[发明专利]一种桥式起重机用的低噪音钢轨及其制备方法

说明书

本发明公开了一种桥式起重机用的低噪音钢轨，按照质量百分比由以下组分组成，C：3.4％～3.6％、Si:2.4％～2.6％、Mn：0.3％～0.5％、P：≤0.02％、S：≤0.02％、Cr：≤0.3％、Cu：0.3％～0.5％、Mg：0.03～0.045％，余量为Fe，以上各组分的质量百分比总和为100％；钢轨的抗拉强度≥880MPa，延伸率≥8％，顶面表层硬度≥55HRC，本发明还公开了一种桥式起重机用的低噪音钢轨的制备方法，制备的钢轨能够同时兼顾强韧性和阻尼性，抑制起重机桁架所传递的振动与噪声。

技术领域

本发明属于黑色金属材料技术领域，涉及一种桥式起重机用的低噪音钢轨及其制备方法。

背景技术

机械制造企业大型厂房内行驶的桥式起重机(俗称“行车”)的噪音，是车间厂房内噪声谱中的主要组成部分，在企业升级改造、改善生产环境的过程中逐渐为人们所重视。在降低桥式起重机振动噪声的努力中，早期的着重点是提高行车结构的刚性，提升其固有频率，使之远离驱动电机、减速机构所激发的振动频率，避免发生共振。经过多年实践摸索，特别是广泛采用空腹桁架结构之后，自重减轻，整体刚度大，其结构刚性设计已达到近于理想的状态，因而，尽管起重机固有频率因起吊重量不同和起吊电机位置变化而覆盖了较大频谱范围，但已能保证其远低于其一阶固有共振频率，加之起重机的运行速度缓慢，移动驱动电机和起吊电机及其减速器转速较低，故可以不发生共振现象。然而，这类起重机大跨度的桥式结构和自由简支梁式的悬空特征，仍然为震动噪声的产生提供了便利，给噪声污染的抑制带来很大困难。根据相关国家标准(GB/T 14405—2011)的规定，桥式起重机驾驶室的噪声只要低于85分贝即算合格。但是生活常识告诉我们，高于70分贝的噪声对人的听觉而言已是声污染，而80分贝以上的噪声对长期工作在此环境的驾驶员和其他员工无疑是一种慢性伤害。由此可知，减少行车噪声是相关企业技术改造和环境治理的任务之一。

桥式起重机在结构设计和制造达到现有的技术高度平台后，其噪声难以进一步降低的一个重要原因是，设计制造者往往将注意力只集中于起重机本身，而忽视了作为起重机支撑系统的导轨材料对噪声的“贡献”，证明这一点的一个现成事实就是，至今为止，除了采取在导轨与水泥梁之间衬垫橡胶板之外，很少有讨论使用高阻尼材料制作低噪音导轨的文献、报道或专利，而我国黑色冶金行业标准—《起重机用钢轨》(YB/T 5055—2014)中所列出的5种钢轨材料—U71Mn、U75V、U78CrV、U77MnCr、U76CrRE，以及轻轨和重轨标准型材所要求的材料Q235和50Mn等，都是普通的钢质材料，这类材料只具有优良的力学性能而无吸音减震的物理性能，对振动和噪声基本上没有抑制作用。至于轨道与水泥梁之间的橡胶垫，固然可以吸收部分振动能量，但其副作用是，它拉低了起重机机械系统的一阶固有频率，并且当自由简支的桥式梁在某个(些)频率下出现分频振动，以及桥式梁中的相对独立的子结构发生共振时，弹性支撑会加剧其振幅，反而增强了噪声。

桥式起重机通过四个钢制滚轮与导轨接触，实际上构成了一个两端自由支撑的简支梁系统，这个系统的振动噪声不仅来自于简支梁(桥式起重机)本体系统，也来自于支撑子系统，从材料学和机械学角度分析，支撑系统的材料物理性能对整个系统噪声也有重要影响。这些影响表现在：

1)四对滚轮与钢轨的摩擦与振动，产生噪声。桥式起重机与导轨虽然是滚动摩擦，摩擦系数较小，但由于这个摩擦系统没有润滑，处在干摩擦状态，必然会因摩擦涩滞而引起振动与噪声；

2)传播噪声。桥式起重机本体振动引起的噪声，一部分直接散播在空气中，形成以振动源为中心的噪声场，另一部分通过固体传递途径散播到更远处，也就是经由滚轮传递至导轨，由导轨散播到远处。声音在空气中的传播速度为340米/秒，而在钢中的传播速度为4000～5000米/秒，所以，由固体传播的噪声占了总噪声的更大比例。当桥式起重机主梁由早期的箱式结构改造为空腹桁架结构，有效避免了箱体共鸣，并使得振动频谱上移之后，经由固体传播的噪声所占比例进一步增大。