百米鋼軌雙弧反向預彎工藝

《百米鋼軌雙弧反向預彎工藝》是河北鋼鐵股份有限公司邯鄲分公司於2015年5月15日申請的發明專利，該專利的申請號為201510248769X，公布號為CN104874612A，授權公布日為2015年9月2日，發明人是郭景瑞、王連軍、顧雙全、滕飛、張劍峰、宋華江、柴國鋼、郭運峰。

《百米鋼軌雙弧反向預彎工藝》包括反向預彎曲線參數設定和預彎車使用方案設計步驟；鋼軌直線段長度與彎曲段長度比例設為0.6～1.5，反彎總高1.5～2.8米，反彎溫度為750℃-820℃，彎曲段斜率變化速率按照下述公式進行設定：dy″＝-（R-x）-x（R-x）；其中：dy〞——對斜率變化速率；R——彎曲段圓弧曲率半徑；x——曲線位置坐標；預彎車使用方案為在彎曲段以1.6米等間距設定預彎車，對鋼軌進行反向彎曲，在直線段以3.2米等間距設定預彎車以等距等速移動。該發明套用於鋼軌冷卻反向預彎過程中，使百米鋼軌冷卻後彎曲最大弦高控制在40-60毫米，大幅提高鋼軌平直度，為成功矯直出合格平直度鋼軌奠定基礎。

2019年9月29日，《百米鋼軌雙弧反向預彎工藝》獲2018年河北省專利獎一等獎。

基本介紹

• 中文名：百米鋼軌雙弧反向預彎工藝
• 發明人：郭景瑞、王連軍、顧雙全、滕飛、張劍峰、宋華江、柴國鋼、郭運峰
• 申請號：201510248769X
• 申請人：河北鋼鐵股份有限公司邯鄲分公司
• 類別：發明專利
• 公布號：CN104874612A
• 授權日：2015年9月2日
• 申請日：2015年5月15日
• 地址：河北省邯鄲市復興路232號
• Int.Cl.：B21B37/28(2006.01)
• 代理機構：石家莊冀科專利商標事務所有限公司
• 代理人：劉偉

專利背景

鋼軌是y軸對稱而x軸不對稱的複雜斷面產品，軋後鋼軌是傾倒在冷床上自然冷卻，溫度由800℃冷卻到室溫約需3小時，經歷著溫度變化及組織變化，冷卻後鋼軌彎向軌頭，形成了冷後彎曲度，這樣冷卻下來的鋼軌向軌頭彎曲，弦高在3.5米以上，導致百米鋼軌不能順利進入下道工序。為降低百米鋼軌冷後彎曲度，業內普遍採用的方法是：測定鋼軌在沒有經過預彎冷卻後的彎曲曲線，然後施加等值向軌底的彎曲，實現對鋼軌彎曲的矯直；但是，由於鋼軌冷後的彎曲程度受到預彎溫度、材質、軌型、冷床摩擦係數、冷卻速率、預彎曲線形式等諸多因素影響，控制難度較大，實踐測量冷卻後鋼軌極易形成“W”型彎曲，且狀態不穩定，仍然不能滿足高平直度百米鋼軌要求。

發明內容

專利目的

《百米鋼軌雙弧反向預彎工藝》所要解決的技術問題是提供一種百米鋼軌雙弧反向預彎工藝，通過建立反向預彎曲線參數來設定預彎車動作方案，從而使百米鋼軌冷卻後彎曲最大弦高控制在40-60毫米，大幅提高鋼軌平直度，鋼軌翻轉後在自重影響下以微翹形態順利進入下道工序，解決專利背景技術中的缺陷。

技術方案

《百米鋼軌雙弧反向預彎工藝》包括反向預彎曲線參數設定步驟和預彎車使用方案設計步驟；所述反向預彎曲線參數設定步驟包括鋼軌直線段與彎曲段比例設定、反彎總高設定、反彎溫度設定和彎曲段斜率變化速率設定；鋼軌直線段長度與彎曲段長度比例設為0.6～1.5，反彎總高1.5～2.8米，反彎溫度為750℃-820℃，彎曲段斜率變化速率按照下述公式進行設定：

；其中：dy〞——對斜率變化速率；R——彎曲段圓弧曲率半徑；x——曲線位置坐標；

所述預彎車根據預彎曲線參數在彎曲段以等間距設定對鋼軌進行反向彎曲，在直線段以等間距設定進行等距等速移動。

上述的百米鋼軌雙弧反向預彎工藝，所述直線段位於鋼軌中部，所述彎曲段為2個，分別位於直線段的兩側，每個彎曲段包括彎曲一段和彎曲二段，彎曲一段一端與直線段一端相切，另一端與彎曲二段相切；彎曲一段斜率變化速率設定為0.4％～0.6％，彎曲二段斜率變化速率設定為0.6％～0.8％。

上述的百米鋼軌雙弧反向預彎工藝，所述鋼軌直線段長度為40～60米，每個彎曲段長度為20～30米；彎曲一段曲率半徑設定為180米～250米，彎曲二段曲率半徑設定為120米～170米。

上述的百米鋼軌雙弧反向預彎工藝，所述在彎曲段相鄰預彎車之間的距離為1.6米或3.2米，在直線段相鄰預彎車之間的距離為3.2米或4.8米，預彎小車使用總量為42～50組，預彎小車行程函式為：

；其中：f（n）——預彎車行程；n——小車序號；t——反彎溫度k——鋼軌斷面係數。

《百米鋼軌雙弧反向預彎工藝》預彎曲線參數設定依據為：由於鋼軌直線段與彎曲段比例需要考慮軋件在冷床上運動過程中與動（靜）梁點接觸後是否產生反向回彈，經過大量實驗及高溫狀態的鋼軌特性分析將直線段與彎曲段比例設為0.6～1.5；反彎總高與反彎的溫度及產品斷面有關，生產實踐證明，隨著溫度的降低，反彎總高量減小，生產中控制反彎時溫度750℃-820℃，此時返彎總高設為1.5～2.8米較為合理；彎曲段斜率變化速率是指彎曲段曲線二階導數，其設定與鋼軌位置有關，接近兩側的位置取較大的變化速率，接近中部的位置取較小的變化速率，通過整理可得公式：

；其中：dy〞——對斜率變化速率；R——彎曲段圓弧曲率半徑；x——曲線位置坐標；

通過大量實驗總結出彎曲一段斜率變化速率取值0.6％～0.8％，彎曲二段斜率變化速率取值0.4％-0.6％；預彎車使用方案確定與彎曲段長度成正比，所以在彎曲段以1.6米等間距設定預彎車給予鋼軌反向彎曲，平直段以3.2米等間距設定預彎車等距等速移動；通過百米鋼軌反向預彎實驗數據建立模型，回歸出預彎小車行程函式：

；其中：f（n）——預彎車行程；n——小車序號；t——反彎溫度k——鋼軌斷面係數。

有益效果

《百米鋼軌雙弧反向預彎工藝》套用於鋼軌冷卻反向預彎過程中，使得終冷後鋼軌的的殘餘變形接近水平，百米鋼軌冷卻後彎曲最大弦高控制在40-60毫米，大幅提高鋼軌平直度，同時翻轉後向上微翹，為後續成功矯直出百米平直度合格的鋼軌奠定了基礎，有著顯著的經濟效益和社會效益。

附圖說明

圖1是《百米鋼軌雙弧反向預彎工藝》所設計的反向預彎曲線圖；

圖1

圖2是彎曲段組成圖；

圖2

圖中標記如下：直線段1、彎曲段2、反彎總高3、彎曲一段4、彎曲二段5。

權利要求

1.百米鋼軌雙弧反向預彎工藝，其特徵在於：包括反向預彎曲線參數設定步驟和預彎車使用方案設計步驟；所述反向預彎曲線參數設定步驟包括鋼軌直線段（1）與彎曲段（2）比例設定、反彎總高（3）的設定、反彎溫度設定和彎曲段（2）的斜率變化速率設定；鋼軌直線段（1）長度與彎曲段（2）長度比例設為0.6～1.5，反彎總高（3）設為1.5～2.8米，反彎溫度為750℃-820℃，彎曲段（2）的斜率變化速率按照下述公式進行設定：

；其中：dy〞——對斜率變化速率；

所述預彎車根據預彎曲線參數在彎曲段（2）以等間距設定對鋼軌進行反向彎曲，在直線段（1）以等間距設定進行等距等速移動；在彎曲段（2）相鄰預彎車之間的距離為1.6米或3.2米，在直線段（1）相鄰預彎車之間的距離為3.2米或4.8米，預彎車使用總量為42～50組，預彎車行程函式為：

；其中：f（n）——預彎車行程；n——小車序號；t——反彎溫度k——鋼軌斷面係數。

2.如權利要求1所述的百米鋼軌雙弧反向預彎工藝，其特徵在於：所述直線段（1）位於鋼軌中部，所述彎曲段（2）為2個，分別位於直線段（1）的兩側，每個彎曲段包括彎曲一段（4）和彎曲二段（5），彎曲一段（4）一端與直線段（1）一端相切，另一端與彎曲二段（5）相切；彎曲一段（4）的斜率變化速率設定為0.4%～0.6%，彎曲二段（5）的斜率變化速率設定為0.6%～0.8%。

3.如權利要求1或2所述的百米鋼軌雙弧反向預彎工藝，其特徵在於：所述鋼軌直線段（1）長度為40～60米，每個彎曲段（2）長度為20～30米；彎曲一段（4）曲率半徑設定為180米～250米，彎曲二段（5）曲率半徑設定為120米～170米。

實施方式

圖1和圖2顯示，鋼軌在冷床上冷卻時包括位於鋼軌中部的直線段1和分別位於直線段1兩側的兩個彎曲段2，每個彎曲段2包括彎曲一段4和彎曲二段5，彎曲一段4的一端與直線段1一端相切，另一端與彎曲二段5相切；《百米鋼軌雙弧反向預彎工藝》百米鋼軌雙弧反向預彎工藝，包括反向預彎曲線參數設定步驟和預彎車使用方案設計步驟；反向預彎曲線參數設定步驟包括鋼軌直線段1與彎曲段2的比例設定、反彎總高3的設定、反彎溫度設定和彎曲段斜率變化速率設定；由於鋼軌直線段1與彎曲段2的比例需要考慮軋件在冷床上運動過程中與動（靜）梁點接觸後是否產生反向回彈，經過大量實驗及高溫狀態的鋼軌特性分析將直線段1與每個彎曲段2的比例設為0.6～1.5，直線段1的長度為40～60米，每個彎曲段2的長度為20～30米；反彎總高3與反彎的溫度及產品斷面有關，生產實踐證明，隨著溫度的降低，反彎總高量減小，生產中控制反彎時溫度750℃-820℃，此時返彎總高設為1.5～2.8米；彎曲段斜率變化速率是指彎曲段曲線二階導數，其設定與鋼軌位置有關，接近兩側的位置取較大的變化速率，接近中部的位置取較小的變化速率，通過整理可得公式：

；其中：dy〞——對斜率變化速率；R——彎曲段圓弧曲率半徑；x——曲線位置坐標；

通過大量實驗總結出彎曲一段4的斜率變化速率取值0.6％～0.8％，曲率半徑設定為180～250米，彎曲二段5的斜率變化速率取值0.4％-0.6％，曲率半徑設定為120～170米；預彎車使用方案確定與彎曲段2的長度成正比，所以在彎曲段以1.6米等間距設定預彎車給予鋼軌反向彎曲，平直段以3.2米等間距設定預彎車等距等速移動；預彎小車6使用總量42～50組；通過百米鋼軌反向預彎實驗數據建立模型，回歸出預彎小車行程函式：

；其中：f（x）——預彎小車行程；X——小車序號；t——反彎溫度；k——鋼軌斷面係數。

預彎小車行程兩側對稱，因此只計算一側數據即可確定另一側參數值。

《百米鋼軌雙弧反向預彎工藝》採用彎曲一段4曲率半徑與彎曲二段5曲率半徑相切而形成雙弧過渡，實現鋼軌的不同位置斜率變化速率不同，形成平滑曲線，該發明的實施是由預彎小車在高溫區將鋼軌按反向預彎曲線的軌跡橫向移動，每個預彎小車的運行速度與設定的坐標相關，最後時刻各預彎小車同時達到反向預彎曲線設定位置。

在生產現場採用了以下4種實施例，具體情況說明如下：

實施例	直線段長度（米）	直絞段預彎車間（米）	彎曲段長度（米）	彎曲段預彎車間距（米）	反彎總高（米）	反彎溫度（℃）	彎山一段曲率半徑（米）	彎山二段曲率半徑 （米）	預彎小車數量：（組）	冷後最大弦高（毫米）
1	40	3.2	30	1.6	1.5	750	180	120	50	55
2	50	3.2	25	1.6	2	780	210	150	46	40
3	60	4.8	20	3.2	2.8	820	250	170	43	58
4	50	4.8	25	3.2	1.8	780	200	200	46	60

榮譽表彰

2019年9月29日，《百米鋼軌雙弧反向預彎工藝》獲2018年河北省專利獎一等獎。