последовательно за несколько проходов одним обрабатывающим инструментом.

Таким образом, предложенный способ позволяет на высокоскоростных режимах резания в зависимости от свойств материала рельсов, конструктивного выполнения обрабатывающих инструментов и применяемого в них инструментального материала значительно повысить производительность до 4000-6000 м/час и качество обработанных поверхностей головок рельсов.

Для пояснения эффективности использования путевых машин на базе предлагаемого способа обработки поверхности головки рельса сравним со способом обработки активными шлифовальными кругами, т.к. рельсошлифовальные машины имеют наиболее широкое распространение.

Эффективность предлагаемого способа обработки поверхности головки рельса, складывается из следующих показателей:

рабочая скорость обработки - до 6 км/час;

толщина слоя металла, снимаемого с головки рельса одним инструментом за один проход при рабочей скорости движения машины - до 2 мм (при необходимости толщина снимаемого слоя за один проход может быть и более);

меньшее количество обрабатывающих инструментов;

меньшее количество единиц подвижного состава;

пожаробезопасность (нет искр, характерных при абразивной обработке);

экологическая чистота (отсутствует абразивная пыль с частицами металла характерная при шлифовании);

возможность эксплуатации в тоннелях, метро и на линиях городов (без дополнительного оснащения машины системами отсоса пыли в случае шлифования и при этом нет гарантии полной утилизации абразивной пыли);

выше показатель шероховатости обработанной поверхности;

выше стойкость режущего инструмента;

минимальное значение силы тяги машины для преодоления сопротивления от сил резания;

отсутствие системы орошения и пожаротушения (при шлифовании необходим запас воды для технологических нужд);

быстрота и лёгкость замены инструмента и (или) режущих пластин;

возможность применения режущего инструмента различного диаметра и высоты с обеспечением оптимальных режимов обработки и доступностью к обрабатываемой поверхности;

меньше установленная мощность машины;

уменьшение эксплуатационных затрат;

повышение эксплуатационной надёжности.

Расчеты и опытные исследования подтверждают реальность предлагаемого способа обработки поверхности головки рельсов и создания новых машин [1].

Список литературы