Способ обработки поверхности головки рельса

Способ обработки поверхности головки рельса

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способам обработки поверхности головки рельса резанием в условиях рельсового пути с применением рельсообрабатывающих поездов и в заводских условиях на специальных металлообрабатывающих станках.

Известен способ обработки рельса на специальном рельсофрезерном станке модели 6992М ОАО «Ульяновский завод тяжелых и уникальных станков», при котором обработку поверхности головки рельса осуществляют профильной фрезой диаметром 560 мм с ее осью вращения, параллельной основанию рельса и лежащей в плоскости его поперечного сечения при относительной скорости фрезы вдоль рельса (подаче) 2,5-14 м/мин и максимальной глубине срезаемого слоя 3 мм [Рекламный проспект: Станок рельсофрезерный. ОАО «УЗТС», Россия, Ульяновск, ул.Герасимова, 10].

Известен аналогичный способ обработки поверхности головки рельса в условиях рельсового пути с применением рельсообрабатывающего поезда, оснащенного рельсофрезерной установкой SF03 фирмы "Linsinger" (Австрия), при котором съем припуска осуществляется несколькими инструментами, профильными фрезами, с осями вращения, параллельными основанию рельса и лежащими в плоскости его поперечного сечения [Рекламный проспект: Рельсофрезерная установка SF 03. LINSINGER, AUSTRIA].

Недостатками этих способов обработки поверхностей головки рельса профильными фрезами является их низкая производительность - не более 2500 м/час и необходимость применения весьма дорогостоящего режущего инструмента - специальных профильных фрез.

Известен способ обработки поверхности головки рельса шлифованием, принятый в качестве ближайшего аналога [Патент США №4843765, МКИ E 01 B 31/17, 1989], при котором обработка ведется вращающимися шлифовальными кругами. Способ предусматривает съем припуска одновременно несколькими вращающимися инструментами, шлифовальными 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 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. Это позволяет обрабатывать не только поверхность катания рельса, но и придавать головке профиль, соответствующий средней изношенности, необходимый для оптимального распределения нагрузки, приходящейся на рельс. Этот способ шлифования поверхности головки рельса вращающимися инструментами при относительной скорости их перемещения вдоль рельса 4-6 км/час обеспечивает съем за один проход максимального припуска не более 0,15 мм. Поэтому для съема с головки рельса припуска толщиной от 0,5 до 3 мм потребуется от 4 до 20 проходов, при этом фактическая производительность обработки поверхности головки рельса при относительной скорости 6 км/час существенно уменьшится до 1,5-0,3 км/час. Такая низкая фактическая производительность этого способа требует продолжительного временного «окна», что вызывает ограничение или нарушение графика движения поездов и, как следствие, приводит к высоким капитальным и эксплуатационным расходам. Другим недостатком этого способа обработки является интенсивный износ дорогостоящих шлифовальных кругов, который сопровождается большой запыленностью окружающей среды абразивом с металлической стружкой, что является экологической проблемой и приводит, в частности, к вопросу герметизации помещений и узлов рельсошлифовального поезда.

Перед изобретением поставлена задача существенно повысить производительность обработки головки рельса при обеспечении ее профиля и качества обработанной поверхности, в частности, за счет уменьшения количества проходов при увеличении толщины припуска, снимаемого с головки рельса.

В изобретении поверхность головки рельса обрабатывают инструментами, которые устанавливают на разных участках вдоль и поперек рельса со смещением друг относительно друга. Инструменты перемещают вдоль рельса и вращают вокруг своих осей. Оси располагают 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.

А именно, ,

где ν_s - относительная скорость инструментов вдоль рельса;

[ν] - оптимальная скорость резания материала рельса.

При этом для всех обрабатывающих инструментов отношение этих скоростей m=ν_s/[ν] удовлетворяет следующим неравенствам:

где q - индекс обрабатывающего инструмента (q=1,...);

- расстояние от оси q-го (q=1,...) инструмента до ближней (дальней) границы обработанной им плоской поверхности;

k=1, если обработка рельса попутная, и

, k=-1, если - встречная;

- ширина обработанной поверхности;

R_q - радиус инструмента.

Обрабатывающий инструмент устанавливают так, что расстояние от его оси до дальней границы обработанной им плоской поверхности не меньше 0,9 радиуса инструмента а расстояние до ближней границы должно удовлетворять неравенству

где - линейная окружная скорость вершин главных режущих кромок обрабатывающих инструментов;

- конструктивный задний угол резцов инструмента;

[α]=3°...6° - минимально допустимый кинематический задний угол резцов инструмента.

При этом вершинам главных режущих кромок обрабатывающих инструментов обеспечивают линейную окружную скорость, определяемую по формуле

и соответствующие ей угловую скорость инструментов, определяемую по формуле

и подачу на резец, определяемую по формуле

где z_q - число резцов инструмента.

Наряду с этим обрабатывающие инструменты устанавливают так, что угол между вектором относительной скорости инструментов вдоль рельса и вектором линейной окружной скорости любой точки их главных режущих кромок, находящейся в зоне резания, является тупым при попутной обработке рельсов и острым - при встречной.

При этом обрабатывающие инструменты устанавливают так, что на одних участках вдоль и (или) поперек рельса инструменты одновременно осуществляют попутную обработку рельса, а на других - встречную.

Кроме этого обработку рельса можно осуществлять последовательно за несколько проходов одним обрабатывающим инструментом.

Благодаря изобретению достигнут технический результат, а именно существенно повышена производительность обработки головки рельса при обеспечении ее профиля и качества обработанной поверхности, в частности, за счет уменьшения количества проходов, при котором с головки рельса припуск толщиной до 3 мм снимается за один проход, либо за несколько (не более пяти) проходов.

На фиг.1 показано возможное расположение q-го и (q+1)-го обрабатывающих инструментов вдоль рельса и обработанные ими поверхности P_q и P_q+1 головки рельса; на фиг.2 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.3 и 4 - вектор относительной скорости инструментов вдоль рельса, траектории вершин главных режущих кромок q-го инструмента, векторы скоростей резания и эпюры векторов линейных окружных скоростей при попутной и встречной обработке, соответствующие виду Е на фиг.2; на фиг.5 - сечение - Г-Г на фиг.2. На фиг.1,..., 4 угловая скорость n_q q-го обрабатывающего инструмента, определяемая по формуле (6), обозначена , если обработка рельса попутная, и , если обработка встречная.

Предлагаемый способ обработки поверхности головки 1 рельса предусматривает снятие припуска одновременно несколькими инструментами 2. Обрабатывающие инструменты устанавливают на разных участках вдоль и поперек рельса 1 со смещением друг относительно друга (фиг.1). Инструменты перемещают вдоль рельса и вращают вокруг своих осей O_qO_q. Оси располагают в поперечных сечениях рельса так, что перпендикулярные им рабочие торцовые плоскости T_qT_q инструментов касательны к расчетной направляющей GLN ходовой поверхности рельса в точках K (фиг.2), которая, если головка рельса обрабатывается за несколько проходов, является промежуточной для рассматриваемого прохода, и базовой, если проход инструмента последний или единственный.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что обрабатывающие инструменты 2, выполненные, например, в виде фрез или резцовых головок, правого и (или) левого вращения с резцами 3, главные режущие кромки АВ которых размещены в рабочих торцовых плоскостях T_qT_q инструментов (фиг.2), перемещают с относительной скоростью ν_s, вдоль рельса, состовляющей не меньше одной десятой оптимальной скорости резания [ν] материала рельса при условии, что для всех обрабатывающих инструментов отношение этих скоростей удовлетворяет неравенствам (1), (2) и (3).

Обрабатывающие инструменты устанавливают так (фиг.3 и 4), что расстояние H_2q от оси инструмента O_q до дальней границы P_2qP_2q обработанной им плоской поверхности P_q не больше радиуса R_q инструмента и не меньше 0,9 его радиуса . При этом расстояние H_1q от оси инструмента O_q до ближней границы P_1qP_1q должно удовлетворять неравенству (4).

Вершинам главных режущих кромок А обрабатывающих инструментов обеспечивают линейную окружную скорость , определяемую по формуле (5), и соответствующие ей угловую скорость инструмента (формула (6)) и подачу на резец S_zq (формула (7)). При этом главные режущие кромки АВ резцов q-го инструмента входят в зону резания в точках С₁ и B₁ и выходят из зоны резания в точках С₂ и В₂ (фиг.3 и 4).

При попутной обработке поверхности головки рельса угол β_q между вектором относительной скорости , обрабатывающих инструментов вдоль рельса и вектором линейной окружной скорости любой точки М их главных режущих кромок АВ, находящейся в зоне резания C₁C₂B₂B₁ на расстоянии r_q от оси O_q инструмента, модуль которого равен

должен быть тупым, а при встречной обработке - острым. Сумма этих векторов определяет вектор скорости резания

Относительная скорость ν_s обрабатывающих инструментов вдоль рельса может быть и больше оптимальной скорости резания [ν] материала рельса. Причем их отношение m влияет на модуль вектора скорости резания и его направление. Увеличение скорости ν_s приводит к уменьшению угла γ_q между векторами и при попутной обработке с тупого угла до острого, а при встречной - с острого угла до 0° (фиг.3 и 4).

[Для сравнения при традиционных схемах как попутного, так и встречного фрезерования относительная скорость (подача) ν_s фрез вдоль обрабатываемой заготовки в 100...1000 раз меньше линейной окружной скорости ν_0q. Это означает, что увеличение скорости (подачи) ν_s даже в несколько раз практически не влияет на изменение модуля и направление вектора скорости резания , а следовательно, на изменение угла . Тем самым в первом приближении векторы линейной окружной скорости и скорости резания считают равными.]

Отклонение скорости резания ν_q(M) в каждой точке М главных режущих кромок АВ, находящейся в зоне резания, от оптимальной скорости резания [ν] материала рельса не должно превышать ±30%, то есть

,

при этом наибольшие отклонения в меньшую и большую сторону от оптимальной скорости резания [ν] материала рельса равны, так как

где и - наибольшая и наименьшая скорости резания ν_q, соответствующие точкам входа С₁ и выхода C₂ из зоны резания C₁C₂B₂B₁ главных режущих кромок АВ резцов инструментов (фиг.3 и 4).

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.

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 рельса, конструктивного выполнения обрабатывающих инструментов и применяемого в них инструментального материала значительно повысить производительность обработки головки рельса до 4000-8000 м/час при обеспечении ее профиля и качества обработанной поверхности.

1. Способ обработки поверхности головки рельса, включающий установку на разных участках вдоль и поперек рельса со смещением друг относительно друга обрабатывающих инструментов, их перемещение вдоль рельса и вращение вокруг своих осей с расположением осей в поперечных сечениях рельса так, что перпендикулярные им рабочие торцовые плоскости инструментов касательны к расчетной направляющей ходовой поверхности рельса, отличающийся тем, что обрабатывают поверхность головки рельса инструментами правого и/или левого вращения с резцами, главные режущие кромки которых установлены в рабочих торцовых плоскостях инструментов, которые перемещают с относительной скоростью вдоль рельса, составляющей не менее одной десятой оптимальной скорости резания материала рельса, при условии, что для всех обрабатывающих инструментов отношение этих скоростей удовлетворяет следующим неравенствам:

где m=ν_s/[ν];

ν_s - относительная скорость инструментов вдоль рельса;

[ν] - оптимальная скорость резания материала рельса;

q - индекс обрабатывающего инструмента (q=1,...);

H_1q(H_2q) - расстояние от оси q-го (q=1,...) инструмента до ближней (дальней) границы обработанной им плоской поверхности;

H_1q(H_2q) - расстояние от оси q-го (q=1,...) инструмента до ближней (дальней) границы обработанной им плоской поверхности;

Н_iq=Н_1q, Н_jq=Н_2q, k=1, если обработка рельса попутная, и

H_iq=H_2q, H_jq=H_1q, k=-1, если встречная;

h_q=Н_2q - Н_1q - ширина обработанной поверхности;

R_q - радиус инструмента;

при этом обрабатывающий инструмент устанавливают так, что расстояние от его оси до дальней границы обработанной им плоской поверхности не менее 0,9 его радиуса, а расстояние до ближней границы должно удовлетворять неравенству

где ν_0q - линейная окружная скорость вершин главных режущих кромок обрабатывающих инструментов;

α_q - конструктивный задний угол резцов инструмента;

[α]=3...6° - минимально допустимый кинематический задний угол резцов инструмента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вершинам главных режущих кромок обрабатывающих инструментов обеспечивают линейную окружную скорость, определяемую по формуле

и соответствующие ей угловую скорость инструментов, определяемую по формуле

и подачу на резец, определяемую по формуле

где z_q - число резцов инструмента.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что обрабатывающие инструменты устанавливают так, что угол между вектором относительной скорости инструментов вдоль рельса и вектором линейной окружной скорости любой точки их главных режущих кромок, находящейся в зоне резания, является тупым при попутной обработке рельсов и острым - при встречной.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что обрабатывающие инструменты устанавливают так, что на одних участках вдоль и (или) поперек рельса инструменты одновременно осуществляют попутную обработку рельса, а на других - встречную.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что обработку рельса осуществляют последовательно за несколько проходов одним обрабатывающим инструментом.