RU2569624C2 - Способ изготовления рельса - Google Patents
Способ изготовления рельса Download PDFInfo
- Publication number
- RU2569624C2 RU2569624C2 RU2013155106/02A RU2013155106A RU2569624C2 RU 2569624 C2 RU2569624 C2 RU 2569624C2 RU 2013155106/02 A RU2013155106/02 A RU 2013155106/02A RU 2013155106 A RU2013155106 A RU 2013155106A RU 2569624 C2 RU2569624 C2 RU 2569624C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rail
- section
- crane
- inertia
- rectangular
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Metal Rolling (AREA)
Abstract
Заявленное изобретение относится к подкрановым конструкциям с интенсивной эксплуатацией мостовых кранов, а также к железнодорожному транспорту. Отливают прямоугольную заготовку непрерывным литьем из легированной марганцовистой стали марки 35ГС. Литую заготовку охлаждают до температуры пластического состояния и транспортируют поступательно в клеть прокатного стана. Прокатывают с обжатием пластичной заготовки с четырех сторон валками клети с суммарным коэффициентом вытяжки не менее 7,8 в рельс прямоугольного сечения, отношение высоты сечения h к его ширине t в котором равно 2,7-2,8, с симметричной парой боковых продольных гребней сечением 15×15-20×20 мм на подошве рельса для неподвижного прикрепления к верхнему поясу подкрановой балки. Температуру прокатки поддерживают в пределах 950-1050°C. Охлаждают рельс водой до температуры 535-580°C и режут на мерные длины. Обеспечивается значительное увеличение момента инерции рельса при кручении. 1 ил., 3 табл.
Description
Предлагаемое изобретение относится к подкрановым конструкция с тяжелым 8K, 7К непрерывным режимом работы мостовых кранов и интенсивной эксплуатацией, а также к железнодорожному транспорту.
Крановые рельсы и конструкция верхней части подкрановой балки являются макрорегуляторами амплитуд колебаний локальных напряжений ; ; [1, 2, 3] в подрельсовой зоне подкрановых балок. Чем больше амплитуды колебаний локальных напряжений, тем быстрее возникают в подрельсовой зоне стенок подкрановых балок усталостные трещины и тем быстрее эти опасные усталостные трещины растут и сливаются друг с другом.
Амплитуды колебаний локальных напряжений ; ; в сильной степени зависят от момента инерции кручения применяемого кранового рельса и момента инерции его при изгибе .
Управляя величиной основных характеристик кручения крановых рельсов и изгиба , легко управлять техническим ресурсом [4, с. 1199] и выносливостью [4, с. 235] подрельсовой зоны подкрановых балок с тяжелым режимом работы мостовых кранов 8К, 7К [1, 2, 3].
В качестве ближайшего аналога, заявленного изобретения принимается способ изготовления рельса, включающий отливку заготовки рельса и ее прокатку раскрытый в документе (RU 201114176 А, В21В 1/085, 27.04.2013) [5]. Известны стандартные крановые рельсы по ГОСТ 4121-62* с фигурным профилем сечения [6, с. 60].
Даже самый массивный (мощный) рельс КР 140 по ГОСТ 4121-62* не имеет достаточных моментов инерции кручения и изгиба .
Моменты инерции и рельса КР 140 недостаточны для уменьшения амплитуд опасных колебаний локальных напряжений ; ; в подрельсовой зоне подкрановых балок [7, 8, 9, 10] до безопасных величин. То есть на такую величину, чтобы не допустить зарождения опасных усталостных трещин в зоне стыка верхнего пояса со стенкой подкрановой балки, следовательно, и не обеспечивают достаточного технического ресурса.
Колебания локальных напряжений при циклических динамических воздействиях колес мостовых кранов приводят к возникновению усталостных трещин [1…10] в зоне сварного стыка верхнего пояса со стенкой подкрановой балки.
При накоплении миллионов динамических воздействиях колес происходит быстрый рост и развитие усталостных трещин вдоль верхнего пояса, что увеличивает вероятность обрушения подкрановой балки вместе с мостовым краном с грузом, например, жидкой сталью. Усталостные трещины опасно снижают срок безопасной эксплуатации и технический ресурс подкрановых балок [1…10]. Любые трещины в стальных конструкциях недопустимы [11].
Актуальность гарантирования безопасной эксплуатации подкрановых балок в цехах черной и цветной металлургии высокая. Предлагаем гарантировать безопасную эксплуатацию подкрановых балок совершенствованием проката прямоугольных крановых рельсов и узлов их соединения с верхними поясами балок.
В настоящее время применяют стандартные крановые рельсы с фигурным профилем сечения по ГОСТ 4121-62* [6, с. 60]. Моменты инерции кручения этих рельсов , рассчитанные Митюговым Е.А. [12], завышены [5…8]. Например, для рельса КР-140 полученное им значение завышено в 3,584 раза [9, 10].
Техническая задача изготовления рельса включает отливку прямоугольной в сечении заготовки непрерывным литьем из легированной марганцовистой стали марки 35ГС, со следующим химическим составом: углерод 0,3-0,37; марганец 0,8-1,2; кремний 0,60,9; хром не более 0,3%; никель не более 0,3%; медь не более 0,3%; вредные примеси: серы не более 0,045%; фосфора не более 0,04%; азота не более 0,012%; железо остальное.
Охлаждение литой заготовки до температуры пластического состояния, транспортировку ее поступательно в клеть прокатного стана, поддержание температуры прокатки в пределах 950-1050°C, прокатку с обжатием пластичной заготовки с четырех сторон валками клети с суммарным коэффициентом вытяжки не менее 7,8 в рельс прямоугольного сечения h к его ширине t, равным 2,7-2,8.
Во время прокатки, с обжатием пластичной заготовки, формируют симметричную пару боковых продольных гребней сечением 15×15-20×20 мм на подошве рельса для неподвижного прикрепления подошвы рельса к верхнему поясу подкрановой балки. Охлаждение до температуры 535-580°C осуществляют водой, а затем рельс режут на мерные длины.
Увеличение технического ресурса подкрановой балки достигают увеличением момента инерции кручения рельса в 3…3,58 раза. Такое значительное увеличение одной из главных характеристик рельса достигнуто прокатом рельса из заготовки, полученной непрерывным литьем.
Рельс прокатывают прямоугольного профиля [10] сечения из легированной стали с отношением высоты сечения к его ширине n=h/t=2,6…2,8 [10], где h - высота сечения; t - ширина сечения.
Снижение трудоемкости проката достигнуто значительным упрощением профиля сечения (рельс имеет прямоугольный профиль).
Прямоугольный профиль сечения рельса [10] обеспечивает увеличение момента инерции кручения рельса в 3…3,58 раза. Легированная марганцовистая сталь, например, марки 35ГС [4, с. 799] обеспечивает высокую стойкость рельса к истиранию в зоне контакта с гребнями колес кранов.
Увеличение момента инерции кручения рельса в 3…3,58 раза, в свою очередь, повышает технический ресурс подкрановых балок.
Прямоугольный прокатный профиль рельса неподвижно прикрепляют к верхнему поясу подкрановой балки фрикционным соединением с помощью пары уголковых профилей. Фрикционное соединение обеспечивает исключение сдвигов в соединении.
Легированная марганцовистая сталь [4, с. 632], имеет следующий химический состав: углерод 0,30…0,37; марганец 0,8…1,2; кремний 0,6…0,9; хром не более 0,30%; никель не более 0,30%; медь не более 0,30%. Содержание вредных примесей: серы не более 0,045%; фосфора не более 0,040%; азота не более 0,012%; железо - остальное. При этом суммарный коэффициент вытяжки при прокате устанавливают не менее 7,8. [4, с. 799],
Отношением высоты прямоугольного сечения к его ширине n=h/t=2,6…2,8, где h - высота сечения; t - ширина сечения.
Повышают момент инерции кручения рельса [11, с. 19] в 2,8…4,8 раза по сравнению со стандартным рельсом фигурного профиля по ГОСТ 4121-62* [9, с. 60].
Рельс неподвижно соединяют с верхним поясом подкрановой балки с помощью симметричной пары уголков, выступающих в бока, и высокоресурсных фрикционных шпилек [Арт], соединяющих полки уголков как с рельсом, так и с подкрановой балкой. Гайки фрикционных шпилек с гарантией затягивают гайковертом и исключают сдвиги в соединении.
На фиг. 1 показано прямоугольное сечение рельса из прокатного толстостенного профиля неподвижно присоединенного к подкрановой балке.
Пример конкретной реализации
Момент инерции кручения стандартного кранового рельса с фигурным профилем сечения ГОСТ 4121-62* сильно зависит от ширины шейки рельса [5…8]. Увеличение ширины шейки tш рельса, при неизменной площади сечения А, приводит к быстрому увеличению момента инерции кручения . Увеличение момента инерции кручения продолжается вплоть до превращения фигурного профиля сечения в сплошной прямоугольный [6…8] (или квадратный) в сечении профиль. Однако момент инерции изгиба зависит от куба высоты сечения рельса. Допускать снижение момент инерции изгиба рельса прямоугольного профиля по отношению к стандартному рельсу с фигурным профилем сечения (ГОСТ 4121-62*) не следует, так как рельса влияет на амплитуды колебаний локальных напряжений и на выносливость узла соединения. Поэтому принимаем равенство у стандартного фигурного профиля и у прямоугольного профиля [1, 2, 3, 4, 5].
В статьях [7…10] показано, что превращение фигурного профиля рельса в квадрат с такой же площадью сечения приводит к экстремальному возрастанию момента инерции кручения в 3,1 раза. Однако фигурный рельсовый профиль лучше вписывается в прямоугольник.
В современном сортаменте при расчете на выносливость используются завышенные моменты инерции кручения крановых рельсов ГОСТ 4121-62*, рассчитанные Митюговым Е.А. [9,с.60], [10].
Моменты инерции кручения рельсов и любых других сплошных профилей увеличиваются при концентрации материала в центре. Например, max моментом инерции кручения обладает круглый в сечении сплошной стержень JКр=JР=πD4/32, однако такой стержень для рельса плохо подходит. Прямоугольные сплошные профили также обладают большими моментами инерции кручения [11, с. 29].
В статье показано, что фигурный профиль рельса легко заменить эквивалентным двутавровым толстостенным рельсом, составленным из трех прямоугольников, причем площадь сечения А и момент инерции рельса при изгибе у них будут совпадать.
Моменты инерции кручения толстостенных двутавровых рельсов, эквивалентных стандартным двутавровым рельсам [9, с. 60], были найдены с достаточной точностью по известным математическим формулам, приведенным в «Справочнике по сопротивлению материалов» [11, с. 29]. Поскольку контур толстостенного двутаврового рельса близок по очертанию к сечению толстостенного стандартного двутаврового рельса [8, с. 60], а их площади сечения и момент инерции при изгибе совпадают, поэтому их моменты инерции кручения также будут с достаточной точностью совпадать (см. табл. 1).
В табл. 2 приведены параметры толстостенных двутавровых в сечении рельсов, эквивалентных по площади А и моментам инерции стандартным крановым рельсам по ГОСТ 4121-62* [9, с. 60]. У стандартных крановых рельсов рекомендуем использовать в расчетах такие же моменты инерции при свободном кручении, так как эквивалентные профили подобраны при точном совпадении площадей А и моментов инерции рельсов .
Алгоритм замены стандартного кранового рельса прокатным прямоугольным в сечении рельсом
1. Заменяем стандартный крановый рельс (ГОСТ 4121-62*) с фигурным профилем сечения КР 140 [6, с. 60] с площадью сечения А=195,53 см2, моментом инерции эквивалентным равновеликим по площади сечения А готовым прямоугольным прокатным профилем.
2. Определяем ориентировочную высоту сечения рельса. Записываем момент инерции прямоугольного рельса относительно главной оси X: высота сечения
5. Отношение высоты сечения рельса к его ширине t: . Ув. КУв=4217,06/1176,5=3,584 раза! Аналогично для нового массивного рельса КР max А=246,14 см2, ; ; Aфакт=h·t=25·10=250; . Увеличение 6235,5/2033,7=3,07 раза! Рельс КР 120. . .
Увеличение 1923,8/485,4=3,96 раза!
Площади А и моменты инерции рельсов и стандартного кранового рельса по ГОСТ 4121-62* совпадают с толстостенными двутавровыми рельсами, а также с рельсами прямоугольного сечения, что гарантирует эквивалентность замены.
Сопоставление со стандартными рельсами выявило следующие положительные свойства прямоугольных в сечении рельсов.
1. Прямоугольные легированные крановые рельсы имеют увеличенные моменты инерции кручения в 3,07…4,81 раза, при одинаковой материалоемкости и совпадении моментов инерции рельсов при изгибе .
2. Упрощен прокат рельсов, так как фигурный профиль заменен прокатным прямоугольным профилем.
3. Обеспечено неподвижное без сдвигов соединение прямоугольного в сечении рельса с верхним поясом подкрановой балки фрикционным соединением, исключающим сдвиги элементов.
4. Добавлен новый массивный прямоугольный крановый рельс КР max, обладающий max моментами инерции при изгибе и кручении .
5. Крановый рельс КР max позволяет снижать опасные амплитуды циклов колебания локальных напряжений, приводящих к возникновению усталостных трещин [1…8] в зоне стыка верхнего пояса со стенкой подкрановых балок до минимальных значений, и не допускать возникновение усталостных трещин при любых мостовых кранах.
6. Крановый рельс КР max увеличивает технический ресурс подрельсовой зоны подкрановых балок и позволяет гарантировать интенсивную безопасную эксплуатации подкрановых балок, при тяжелом 8К, 7К режиме работы мостовых кранов, в течение 20 и более лет.
7. Моменты инерции кручения и другие параметры толстостенных рельсов, эквивалентных фигурным профилям стандартных рельсов, легко определяются с достаточной точностью по формулам, полученным в прошлом столетии.
8. Значительный экономический эффект возникает из-за повышения технического ресурса и выносливости подрельсовой зоны подкрановых балок с тяжелым режимом работы мостовых кранов.
Список литературы
1. Нежданов, К.К. Совершенствование подкрановых конструкций и методов их расчета [Текст]: дис… д-ра техн. наук / К.К. Нежданов. - Пенза, 1992. - 349 с.
2. Нежданов К.К. Совершенствование подкрановых конструкций и методов их расчета [Текст]: моногр. / К.К. Нежданов. - Пенза: ПГУАС, 2008. - 288 с. (Лауреат конкурса на медали и дипломы РААСН строительных наук 2011 г. 16.02.2012 г.).
3. Сабуров В.Ф. Закономерности усталостных повреждений и разработка метода расчетной оценки долговечности подкрановых путей производственных зданий: Дисс… д-ра. техн. наук. - Челябинск: ЮУрГУ, 2002. - 388 с.
4. Болыпой энциклопедический словарь. (БЭС). Главный редактор A.M. Прохоров. НАУЧНОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО «БОЛЬШАЯ РОССИЙСКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ» М. 1998. С. 1456.
5. RU 201114176 А, В21В 1/085. Способ изготовления рельса. 27.04.2013.
6. Сахновский М.М. Справочник конструктора строительных сварных конструкций. - Днепропетровск: Проминь, 1975, 238 с.
7. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Кузьмишкин А.А. Способ гарантирования заданной выносливости К-образного сварного шва в подрельсовой зоне стенки двутавровой подкрановой балки. - М.: Строительная механика и расчет сооружений, №1, 2008 г.
8. Нежданов К.К., Нежданов А.К. Вычисление моментов инерции рельсов при кручении. - М.: Строительная механика и расчет сооружений, №3, 2008.
9. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Гарысин И.Н. Экстремальное повышение моментов инерции рельсов при кручении. - М.: Строительная механика и расчет сооружений, №6, 2011, с. 30.
10. Нежданов К.К., Кузьмишкин А.А., Гарысин И.Н. Применение толстостенных двутавровых крановых рельсов. «Региональная архитектура и строительство». - 2012. №3. - С.79…84.
11. Металлические конструкции: учебник для студ. высш. учебн. заведений [Е.И. Беленя, B.C. Игнатьева и др.]; под ред. Ю.И. Кудишина. - 9-е изд. стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 688 с.
12. Митюгов Е.А. К определению моментов инерции крановых рельсов. - М.: Строительная механика и расчет сооружений, №5, 1968 г.
13. Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В. Справочник по сопротивлению материалов. - Киев: НАУКОВА ДУМКА, 1975, 704 с.
Claims (1)
- Способ изготовления рельса, включающий отливку прямоугольной в сечении заготовки непрерывным литьем из легированной марганцовистой стали марки 35ГС со следующим химическим составом, мас. %: углерод 0,3-0,37, марганец 0,8-1,2, кремний 0,6-0,9, хром не более 0,3%, никель не более 0,3%, медь не более 0,3%, сера не более 0,045%, фосфор не более 0,04%, азот не более 0,012%, железо остальное, охлаждение литой заготовки до температуры пластического состояния, транспортировку ее поступательно в клеть прокатного стана, поддержание температуры прокатки в пределах 950-1050°C, прокатку с обжатием пластичной заготовки с четырех сторон валками клети с суммарным коэффициентом вытяжки не менее 7,8 в рельс прямоугольного сечения, отношение высоты сечения h к его ширине t в котором равно 2,7-2,8, с симметричной парой боковых продольных гребней сечением 15×15-20×20 мм на подошве рельса для неподвижного прикрепления к верхнему поясу подкрановой балки, охлаждение водой до температуры 535-580°C и резку рельса на мерные длины.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013155106/02A RU2569624C2 (ru) | 2013-12-11 | 2013-12-11 | Способ изготовления рельса |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013155106/02A RU2569624C2 (ru) | 2013-12-11 | 2013-12-11 | Способ изготовления рельса |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013155106A RU2013155106A (ru) | 2015-06-20 |
RU2569624C2 true RU2569624C2 (ru) | 2015-11-27 |
Family
ID=53433524
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013155106/02A RU2569624C2 (ru) | 2013-12-11 | 2013-12-11 | Способ изготовления рельса |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2569624C2 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2068282A (en) * | 1980-02-04 | 1981-08-12 | Sacilor | Rolling sections |
SU1222188A3 (ru) * | 1981-11-04 | 1986-03-30 | Сасилор (Фирма) | Заготовка дл изготовлени рельсов и способ прокатки рельсов из этой заготовки |
RU2086671C1 (ru) * | 1993-02-26 | 1997-08-10 | Ниппон Стил Корпорейшн | Способ изготовления высокопрочного рельса (варианты) и высокопрочный рельс |
RU2011141776A (ru) * | 2009-03-16 | 2013-04-27 | ТАТА СТИЛ ЮКей ЛИМИТЕД | Способ прокатки рельсов, устройство для прокатки рельсов и рельс, изготовленный указанным способом |
-
2013
- 2013-12-11 RU RU2013155106/02A patent/RU2569624C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2068282A (en) * | 1980-02-04 | 1981-08-12 | Sacilor | Rolling sections |
SU1222188A3 (ru) * | 1981-11-04 | 1986-03-30 | Сасилор (Фирма) | Заготовка дл изготовлени рельсов и способ прокатки рельсов из этой заготовки |
RU2086671C1 (ru) * | 1993-02-26 | 1997-08-10 | Ниппон Стил Корпорейшн | Способ изготовления высокопрочного рельса (варианты) и высокопрочный рельс |
RU2011141776A (ru) * | 2009-03-16 | 2013-04-27 | ТАТА СТИЛ ЮКей ЛИМИТЕД | Способ прокатки рельсов, устройство для прокатки рельсов и рельс, изготовленный указанным способом |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013155106A (ru) | 2015-06-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Islomovna | Methods of Fastening the Elements of the Node | |
Kossakowski | Fatigue strength of an over one hundred year old railway bridge | |
RU2569624C2 (ru) | Способ изготовления рельса | |
RU2680560C1 (ru) | Двутавровый гнутозамкнутый профиль (варианты) | |
Larue et al. | Elastic flexural–torsional buckling of steel beams with rigid and continuous lateral restraints | |
Pidgurskyi et al. | Investigation of the stress-strain state of beams with different types of web perforation | |
Liliana et al. | Stresses in a bogie frame of a rail carriage | |
RU2583495C2 (ru) | Способ гарантирования достаточного технического ресурса подкрановой балки | |
RU2623558C2 (ru) | Способ перепрофилирования круглой трубы | |
Pavlovic et al. | Design optimization of the rectangular box section of the double beam bridge crane using Matlab optimization toolbox | |
Pavlović et al. | Optimization of the welded i-girder of the double-girder bridge crane | |
Kalac et al. | PROPOSAL OF ANALYTICAL EXPRESSION FOR DETERMINATION OF LOAD CAPACITY FOR ALUMINIUM SQUARE HOLLOW SECTION (SHS) K JOINTS UNDER CHORD TENSION | |
Pavlović et al. | Comparative analysis of local and lateral stability of plates as the constraint functions within optimization of main girder box section of the bridge crane | |
CN203514633U (zh) | 工字波纹腹板加强梁 | |
US1013649A (en) | Solid rolled metal i-beam of nine inches and under twelve inches in height. | |
Pavlovic et al. | Analysis and optimization design of welded I-girder of the single-beam bridge crane | |
Kirill et al. | Effective profiles for building constructions | |
CN108412044A (zh) | 解决钢管混凝土框架大偏心受压节点承载的方法 | |
CN110924593A (zh) | 中空螺纹钢筋及使用中空螺纹钢筋的混凝土结构 | |
Glinicka et al. | Effects of uniformly distributed side corrosion on thin-walled open cross-section steel columns | |
RU137311U1 (ru) | Предварительно-напряженная ферма из легких стальных тонкостенных конструкций (лстк) | |
Gezentsvey et al. | Calculation of the improved steel beams of buildings and structures of the mining and metallurgical complex | |
Wu et al. | The girder’s transverse static characteristics of the bilateral steel box girder self-anchored suspension bridge under the action of a vehicle | |
Hirohata et al. | An Investigation on Combined Section by Steels with Different Strengths for Bridge Girder | |
Nezdanov et al. | Increasing the Moment of Inertia of Crane Rails Torsional |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151212 |