CN104400662B - 一种高铁火车轮喷丸强化装置 - Google Patents

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Abstract

一种高铁火车轮喷丸强化装置，包括喷丸室、喷丸器、弹丸分离回收装置、弹丸储存和供应装置、除尘装置、旋转工作台及夹具；旋转工作台位于喷丸室一侧，其有两个沿直径方向对称布置的夹具工作台，每个夹具工作台上可安装6个火车轮工件，且夹具工作台在喷丸过程中旋转，使火车轮踏面可以被强化均匀；旋转工作台可以间歇转动，每次转动180°；3个喷丸器接6个喷枪，每个喷枪对应一个火车轮工件；弹丸分离回收装置包括丸料提升机和丸料分离器，用于丸料的提升与分离；除尘装置为一除尘器，其抽风口与丸料分离器及喷丸室顶端的抽风口都相连接，以保证室内能见度和使室内保持一定的负压。该喷丸机加工效率高、工作可靠。

Description

一种高铁火车轮喷丸强化装置
技术领域
本发明涉及金属表面强化技术领域，尤其是涉及一种高铁火车轮喷丸强化装置。
背景技术
喷丸强化技术的基本原理是压缩空气为动力，以铸钢砂、铸钢丸、锌丸等金属磨料为弹丸，以较高的速度撞击工件表面，使金属表面发生塑性变形(同时伴有弹性变形)，在金属表面形成一定厚度的压应力层，从而提高了零部件的抗疲劳性能和延长零部件的使用寿命，对零件的表面状态也有较大的改观，从而极大提高喷涂的吸附效果，提高了零部件的耐腐蚀能力，节约了大量的钢材。
高铁火车轮与普通车轮相比，最大的不同点就是抗疲劳性能和耐磨损能力。火车轮与轨道的接触是典型的动摩擦，在滚动摩擦的同时存在滑动磨察(较小)，这就对火车轮的性能提出更高的要求。由于火车轮与钢轨长期接触摩擦，在运行过程中会产生磨损现象。为了保障高速动车列车组安全稳定运营，且满足一定的经济实用性，这就要求在一定的时期内将火车轮的磨损量控制在一定范围内。这样既能保证列车安全稳定运行，又能降低列车运营成本。若能延长火车轮的稳定摩擦磨损阶段，延迟火车轮剧烈磨损阶段的到来，就可以缩短更换火车轮的周期，从而降低了高速动车列车组维护和运行的成本。
目前，国内外高速动车组列车采用的轮对制造工艺主要是铸钢和辗钢车轮，在后续的热处理、机加工等若干工序中，均未采用喷丸强化技术对轮对与钢轨的接触面(踏面)进行强化。
发明内容
本发明的目的在于填补高铁火车轮用喷丸强化装置的空白，通过该喷丸装置对轮对踏面(轮与轮的接触面)进行喷丸强化，形成移动的压感应层，从而增加其强度，提高其抗疲劳能力，从而达到延长使用寿命的目的，采用的技术方案是：一种高铁火车轮喷丸强化装置，包括安装待加工的高铁火车轮的喷丸室1，位于喷丸室外部、与喷丸室以喷丸管道连接的喷丸器2，在喷丸室的外部装有弹丸分离回收装置3、弹丸储存和供应装置，其特征在于：所述喷丸强化装置还包括旋转工作台5，所述旋转工作台包括第一底座55和第一电机54，第一电机54与第一动力轴51连接，第一动力轴51上装有第一转盘56，所述第一转盘56位于第一底座55上；第一底座55顶部有一滚道，第一转盘56底部有一滚道，第一转盘56放置在第一底座55上，且上滚道与下滚道正好对齐构成一完整滚道，滚道内有第一钢球57，第一钢球57用第一钢球保持架58固定；
所述喷丸强化装置还包括设在第一转盘56上的夹具工作台6，所述夹具工作台6包括第二电机63及在第二电机63带动下转动的第二动力轴62，在夹具工作台6上还设有夹头71及位于夹头上的手柄72，夹头71位于空心轴68的上端，空心轴68的下端连接在第二动力轴62上，高铁火车轮7装在夹头与第二底座64之间，相邻的高铁火车轮之间设有防护板74；
所述第二底座64的上方还设置有第二转盘65，所述第二转盘65的底板有上滚道，所述第二底座64的顶端有下滚道，所述上滚道与下滚道构成一个完整滚道，在滚道内装有第二钢球，所述第二钢球用第二钢球保持架67固定；
在所述喷丸室1中，与所述夹具工作台6正对的侧壁上设有通孔，所述通孔的数量与装夹在夹具工作台6上的高铁火车轮7数量相同，所述通孔中穿有接喷枪用软管，所述接喷枪用软管一端与喷丸器2连接、另一端与喷嘴14连接，所述喷嘴14安装在三自由度移动的喷嘴支架13上，所述喷嘴14正对所述高铁火车轮7；
所述通孔之间的间距为162mm；
所述喷丸室1的底部有集丸池16，所述集丸池16的出料口在喷丸室1的下方，在喷丸室1与集丸池16的衔接处还设有格栅17。
进一步的：所述喷丸器2包括喷丸罐及与所述接喷枪用软管连接的输料管。
进一步的：所述弹丸分离回收装置3包括弹丸回收装置和弹丸分离装置，所述弹丸回收装置为位于喷丸室1外部的丸料提升机31)，所述弹丸分离装置为丸料分离器32。
进一步的：所述弹丸分离装置包括丸料分离器32及与丸料分离器32连接的螺旋输送器323，螺旋输送器323的进料口与所述丸料提升机31的出料口连接，螺旋输送器323的出料口与所述丸料提升机31的进料口连接；还包括纯净丸料仓，所述纯净丸料仓的出料口321与喷丸器2连接；还包括混合料仓，所述混合料仓的出料口322与所述丸料提升机31进料口连接；还包括溢流仓，所述溢流仓的出料口与集丸池16连接；还包括回用丸料仓，所述回用丸料仓与所述丸料分离器32连接。
进一步的：所述强化装置包括除尘装置4，除尘装置4的抽风口41分别与丸料分离器32和喷丸室顶部的抽风口15连接。
进一步的：所述旋转工作台5上包裹有防护板，所述夹具工作台6的外部也包裹防护板，旋转工作台的防护板、夹具工作台防护板均为高锰钢板。
本发明的有益效果在于：
1)工作台的设计主要是实现间歇运动，从而在有限的工时内完成更多的工作量，节约了时间，提高了生产率。
2)火车轮夹持装置的特殊设计，使得在喷丸过程中，缩短了工件更换的时间，节约了工时，人停机不停，充分发挥了机器的工作能力，同时也使企业的效益实现了最大化。
3)喷丸室的设计，保证了在喷丸强化时，产生的粉尘和颗粒不会外漏，防止造成工人的工作环境恶化和污染环境，降低了噪声，改善了工人的工作环境。喷丸间中设置内防护板，使其在磨损到一定程度时，能方便快捷的更换，降低成本。
4)喷丸器的设计中，采用每个喷丸器配备连接两个喷嘴，共需三个喷丸器，六个喷嘴，降低了生产成本，设备工作效率高，丸料能连续喷射。
5)弹丸分离回收装置的设计中，为充分利用丸料，保证丸料粒度的大小基本一致，将利用后的丸料通过输送装置输送到丸料分离器，进行分离，将合格的丸料继续用于喷丸强化，将收集的粉尘进行集中处理，以防污染环境，将破碎的丸料进行处理，转变成钢砂，用于喷砂清理。
6)除尘装置的设计，是由于弹丸和火车轮的撞击，会产生大量的粉尘，为防止污染环境，保证喷丸间内有足够的能见度，需要有除尘装置，且除尘装置采用抽风除尘。
附图说明
附图1是本发明的轴测图，
附图2是本发明拆去梯子和脚手架后的主视图，
附图3是附图2的俯视图，
附图4是夹具工作台主剖视图，
附图5是附图4的俯视图，
附图6是间隙旋转工作台的主剖视图，
附图7是喷丸室主视图，
附图8是喷丸室拆去上抽风口的俯视图，
图中：
1是喷丸室，2是喷丸器，3是弹丸分离回收装置，4是除尘装置，
5是旋转工作台，50是防护门，51是第一动力轴，52是第一轴承座，53是地脚螺栓，54是第一电机，55是第一底座，56是第一转盘，57是第一钢球，58是第一钢球保持架，59是第一轴连接头，
6是夹具工作台，61是第二轴承座，62是第二动力轴，63是第二电机，64是第二底座，65是第二转盘，66是第二钢球，67是第二钢球保持架，68是空心轴，69是第二轴连接头，
7是火车轮，71是夹头，72是手柄，73是组合弹簧，74是一定倾角的防护板，75是第一防护板、76是第二防护板，
8是脚手架，9是梯子，11是观察口，13是喷嘴支架，14是喷嘴，15是抽风口，16是集丸池，17是格栅，31是丸料提升机，32是丸料分离器，321是纯净丸料仓的出料口，322是混合料仓的出料口，323是螺旋输送器。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行说明。
如图1-8所示，本实施例公开了一种旋转式双工位高铁火车轮喷丸强化机，包括喷丸室1、喷丸器2、弹丸分离回收装置3、除尘装置4、旋转工作台5及夹具工作台6。喷丸室1的一侧面设置有观察口11，可以在喷丸过程中，在不停车的情况下及时了解喷丸强化的效果。与观察口11相邻的一侧面设置有工件入口。
旋转工作台5包括第一动力轴51及第一轴承座52，第一动力轴51安装在第一轴承座52上，第一轴承座52用地脚螺栓53固定在地基上，且与地基间留有一定空隙。第一电机54安装在空隙内，且与第一动力轴51相联接。
旋转工作台5有第一底座55，第一底座55顶部有一滚道，第一转盘56底部有一滚道，第一转盘56放置在第一底座55上，且上滚道与下滚道正好对齐构成一完整滚道，滚道内有第一钢球57，第一钢球57用第一钢球保持架58固定。旋转工作台的第一转盘56与第一动力轴51通过第一轴连接头59相联接，第一底座55直接放置在地基上。第一电机54为步进电机，它的旋转带动第一动力轴51旋转，第一动力轴51的旋转带动工作台5旋转，且工作台5为间歇转动，每次转角为180°。
旋转工作台5上布置有两个夹具工作台6，第一转盘56中间设置有防护门50，所述防护门50沿第一转盘直径方向布置，两个夹具工作台6对称安装在防护门50两侧。两个夹具工作台6各有一个第二轴承座61和第二动力轴62，第二动力轴62通过角接触球轴承和推力球轴承安装在第二轴承座61上。两个夹具工作台6还各有一个第二电机63，且第二电机63通过V带与第二动力轴62相联接。两个夹具工作台6各有一个第二底座64，第二底座64顶端有一滚道，且第二轴承座61安装在第二底座64上，第二电机63和第二底座64安装在旋转工作台的第一转盘56上。两个夹具工作台6还各包括一个第二转盘65，第二转盘65底部有一滚道，第二转盘65放置在所述第二底座64上，且上下滚道正好对齐构成一完整滚道，滚道内有第二钢球66，第二钢球66用第二钢球保持架67固定，两个夹具工作台6还各有一空心轴68，空心轴68与第二动力轴62上端通过第二轴连接头69相联接。高铁火车轮7穿过空心轴68依次叠放在夹具工作台的第二转盘65上，每个夹具工作台6上放置的火车轮工件数为6个，且各高铁火车轮7之间用间隔板70隔开。
第二电机63旋转带动第二动力轴62旋转，第二动力轴62的旋转带动空心轴68和第二转盘65旋转。喷丸前，先将6个高铁火车轮7通过夹具固定在一个夹具工作台6上，然后启动第一电机54，旋转工作台5转过180°，将高铁火车轮7送入喷丸室1内进行喷丸处理，喷丸过程中夹具工作台6旋转，可以保证火车轮踏面各弧面均受到强化。
两个夹具工作台6还各有一个夹头71和一手柄72，夹头71通过组合弹簧73安装在空心轴68上，且组合弹簧73与高铁火车轮7之间通过一有一定倾角的防护板74隔开。高铁火车轮7通过夹头71夹紧在空心轴68上，能随空心轴68一起匀速转动。
旋转工作台5及夹具工作台6还各包括一防护板，即第一防护板75、第二防护板76，第一防护板75、第二防护板76为圆形桶状结构，且分别包裹在旋转工作台5及夹具工作台6外面，第一防护板75、第二防护板76材质为高锰钢，其目的在于保护电机和便于丸料收集。
喷丸室1中，与工作台正对的侧壁上设有六个竖直排列的接喷枪软管的通孔，每个孔分别与夹具工作台6上的每个高铁火车轮7对齐，每个孔之间的距离均为162mm。喷丸室壁板上设置有喷嘴支架13，喷嘴支架13可以三自由度移动，喷嘴14安装在所述喷嘴支架13上，通过移动三自由度喷嘴支架13，可以对喷丸室内各角度进行喷丸。
喷丸室1内壁加装有耐磨防护板，喷丸室1顶端还有一抽风口15，喷丸室1底部有一集丸池16，且集丸池16的出料口在喷丸室1一侧的正下方，喷丸室1内还有一栅格17，且栅格17位于喷丸室1与集丸池16的衔接处，喷丸过程中产生的丸渣通过栅格17落入集丸池16中。
喷丸器2在喷丸室1的外面，共有3个，包括喷丸罐、输料管及喷嘴14，每个喷丸器2接所述喷丸室1内两个喷嘴，对火车轮工件进行喷丸处理时，6个喷嘴依次对准6个工件同时进行喷丸。
弹丸分离回收装置3包括弹丸回收装置和弹丸分离装置。弹丸回收装置为一丸料提升机31，在喷丸室1的外面，垂直安装，包括进料口、罩壳、料斗、传送带、电机及出料口，且其进料口与所述集丸池16的出料口直接相连；电机带动传送带及料斗运动，料斗将通过集丸池16进入丸料提升机进料口的丸料提升到丸料提升机顶部的出料口；在喷丸强化作业时，由于丸料喷射量较大，在喷射作业时，应该先开启丸料提升机31，然后再开启喷丸器2进行强化作业，防止集丸池16中丸料的堆积，造成丸料提升机31的超载，对设备产生危害。
弹丸分离装置为一丸料分离器32，包括螺旋输送器、分离器壳体、分离级板、纯净丸料仓、混合料仓、回用丸料仓及溢流仓。脚手架8上有梯子9通往地面，丸料提升机31顶部安装在脚手架8上，丸料分离器32也安装在脚手架8上，丸料分离器32包括一螺旋输送器323，且螺旋输送器323水平安装，螺旋输送器323的进料口与丸料提升机31的出料口相连，螺旋输送器323的出料口与丸料分离器32的进料口相连，纯净丸料仓的出料口321接喷丸器进丸料管道，混合料仓的出料口322接丸料提升机进料口，溢流仓的出料口接集丸池16。丸料经丸料提升机31提升到其出料口后进入螺旋输送器323进料口，螺旋输送器323将丸料水平输送到丸料分离器32中通过分离级板进行分离；经过分离以后的纯净完好的弹丸落入纯净丸料仓，经出料口送入喷丸器2供再次喷丸使用，提高弹丸利用率；经过丸料分离器32未被彻底分离干净的混合丸料进入混合料仓，经出料口进入丸料提升机31中，需要丸料提升机提升再次分离；经过丸料分离器32分离后的丸渣进入回用丸料仓，经收集后进行处理以用于表面喷砂处理。
为防止丸料堆积，影响分离效果，没来得及分离的丸料进入溢流仓，经出料口输送到集丸池16，经丸料提升机31提升再次分离；该喷丸强化机属于大型设备，高度约在5米左右，为日常检修的方便，设计梯子9，也为设备的安装调试提供脚手架8。
除尘装置4为一除尘装置，位于脚手架的一侧，安装在地基上，抽风口41与丸料分离器32及喷丸室1顶端的抽风口15都相连接；喷丸工作过程中，除尘装置4对丸料分离器32及喷丸室1内进行抽风，以保证室内能见度和使室内保持一定的负压。
当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高铁火车轮喷丸强化装置，包括安装待加工的高铁火车轮的喷丸室(1)，位于喷丸室外部、与喷丸室以喷丸管道连接的喷丸器(2)，在喷丸室的外部装有弹丸分离回收装置(3)、弹丸储存和供应装置，其特征在于：所述喷丸强化装置还包括旋转工作台(5)，所述旋转工作台包括第一底座(55)和第一电机(54)，第一电机(54)与第一动力轴(51)连接，第一动力轴(51)上装有第一转盘(56)，所述第一转盘(56)位于第一底座(55)上；第一底座(55)顶部有一滚道，第一转盘(56)底部有一滚道，第一转盘(56)放置在第一底座(55)上，且上滚道与下滚道正好对齐构成一完整滚道，滚道内有第一钢球(57)，第一钢球(57)用第一钢球保持架(58)固定；
所述喷丸强化装置还包括设在第一转盘(56)上的夹具工作台(6)，所述夹具工作台(6)包括第二电机(63)及在第二电机(63)带动下转动的第二动力轴(62)，在夹具工作台(6)上还设有夹头(71)及位于夹头上的手柄(72)，夹头(71)位于空心轴(68)的上端，空心轴(68)的下端连接在第二动力轴(62)上，高铁火车轮(7)装在夹头与第二底座(64)之间，相邻的高铁火车轮之间设有防护板(74)；
所述第二底座(64)的上方还设置有第二转盘(65)，所述第二转盘(65)的底板有上滚道，所述第二底座(64)的顶端有下滚道，所述上滚道与下滚道构成一个完整滚道，在滚道内装有第二钢球，所述第二钢球用第二钢球保持架(67)固定；
在所述喷丸室(1)中，与所述夹具工作台(6)正对的侧壁上设有通孔，所述通孔的数量与装夹在夹具工作台(6)上的高铁火车轮(7)数量相同，所述通孔中穿有接喷枪用软管，所述接喷枪用软管一端与喷丸器(2)连接、另一端与喷嘴(14)连接，所述喷嘴(14)安装在三自由度移动的喷嘴支架(13)上，所述喷嘴(14)正对所述高铁火车轮(7)；
所述通孔之间的间距为162mm；
所述喷丸室(1)的底部有集丸池(16)，所述集丸池(16)的出料口在喷丸室(1)的下方，在喷丸室(1)与集丸池(16)的衔接处还设有格栅(17)。
2.按照权利要求1所述的高铁火车轮喷丸强化装置，其特征在于：所述喷丸器(2)包括喷丸罐及与所述接喷枪用软管连接的输料管。
3.按照权利要求1所述的高铁火车轮喷丸强化装置，其特征在于：所述弹丸分离回收装置(3)包括弹丸回收装置和弹丸分离装置，所述弹丸回收装置为位于喷丸室(1)外部的丸料提升机(31)，所述弹丸分离装置为丸料分离器(32)。
4.按照权利要求3所述的高铁火车轮喷丸强化装置，其特征在于：所述弹丸分离装置包括丸料分离器(32)及与丸料分离器(32)连接的螺旋输送器(323)，螺旋输送器(323)的进料口与所述丸料提升机(31)的出料口连接，螺旋输送器(323)的出料口与所述丸料提升机(31)的进料口连接；还包括纯净丸料仓，所述纯净丸料仓的出料口(321)与喷丸器(2)连接；还包括混合料仓，所述混合料仓的出料口(322)与所述丸料提升机(31)进料口连接；还包括溢流仓，所述溢流仓的出料口与集丸池(16)连接；还包括回用丸料仓，所述回用丸料仓与所述丸料分离器(32)连接。
5.按照权利要求4所述的高铁火车轮喷丸强化装置，其特征在于：所述强化装置包括除尘装置(4)，除尘装置(4)的抽风口(41)分别与丸料分离器(32)和喷丸室顶部的抽风口(15)连接。
6.按照权利要求4所述的高铁火车轮喷丸强化装置，其特征在于：所述旋转工作台(5)上包裹有防护板，所述夹具工作台(6)的外部也包裹防护板，旋转工作台的防护板、夹具工作台防护板均为高锰钢板。
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