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淺談輥式矯直的軌高變化

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鋼軌在輥式矯直機上矯直時(shí)，受到反復彈塑性彎曲變形，縱向產(chǎn)生拉伸或壓縮，軌高方向產(chǎn)生壓縮變形。塑性變形和彈性回復后，鋼軌達到平直的同時(shí)也留下了殘余變形，如局部彎曲、軌頭寬度增大、長(cháng)度縮短、軌高減小等。軌高減小過(guò)多可能導致軌高超出負偏差。另外，輥式矯直機存在矯直盲區(約為輥距長(cháng)度的2/3)，盲區內軌高與矯前一樣。因此，沿鋼軌長(cháng)度方向軌高波動(dòng)較大，時(shí)可達1.8mm，超出標準規定的不大于1.2mm。 有文獻對矯直過(guò)程中產(chǎn)生的鋼軌縮尺問(wèn)題進(jìn)行了研究，提出鋼軌長(cháng)度縮短變形機理。而鋼軌軌高減少的變形機理未見(jiàn)報道。但軌高減少是影響鋼軌合格率的重要因素。因而研究輥矯產(chǎn)生的軌高變化原因對提高鋼軌成材率有重要意義。 矯直前后軌高變化的實(shí)測結果 為了解實(shí)際生產(chǎn)中鋼軌軌高的波動(dòng)，對鋼軌矯直前后的軌高分別進(jìn)行測量。立式輥矯方式使軌高方向承受壓縮變形，鋼軌縱向因彎曲受到拉伸或壓縮及因速度差造成鋼軌長(cháng)度方向壓縮變形。矯直后，鋼軌高度減少，軌頭寬度增大，長(cháng)度減少。實(shí)測結果表明，矯后軌高減少量在0.5—1.22mm。 1.軌高減少的原因分析 輥矯過(guò)程中軌高方向的壓下與軋制時(shí)厚度方向的壓下變形不同，也不同于純3點(diǎn)彎曲的壓下變形。軋制壓下時(shí)的接觸弧長(cháng)主要考慮入口側因厚度減少軋件與軋輥的接觸部分，而輥式矯直過(guò)程中由于壓下使軋件產(chǎn)生彎曲而包住軋輥。從其中某3個(gè)輥形成的3點(diǎn)彎曲狀態(tài)看，軋件對軋輥的包角在入、出口側相差不大，計算接觸弧長(cháng)時(shí)可設定其兩側包角近似相等。根據實(shí)測軌高減少的結果可以確定，高度方向的應力已達到或超過(guò)屈服強度(至少有一部分區域達到屈服狀態(tài))，產(chǎn)生壓縮塑性變形。 2.軌高方向的受力分析 鋼軌與矯直輥間的接觸不同于軋制狀態(tài)，鋼軌進(jìn)出輥圈兩側的接觸弧近 似相同。 接觸弧長(cháng)與鋼軌橫向尺寸的乘積即為受力面積。如果單純考慮高度方向矯直力的壓縮，則腰部的高度方向壓應力大，軌頭次之，軌底小，因而軌腰方向壓應力首先達到屈服點(diǎn)并產(chǎn)生塑性變形。但試驗結果表明，軌腰高度方向的塑性變形很小甚至沒(méi)有塑性變形，這說(shuō)明鋼軌受力狀態(tài)不是單向壓縮，同時(shí)縱向受到彎曲正應力的壓縮或拉伸及由于輥圈速度差造成的軸向壓應力。 從試驗結果看，盡管軌腰的單向壓應力，但由于軌腰中性軸處的彎曲正應力為零，而且由于各矯直輥速度差造成的軸向壓應力相同，則實(shí)際值小，軌腰的切應力不是，軌頭頂部的正應力為值。 因此，軌頭部分首先達到滑移條件產(chǎn)生滑移，宏觀(guān)上表現為高度方向的壓縮塑性變形；腰部產(chǎn)生的滑移較少甚至為零，與實(shí)測結果吻合。當軌頭縱向應力為壓應力時(shí)，軌底為拉應力，軌頭切應力僅為100MPa左右，不能產(chǎn)生滑移。軌底高度方向壓應力很小，彎曲正應力變向后其切應力變化不大，仍不滿(mǎn)足滑移條件。 鋼軌矯直冷變形過(guò)程中，隨著(zhù)變形量的增加，加工硬化增強，滑移阻力增大。同時(shí)，輥矯的壓下量隨道次逐漸減小，矯直力減小，滑移切應力減小，滑移更困難。因此，滑移只是在初道次產(chǎn)生，后面幾道次均為彈性變形。實(shí)際生產(chǎn)中，軌頭與矯直輥接觸寬度增大，軌頭部分的壓應力在軌頭下顎處，輥矯時(shí)軌頭下顎處產(chǎn)生滑移變形。 由此可見(jiàn)，影響軌高變化的主要因素是矯直力、滑移屈服極限、軸向壓應力等。矯直力越大，彎曲正應力越大，切應力越大，產(chǎn)生的滑移越多；越小滑移越易產(chǎn)生，軌高減少越多；軸向壓應力對高度方向的滑移起阻礙作用，但軸向壓應力越大，鋼軌長(cháng)度縮短越多。 矯直力與壓下量、矯前彎曲度有關(guān)，壓下量越大矯直力越大；矯前彎曲度越大，反彎變形量越大，矯直力越大。由于目前沒(méi)有矯前彎曲度控制手段，因而矯前彎曲度波動(dòng)大、為矯直質(zhì)量，只能采用大變形矯直法，因此壓下量大，矯直力大，軌高減少大。如能采用有效措施控制矯前彎曲度，輥矯時(shí)即可以采用小變形量矯直方式，壓下量小，矯直力小，軌高減少就小。 3.結論 (1)輥矯時(shí)軌高減少主要因滑移產(chǎn)生塑性變形。 (2)滑移切應力大小不僅與矯直力大小有關(guān)，而且與受力狀態(tài)有關(guān)。 (3)輥矯時(shí)軌高方向的塑性變形主要在初道次產(chǎn)生，軌頭下顎變形，矯直力越大，軌高減小越多。(圖/文www.fmrose.com)

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