CN103757186B - 组合式火车车轮淬火冷却装置 - Google Patents

Abstract

组合式火车车轮淬火冷却装置属于车轮热处理装置。特点是喷水器由壳体、进水机构、调节机构和组合喷嘴组成，进水机构由外环管、上环管、下环管和弹性软管连接构成进水通道，外环管和上环管设控制阀，两环管固定在壳体四周内壁上；上环管至少设6只上喷嘴座，由弹性软管与上喷嘴连接连通；外环管由连接管与下环管连接连通，下环管至少设12只下喷嘴座，由弹性软管与下喷嘴连接连通；调节机构由调节支架构成，一端由连接头与下喷嘴座连接，另一端与组合喷嘴连接；组合喷嘴由上喷嘴和下喷嘴构成，上喷嘴装在下喷嘴内，下喷嘴固定在喷嘴支座上。优点是构思新颖，结构简凑、合理；提高淬火均匀性，提高生产效率，改善作业环境，保证生产顺利进行。

Description

组合式火车车轮淬火冷却装置

技术领域

本发明属于车轮热处理装置，尤其涉及一种用于火车车轮淬火冷却装置。

背景技术

车轮淬火处理能改善车轮轮辋部位金属的综合机械性能，处理方式一般采用对轮辋进行喷水淬火冷却。

中国发明专利《高碳钢火车车轮轮辋表面的热处理方法及热处理装置》

（ZL200810020421.5）公开的车轮淬火冷却装置，该装置由淬火台壳体和进水环管构成，进水环管固定在壳体上；进水环管间隔设置大水量进水管与小水量进水管，大水量喷嘴和大水量进水管连接，小水量喷嘴和小水量进水管连接。存在的缺陷是大水量喷嘴是采用高压雾化喷水方式来来实现高强度冷却，实际冷却水量不大，高压雾化喷嘴对直接接触的车轮踏面表层金属冷却能力较强，但对不能直接接触车轮轮辋里层金属冷却能力却显不足，造成车轮径向淬火不均匀，严重影响车轮使用寿命。

中国发明专利《一种车轮淬火冷却装置》（ZL201110070107.X）公开的车轮淬火冷却装置，目前使用的车轮淬火装置，包括外环管、内环管、冷却装置、控制车轮淬火冷却装置启停的控制装置，内环管通过至少三根连接管与外环管连接，外环管与进水口连接；冷却装置包括喷嘴和喷嘴支管，喷嘴支管与内环管通过丝扣连接，喷嘴与喷嘴支管固定连接，多组冷却装置均匀设在内环管内壁上，喷嘴喷出水流对准车轮轮辋部，对车轮喷水降温。存在的缺陷是：1）喷嘴直接对车轮轮辋踏面及外侧面进行大流量连续强制喷水冷却，表层金属直接与冷却水接触，冷却速度快，内层金属冷却靠与表层金属的热传导来完成，冷却速度慢，内层金属组织转变为正常的珠光体组织，表层金属组织易转变为非标准要求的贝氏体组织，表层金属转变形成的贝氏体层深度可达7-8mm，硬且脆的贝氏体组织在轮轨作用力下，易从珠光体组织的基体中剥落出来，造成车轮踏面表层金属局部脱落，早期剥离，严重影响车轮使用寿命；同时内外层金属的冷却速度差异造成表层金属淬火后的硬度比内层金属淬火后的硬度高15HB以上，沿轮辋径向方向硬度变化梯度较大；2）喷嘴支管与内环管、喷嘴间采用刚性连接，位置固定，在更换规格或淬火台翻台砸坏喷嘴支管时，拆装喷嘴支管时间长，影响生产效率，劳动强度大；刚性连接密封效果差，生产时漏水严重，作业环境恶劣；3）由于安装精度问题，喷嘴很难保证在同一水平面，喷嘴调整角度不一致，调整不易实现标准化，影响淬火质量。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种组合式车轮淬火

装置，提高淬火均匀性，延长车轮使用寿命，缩短更换拆装时间，改善作业环境，调节方便、快捷。

组合式火车车轮淬火冷却装置，包括旋转台、环形喷水器和控制装置，旋转台置于环形喷水器中央，两者轴线在同一直线上，火车车轮置于旋转台上，控制装置控制环形喷水器和旋转台运行，其特点是所述的喷水器由壳体、进水机构、调节机构和组合喷嘴组成，进水机构由外环管、上环管、下环管和弹性软管连接构成进水通道，外环管和上环管设控制阀，两环管固定在壳体四周内壁上，与外接水源连接连通，控制进水量；上环管至少设6只上喷嘴座，由弹性软管与上喷嘴连接连通，供水压力0.3-0.5Mpa，流量0.03-0.08 m³/h，水流速4.5-12m/s；外环管由连接管与下环管连接连通，下环管至少设12只下喷嘴座，由弹性软管与下喷嘴连接连通，供水压力0.10-0.35Mpa，流量4-10m³/h，水流速1-2.5m/s；所述的调节机构由调节支架构成，一端由连接头与下喷嘴座连接，另一端与组合喷嘴连接，以调节喷嘴与车轮踏面间距离，用于不同直径车轮淬火；所述的组合喷嘴由上喷嘴和下喷嘴构成，上喷嘴装在下喷嘴内，下喷嘴固定在喷嘴支座上。喷水淬火时，旋转台带动车轮旋转，上喷嘴进行短时弱喷水，持续时间60S，然后切换成下喷嘴喷水，对旋转中的车轮踏面实施长时间大流量喷水，进行水流冷却。

本发明进一步改进，所述的调节机构由下喷嘴座面板、Z轴调节顶丝、调节支架I、调节支架II、连接头和喷嘴支座连接组成，所述的下喷嘴座面板呈“L”形，面板的长臂上设安装孔，面板四角由螺栓固定在下喷嘴座上，下喷嘴座面板上设方孔与下喷嘴座的凹槽相对应，连接头从方孔穿出，下喷嘴座面板将“T”形连接头部压紧在下喷嘴座凹槽中；面板的短臂上设螺纹孔，Z轴调节顶丝置于螺纹孔中，Z轴调节顶丝上端部顶住调节支架I的一端；所述的连接头的尾部设插销孔；所述的调节支架I上设调节槽和与连接头插销孔对应的通孔，调节槽的槽壁上设插孔，用于固定调节支架II；所述的调节支架II上设调节槽和至少三个插槽，调节槽的槽壁上设插孔，调节支架II由销轴、插槽和插孔与调节槽紧密配合，实现三档调节；所述的喷嘴支座呈“L”形，支座的短臂上设安装孔，安装孔的上方设定位螺纹孔，下喷嘴套装在安装孔中，由定位螺栓紧固；长臂上至少设三个插槽，支座由销轴、插槽和插孔与调节槽紧密配合，实现三档调节，从而调节组合喷嘴与车轮踏面的距离。

本发明进一步改进，所述的组合喷嘴由下喷嘴和上喷嘴组成，所述的下喷嘴出水面板呈矩形，面板上设置出水孔，面板中心设安装孔；所述的上喷嘴由喷嘴头、球形万向调节头、喷嘴内管和内管快插接头Ⅱ连接构成，球形万向调节头焊接在下喷嘴出水面板中心的安装孔上，上喷嘴喷嘴头与球形万向调节头连接，能够自由转动；喷嘴内管置于下喷嘴的空腔中，一端从下喷嘴后部伸出，连接内管快插接头Ⅱ，另一端焊接在下喷嘴出水面板上，与球形万向调节头连接、连通。

本发明进一步改进，所述的下喷嘴座设凸台，凸台内设盲孔与下环管连接、连通，盲孔侧壁设螺纹孔，下喷嘴管头置于螺纹孔中；螺纹孔下方设凹槽，“T”形连接头的头部置于凹槽中。

本发明进一步改进，所述的上喷嘴座沿上环管周向均匀布置，上喷嘴座内设盲孔与上环管连接、连通，盲孔上端设螺纹孔，上喷嘴快插接头Ⅰ置于螺纹孔中。

本发明进一步改进，所述的下喷嘴的弹性软管为塑料软管，一端由管卡与中喷嘴管头连接，另一端由管卡与下喷嘴连接；上喷嘴的弹性软管为塑料软管，一端与快插接头Ⅰ连接，另一端与内管快插接头Ⅱ连接，弹性软管可随调节支架长度的变化伸长或缩短。

本发明还涉及的组合式火车车轮淬火冷却装置用的淬火冷却喷嘴，所述的下喷嘴的喷嘴前压力设置为0.10-0.35Mpa，所述的下喷嘴喷嘴前流水流量设置为4-10m³/h，所述的下喷嘴出水流速设置为1-2.5m/s，下喷嘴大流量喷水冷却，保证表层金属能一直处在120-140℃的较低温度下，保证踏面内层金属的温降速率；所述的上喷嘴的喷嘴前压力设置为0.3-0.5Mpa，所述的上喷嘴的喷嘴前流水流量设置为0.03-0.08 m³/h，所述的上喷嘴的出水流速设置为4.5-12m/s，满足上喷嘴的小流量弱喷水冷却。

根据车轮直径大小，确定使用调节支架I、调节支架II以及喷嘴支座与调节支架II的三档调节位置，分别用销轴固定，组合喷嘴固定在喷嘴支座上，连接下喷嘴弹性软管和上喷嘴弹性软管；根据车轮踏面位置，调节Z轴调节顶丝，调整组合喷嘴的上喷嘴位置高度和车轮踏面中心部位高度相同；根据踏面高度旋转调节下喷嘴的角度并固定，喷嘴出水面最高不超高车轮轮辋最上端面；调节上喷嘴的角度，喷嘴出水方向沿车轮外圆切线方向，用喷嘴调整工具调整好后并固定，依次调节好沿环管均布的每个组合喷嘴；调整好上环管、外环管进水控制阀，保证喷嘴前压力满足要求，设置好淬火参数，开启旋转台，车轮旋转，上环管和外环管进水，开始淬火，上喷嘴先喷水，下喷嘴后喷水。

与现有技术相比，优点是构思新颖，结构简凑、合理；采用组合喷嘴，解决车轮淬火径向不均匀问题，改善产品质量，延长车轮使用寿命，保证车轮行驶安全；改变喷嘴位置调节方式，实现喷嘴位置调节快速化，同时降低喷嘴调节和喷嘴位置调节强度，缩短更换规格时拆装时间，提高生产效率；改进喷嘴水平位置的调节方式，使喷嘴角度调节能标准化，提高喷水均匀性，提高淬火均匀性；改进喷管间的连接方式，解决漏水问题，改善作业环境；将淬火装置各部位设计成模块化，在淬火装置砸坏时，能快速更换，恢复淬火功能，保证生产顺利进行。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是组合式火车车轮淬火冷却装置结构示意图；

图2是图1的A部放大图；

图3是本发明调节机构的结构示意图；

图4是本发明组合喷嘴的结构示意图；

图5是图4的B向视图；

图6是本发明的俯视结构示意图。

图中：1、上环管控制阀；2、上环管；3、上喷嘴座；4、上喷嘴快插接头Ⅰ；5、外环管控制阀；6、外环管；7、连接管；8、下环管；9、下喷嘴座；10、下喷嘴座面板；11、连接头；12、下喷嘴管头；13、Z轴调节顶丝；14、调节支架Ⅰ；15、调节支架Ⅱ；16、喷嘴支座；17、组合喷嘴；18、紧固顶丝；19、下喷嘴弹性软管；20、上喷嘴弹性软管；21、下喷嘴；22、上喷嘴；23、下喷嘴出水孔；24、上喷嘴喷嘴头；25、球形万向调节头；26、上喷嘴内管；27、内管快插接头Ⅱ；28、车轮；29、壳体。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

由图1、2、6可以看出，组合式火车车轮淬火冷却装置，包括旋转台、环形喷水器和控制装置，旋转台置于环形喷水器中央，两者轴线在同一直线上，火车车轮28置于旋转台（图中未标注）上，控制装置（图中未标注）控制环形喷水器和旋转台运行，所述的喷水器由壳体29、进水机构、调节机构和组合喷嘴17组成，进水机构由外环管6、上环管2、下环管8和弹性软管（19；20）连接构成进水通道，外环管和上环管设控制阀（1；5），两环管固定在壳体四周内壁上，与外接水源连接连通，控制进水量；上环管至少设6只上喷嘴座，由弹性软管与上喷嘴连接连通，供水压力0.3-0.5Mpa，流量0.03-0.08 m³/h，水流速4.5-12m/s；外环管由连接管7与下环管连接连通，下环管至少设12只下喷嘴座9，由弹性软管与下喷嘴连接连通，供水压力0.10-0.35Mpa，流量4-10m³/h，水流速1-2.5m/s；所述的调节机构由调节支架构成，一端由连接头11与下喷嘴座连接，另一端与组合喷嘴连接，以调节喷嘴与车轮踏面间距离，用于不同直径车轮淬火；所述的组合喷嘴由上喷嘴22和下喷嘴21构成，上喷嘴装在下喷嘴内，下喷嘴固定在喷嘴支座上。喷水淬火时，旋转台带动车轮旋转，上喷嘴进行短时弱喷水，持续时间30-120S，然后切换成下喷嘴喷水，对旋转中的车轮踏面实施长时间大流量喷水，进行水流冷却。

由图2、3可以看出，所述的调节机构由下喷嘴座面板10、Z轴调节顶丝13、调节支架I14、调节支架II15、连接头11和喷嘴支座16连接组成，所述的下喷嘴座面板呈“L”形，面板的长臂上设安装孔，面板四角由螺栓固定在下喷嘴座9上，下喷嘴座面板上设方孔与下喷嘴座的凹槽相对应，连接头从方孔穿出，下喷嘴座面板将“T”形连接头头部压紧在下喷嘴座凹槽中；面板的短臂上设螺纹孔，Z轴调节顶丝置于螺纹孔中，Z轴调节顶丝上端部顶住调节支架I的一端；所述的连接头的尾部设插销孔；所述的调节支架I上设调节槽和与连接头插销孔对应的通孔，调节槽的槽壁上设插孔，用于固定调节支架II；所述的调节支架II上设调节槽和三个插槽，调节槽的槽壁上设插孔，调节支架II由销轴、插槽和插孔与调节槽紧密配合，实现三档调节；所述的喷嘴支座呈“L”形，支座的短臂上设安装孔，安装孔的上方设定位螺纹孔，下喷嘴套装在安装孔中，由紧固顶丝18紧固；长臂上设三个插槽，支座由销轴、插槽和插孔与调节槽紧密配合，实现三档调节。

由图4、5可以看出，所述的组合喷嘴17由下喷嘴21和上喷嘴22组成，所述的下喷嘴出水面板呈矩形，面板上设置出水孔23，面板中心设安装孔；所述的上喷嘴由喷嘴头24、球形万向调节头25、喷嘴内管26和内管快插接头Ⅱ27连接构成，球形万向调节头焊接在下喷嘴出水面板中心的安装孔上，上喷嘴喷嘴头与球形万向调节头连接，能够自由转动；喷嘴内管置于下喷嘴的空腔中，一端从下喷嘴后部伸出，连接内管快插接头Ⅱ，另一端焊接在下喷嘴出水面板上，与球形万向调节头连接、连通。

由图1、2可以看出，所述的下喷嘴座9设凸台，凸台内设盲孔与下环管8连接、连通，盲孔侧壁设螺纹孔，下喷嘴管头12置于螺纹孔中；螺纹孔下方设凹槽，“T”形连接头11的头部置于凹槽中。

由图1、2还可以看出，所述的上喷嘴座3沿上环管2周向均匀布置，上喷嘴座内设盲孔与上环管连接、连通，盲孔上端设螺纹孔，上喷嘴快插接头Ⅰ4置于螺纹孔中。

由图1、2还可以看出，所述的下喷嘴弹性软管19为塑料软管，一端由管卡与下喷嘴管头12连接，另一端由管卡与下喷嘴21连接；上喷嘴弹性软管20为塑料软管，一端与快插接头Ⅰ4连接，另一端与内管快插接头Ⅱ27连接。

本发明还涉及的组合式火车车轮淬火冷却装置用的淬火冷却喷嘴，所述的下喷嘴的喷嘴前压力设置为0.10-0.35Mpa，所述的下喷嘴喷嘴前流水流量设置为4-10m³/h，所述的下喷嘴出水流速设置为1-2.5m/s；所述的上喷嘴的喷嘴前压力设置为0.3-0.5Mpa，所述的上喷嘴的喷嘴前流水流量设置为0.03-0.08 m³/h，所述的上喷嘴的出水流速设置为4.5-12m/s。开启上喷嘴的小流量弱喷水冷却60S，再开启下喷嘴大流量喷水冷却，保证表层金属能一直处在120-140℃的较低温度下，保证踏面内层金属的温降速率，降低了表层金属的冷却速度，同时保持内层金属冷却速度不降低，使内外内层金属转变速度接近，表层金属与内层金属的温降速率差异减小，使淬火后的车轮轮辋沿径向硬度变化梯度减小，同时表层金属的温降速率减小，改善了车轮踏面表层金属的异常组织层厚度。

在本发明中，将组合喷嘴沿车轮径向方向设置，调节机构可以根据车轮辋高、直径变化，调整组合喷嘴的位置，使喷出淬火水能均匀覆盖车轮整个踏面，从而提高淬火喷水的质量控制，热处理合格率提高到了99.95％ ；车轮轮辋表面的硬度30HB 均匀性从98.7％提高到100％。

车轮踏面贝氏体组织层厚度减小到3mm以下，车轮轮辋断面硬度梯度有效控制到10HB 以内，提高了车轮实物质量。

Claims (6)

1.组合式火车车轮淬火冷却装置，包括旋转台、环形喷水器和控制装置，旋转台置于环形喷水器中央，两者轴线在同一直线上，火车车轮（28）置于旋转台上，控制装置控制环形喷水器和旋转台运行，其特征在于，所述的喷水器由壳体（29）、进水机构、调节机构和组合喷嘴（17）组成，进水机构由外环管（6）、上环管（2）、下环管（8）和弹性软管（19；20）连接构成进水通道，外环管和上环管设控制阀（1；5），两环管固定在壳体四周内壁上，与外接水源连接连通；上环管至少设6只上喷嘴座，由弹性软管与上喷嘴连接连通，供水压力0.3-0.5M Pa，流量0.03-0.08 m³/h，水流速4.5-12m/s；外环管由连接管（7）与下环管连接连通，下环管至少设12只下喷嘴座（9），由弹性软管与下喷嘴连接连通，供水压力0.10-0.35M Pa，流量4-10m³/h，水流速1-2.5m/s；所述的调节机构由调节支架构成，一端由连接头（11）与下喷嘴座连接，另一端与组合喷嘴连接；所述的组合喷嘴由上喷嘴（22）和下喷嘴（21）构成，上喷嘴装在下喷嘴内，下喷嘴固定在喷嘴支座上。

2.根据权利要求1所述的组合式火车车轮淬火冷却装置，其特征在于，所述的调节机构由下喷嘴座面板（10）、Z轴调节顶丝（13）、调节支架I（14）、调节支架II（15）、连接头（11）和喷嘴支座（16）连接组成，所述的下喷嘴座面板呈“L”形，面板的长臂上设安装孔，面板四角由螺栓固定在下喷嘴座（9）上，下喷嘴座面板上设方孔与下喷嘴座的凹槽相对应，连接头从方孔穿出，下喷嘴座面板将“T”形连接头头部压紧在下喷嘴座凹槽中；面板的短臂上设螺纹孔，Z轴调节顶丝置于螺纹孔中，Z轴调节顶丝上端部顶住调节支架I的一端；所述的连接头呈“T”形，连接头的尾部设插销孔；所述的调节支架I上设调节槽和与连接头插销孔对应的通孔，调节槽的槽壁上设插孔，用于固定调节支架II；所述的调节支架II上设调节槽和至少三个插槽，调节槽的槽壁上设插孔，调节支架II由销轴、插槽和插孔与调节槽紧密配合；所述的喷嘴支座呈“L”形，支座的短臂上设安装孔，安装孔的上方设定位螺纹孔，下喷嘴套装在安装孔中，由紧固顶丝（18）紧固；长臂上至少设三个插槽，支座由销轴、插槽和插孔与调节槽紧密配合。

3.根据权利要求1所述的组合式火车车轮淬火冷却装置，其特征在于，所述的组合喷嘴（17）由下喷嘴（21）和上喷嘴（22）组成，所述的下喷嘴出水面板呈矩形，面板上设置出水孔（23），面板中心设安装孔；所述的上喷嘴由喷嘴头（24）、球形万向调节头（25）、喷嘴内管（26）和内管快插接头Ⅱ（27）连接构成，球形万向调节头焊接在下喷嘴出水面板中心的安装孔上，上喷嘴喷嘴头与球形万向调节头连接；喷嘴内管置于下喷嘴的空腔中，一端从下喷嘴后部伸出，连接内管快插接头Ⅱ，另一端焊接在下喷嘴出水面板上，与球形万向调节头连接、连通。

4.根据权利要求1所述的组合式火车车轮淬火冷却装置，其特征在于，所述的下喷嘴座（9）设凸台，凸台内设盲孔与下环管（8）连接、连通，盲孔侧壁设螺纹孔，下喷嘴管头（12）置于螺纹孔中；螺纹孔下方设凹槽，“T”形连接头（11）的头部置于凹槽中。

5.根据权利要求1所述的组合式火车车轮淬火冷却装置，其特征在于，所述的上喷嘴座（3）沿上环管（2）周向均匀布置，上喷嘴座内设盲孔与上环管连接、连通，盲孔上端设螺纹孔，上喷嘴快插接头Ⅰ（4）置于螺纹孔中。

6.根据权利要求1所述的组合式火车车轮淬火冷却装置，其特征在于，所述的下喷嘴弹性软管（19）为塑料软管，一端由管卡与下喷嘴管头（12）连接，另一端由管卡与下喷嘴（21）连接；上喷嘴弹性软管（20）为塑料软管，一端与快插接头Ⅰ（4）连接，另一端与内管快插接头Ⅱ（27）连接。