Hvordan skinner lages. Hvordan installere kontinuerlige sveisede skinner

I enhver klimasone og til enhver tid på året må strukturen til sporoverbygningen være sterk, stabil, stabil, slitesterk, økonomisk, og sikre sikker og jevn bevegelse av tog i høy hastighet.

Skinner- det dyreste og viktigste elementet i sporoverbygget. Det er mange krav til skinner. For at hjulene til det rullende materiellet skal ha mindre motstand mot bevegelse, må skinnene være glatte. På den annen side, for at lokomotivet skal realisere den maksimale trekkraften, er det ønskelig å øke adhesjonen av hjulene til skinnene, det vil si at skinnene må ha en ru overflate. I denne forbindelse, når det er nødvendig, tilføres sand til skinnene under hjulene til lokomotivet fra spesielle enheter (sandkasser).

For mindre slitasje bør skinnene være laget av solid stål. Svært hardt stål kan imidlertid være sprøtt, noe som øker risikoen for brudd. Dermed må skinnene være både harde og seige. Denne motsetningen løses på grunnlag av et rasjonelt utvalg av stålets kjemiske sammensetning og ved hjelp av varmebehandling. Skinnen må være stiv nok til bedre å motstå bøying under hjulene. Samtidig, med høy stivhet på skinnen, vil de såkalte dynamiske kreftene fra hjulene (dvs. krefter under bevegelse) øke. De prøver å løse denne motsetningen ved rasjonelt utvalg av form og størrelse på skinnen.

Vi må ikke glemme at skinner er et masseprodusert produkt, så de må være rimelig billige.

Formen på den moderne skinnen minner om en I-bjelke, som motstår vertikal bøyning bedre enn andre.

På russiske jernbaner ble den første jernbanestandarden vedtatt i 1903-1907. Fire typer ble godkjent: 1-a, 2-a, 3-a og 4-a med en masse på henholdsvis 43,57; 38,42; 33,48; 30,89 kg per 1 meter I 1947 og påfølgende år ble nye standarder godkjent som etablerte følgende typer skinner: Р43, Р50, Р65 og Р75 med en masse på henholdsvis 44,65; 51,67; 64,72; 74,41 kg per 1 meter Bokstaven P står for ordet "skinne" og tallet angir den omtrentlige massen på 1 meter skinne. Foreløpig rulles skinner av typen P43 kun for industrielle transportspor, samt, på forespørsel fra jernbanedepartementet, for en enkelt endring av P43-skinner som ligger på veien, og for svinger.

Kryssprofiler moderne standardskinner (fig. 2.1) skiller seg på mange måter fra skinnene til de første standardene som ble vedtatt på begynnelsen av dette århundret.

Skinnehodet er skissert langs en bokskurve (dvs. en kurve med variabel krumning), som et resultat av hvilken sentralitet i overføringen av krefter fra hjulene og en tilstrekkelig bredde av deres kontaktspor oppnås. Kurvens radius ved overgangspunktet fra toppen av skinnen til sidekanten antas å være 15 mm, som er nær fileten på hjulet der mønet begynner. Dette gjør det vanskelig for hjulet å gli inn på skinnen. Sidekantene på hodet er skråstilt (1:20), noe som utvider hodet nedenfra og øker støtteområdet for overleggene. Nakken på skinnen er konturert i en kurve med variabel radius for å tykne ved overgangen til hodet og sålen. Yttersålen er gjort mer robust enn de gamle standardskinnene for å eliminere risikoen for knekk når den bøyes.

Det bør understrekes at bredden på foten og høyden på barmen er gjort lik for skinnene av typene P65 og P75. Dette er veldig praktisk for sporstyring, da det gjør det mulig å bruke samme mellom- og støtfeste for begge typer skinner.

Kvaliteten på skinnene er svært viktig for å sikre lang levetid og sikkerhet for togtrafikken. Jernbanedepartementet satte en oppgave for metallurgene - å produsere slike skinner slik at de før utskifting kunne håndtere last som veide 1200 - 1500 millioner tonn brutto i rette linjer og 500 millioner tonn brutto i kurver med små radier (600 m og mindre). ).

Ved metallurgiske anlegg, hvor skinnene rulles, kokes stål enten i ovner med åpen ild (flere timer) eller i omformere (15-18 min) ved bruk av oksygenkonverteringsmetoden. Stål helles i former. Etter avkjøling dannes blokker. De varmes opp og mates til blomstrende møller, hvor de forhåndspresses. Det resulterende emnet mates deretter til valseverkene. Gradvis føres stålbåndet gjennom "bekkene" til bruket og får en skinneprofil.

Åpent stål er bedre enn konverterstål fordi den lange prosessen med stålsmelting gir bedre kontroll over sammensetningen, det inneholder mindre fosfor og svovel og mindre skadelige urenheter.

Skinner laget av stål laget ved oksygenkonverteringsmetoden inneholder en høyere prosentandel av fosfor og svovel og har derfor en høyere kald og rød sprøhet (dvs. henholdsvis faren for brudd ved lave og høye temperaturer). Av denne grunn, på hovedlinjene, blir ikke skinnene produsert ved denne metoden lagt ned igjen (de brukes på industriens adkomstveier).

Kvaliteten på skinnene styres av den kjemiske sammensetningen, mikro- og makrostrukturen til metallet, styrke, retthet² og andre indikatorer (styrken estimeres vanligvis av verdien av prøvens strekkfasthet).

Sammensetningen av skinnestål, i tillegg til jern, inkluderer følgende kjemiske elementer: karbon³ (0,67 - 0,82%), mangan (0,75 - 1,05%), silisium (0,13 - 0,28%), fosfor (opptil 0,035%), svovel (opptil 0,045%).

Karbon øker hardheten, dvs. slitestyrken, til stål. Selv en liten økning i karboninnholdet fra 0,42 til 0,62% = fører til en økning i slitestyrken til stål med nesten 2 ganger.

Mangan er et svært nyttig tilsetningsstoff som øker både slitestyrke og seighet (dvs. gir lav sprøhet). Silisium er et tilsetningsstoff som øker hardheten og dermed slitestyrken til stål. Fosfor og svovel er skadelige tilsetningsstoffer. Deres tilstedeværelse skyldes det faktum at de finnes i naturlig jernmalm. Skinnene produsert av Azovstal Iron and Steel Works, basert på Kerch-malmene, inneholder arsen (0,15%). Dens tilstedeværelse i slike dimensjoner forringer ikke stålet.

Under produksjon av stål er det en delvis utbrenning av urenheter fra støpejern. Sammen med urenheter brenner også jern og blir til lystgass, som løses opp i det flytende metallet og kan gjøre det uegnet for videre bearbeiding. Derfor, før det helles i former, må metallet "deoksideres", det vil si frigjøres fra jernoksid ved å tilsette spesielle deoksideringsmidler til det, som brukes som Al, SiCa, etc.

Deoksideringsmidler, som har reagert med oksygen, danner oksider, hvorav hoveddelen fjernes med slagg. Rester av oksidasjonsmidler danner ikke-metalliske inneslutninger (for eksempel alumina), som ruller langs rulleretningen og danner spor eller linjer. Disse inneslutningene utmerker seg ved høy hardhet (en størrelsesorden høyere enn basismaterialet), og når de faller inn i sonen med maksimale spenninger, er de sentrene for dannelse av tretthetssprekker.

Nyere studier har vist at eliminering av aluminium fra deoksideringsmidler kan redusere lengden på ikke-metalliske linjeinneslutninger betydelig. Derfor, 1. juli 1981, ble en ny GOST 24182 - 80 introdusert på skinnene, et særtrekk ved det er at fra den tiden er nye skinner delt inn i 1 og 2 grupper. Skinnene til 1. gruppe er laget av stål med åpen ild deoksidert i en øse med komplekse deoksideringsmidler uten bruk av deoksideringsmidler som danner ikke-metalliske linjeinneslutninger i stålet. De beste av dem for tiden er jern-vanadium-silisium-kalsium-deoksidasjonsmidler, som brukes av Kuznetsk Metallurgical Combine. Det er også mulig å bruke silisium-magnesium-titan-deoksidasjonsmidler.

Skinner i den andre gruppen er laget av Marter-stål deoksidert med aluminium eller mangan-aluminiumslegering.

Bruken av komplekse deoksideringsmidler for fremstilling av skinner i den første gruppen gjør det mulig å redusere lengden på linjene med ikke-metalliske inneslutninger fra 8 mm (i den andre gruppen) til 2 mm (i den første gruppen). I denne forbindelse øker holdbarheten og påliteligheten til skinner med omtrent 20 - 30%.

For ytterligere å forbedre den kjemiske sammensetningen til skinnestålet ble det utført forsøk med innføring av legeringstilsetningsstoffer, som krom, i det, noe som førte til økt slitestyrke på skinnene, men som ikke ga signifikant effekt mot forekomsten av kontakt-tretthetsskader. Eksperimenter med stål med økt prosentandel silisium (0,49 - 0,64%) viste at bølgeslitasjen til slike skinner (se detaljer) i klausul 2.3) blir mindre enn for standard produksjonsskinner.

Hva er metallmikrostruktur ? Hvis du kutter ut en prøve av skinnestål, sliper den, etser den med en løsning av salpetersyre i alkohol, og deretter undersøker denne "tynne snittet" gjennom et mikroskop, vil du se mikrostrukturen. Det kan være forskjellig: enten en jevn eller ujevn fordeling av svarte og hvite flekker, eller en slags nållignende struktur, etc. Samtidig skilles strukturer ut: austenitt, martensitt, sorbitol, etc. Det viser seg at kvaliteten på skinnene øker betydelig etter at de har herdet. De beste egenskapene (slitasjemotstand og seighet) har herdet sorbitol og herdet troostittstrukturer.

I mange år ble eksperimentell herding av skinner utført bare i endene, og deretter langs hele lengden. Den største suksessen ble oppnådd ved Nizhniy Tagil Metallurgical Plant, hvor volumetrisk herding brukes, dvs. herding av hele skinnen (oppvarming i ovner og deretter kjøling i olje). Levetiden til skinner herdet på denne måten økte med nesten 1,5 ganger sammenlignet med uherdede. Gode ​​resultater ble oppnådd ved Azovstal-anlegget, hvor det benyttes overflateherding av skinnehodet med en vann-luftblanding etter oppvarming med høyfrekvente strømmer. Herding av skinner fra ovnsoppvarming med vann brukes også ved Dneprovsk Metallurgical Plant oppkalt etter F.E.Dzerzhinsky.

Varianter av teknologien for å lage spesielt sterke skinner blir undersøkt, spesielt produksjon av skinner der hodet er hardere enn nakken og sålen (ved hjelp av en spesiell herdemetode). Hardhet er preget av Brinell-enheter. Så hvis halsen og sålen har 331 388 enheter, er hodet 450 enheter.

Eksperimenter med å lage varmeforsterkede skinner fra hypereutectoid stål (stål som inneholder mer enn 0,82 % karbon), samt bimetallskinner, dvs. to-lags skinner av forskjellige typer stål, er tenkt.

Evaluering av kvaliteten på skinner utføres også på grunnlag av makrostrukturen til stål. Denne strukturen kan sees på den "tynne delen" av skinnen med det blotte øye. En god makrostruktur inkluderer en finkornet struktur der det ikke er skjell, slagger, fangenskap, hår, ikke-metalliske inneslutninger. Det er spesielt viktig at stålet ikke har flak (indre små tomrom som oppstår i forbindelse med frigjøring av hydrogen når stålet avkjøles).

For å bedre driftsforholdene til banen øker Jernbanedepartementet systematisk gjennomsnittsvekten av skinner på jernbanenettet. Hvorfor dette er gunstig kan sees av følgende figurer. For eksempel er R65-skinner 26,3 % tyngre enn R50-skinner, og deres levetid er 43 % lengre. Å legge P65-skinner i stedet for P50 sparer metall med 15 %. Dagens sporvedlikehold med R65-skinner koster 15 - 20 % billigere enn med P50-skinner, og med R75-skinner - 20 - 25 % billigere enn med R65-skinner. Enkel fjerning av P75-skinner for defekter er 30 - 40 % mindre enn for P65-skinner.

I mange år var standard lengde på skinner på våre jernbaner 12,5 m. Det er klart at jo lengre lengde skinnene er, jo færre skjøter på hver kilometer spor. Med tanke på at krysset er et vanskelig og stressende sted på veien, har de lenge søkt å øke lengden på skinnene. Foreløpig er standard lengde på skinner 25 m. Underveis legges det skinner med en lengde på 25 m, både produsert av fabrikker og sveiset av skinner med lengde 12,5 m og andre lengder.

Skinner 12,5 i lengde brukes kun i følgende tilfeller: som inventar ved legging av skinnesvillegitter med armert betongsviller (med påfølgende utskifting med pisker av et sammenhengende spor), for svinger og som utjevningsskinner på et sammenhengende spor.

I buede spordeler er det behov for forkortede skinner ( se punkt 4.9). I denne forbindelse er skinner med en lengde på 24,84 og 24,92 m spesielt laget for 25-meters skinner og 12,42 og 12,46 m for 12,5-meters skinner.

Det er hull i endene av hver skinne. I skinnene til de tidligere standardene (1a - 4a) ble hull laget av oval form. Denne formen svekket ikke nakken for mye i høyden og tillot skinnen å endre lengden med endringer i temperaturen.

I moderne skinner med store tappene lages runde hull: de er lettere å produsere og, med en diameter større enn boltens diameter, hindrer de ikke temperaturendringer i lengden på skinnene.

Tidligere ble det kun produsert fire-hulls pads for P75 og P65 rails, og seks-hulls pads for P50 rails. Derfor var det i hver ende av P75- og P65-skinnene to hull, og P50-skinnene hadde tre. For utjevningsskinner, type P65 og P75, lagt på et kontinuerlig spor ved endene av strengene, brukes imidlertid forsterkede foringer med en lengde på 1000 mm med seks bolter, derfor bores det for tiden tre hull i skinnene P65 og P75 i endene. Dette forbedrer den termiske ytelsen til skinnene ved skjøtene og bidrar til å opprettholde jevnheten i kurvene i planen.

Når du kjenner diameteren til boltene og boltehullene (se fig. 2.1), kan du beregne hva som er den største dimensjonerende klaringen mellom skinnene ved skjøtene. For P50-skinner er den 21 mm, og for P65-skinner - 23 mm. Selve installasjonen av hull og kontroll over deres tilstand utføres i henhold til Instruksen om dagens vedlikehold av jernbanesporet.

For å redusere risikoen for sprekker ved boltehullet, avfases 1 - 2 mm i en vinkel på ca. 45° på kantene.

-----------------------
¹ Avstanden mellom hodet og sålen der overlegget er plassert.
² Magnetisk utstyr for in-line kontroll av skinnekrumning er laget.
³ I herdede skinner opp til 0,77 %.