CN107164617A - 一种弯曲变形可控的钢轨在线整体喷风淬火模拟实验装置 - Google Patents

一种弯曲变形可控的钢轨在线整体喷风淬火模拟实验装置 Download PDF

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Abstract

一种弯曲变形可控的钢轨在线整体喷风淬火模拟实验装置涉及钢轨在线喷风淬火模拟装置，特别是一种弯曲变形可控的钢轨在线整体喷风淬火模拟实验装置。本发明提供一种能在淬火过程中控制钢轨变形，并且能模拟百米钢轨生产线上钢轨的实际连续喷风淬火过程的喷风淬火模拟实验装置。本发明包括与气源相连的喷风压力控制系统和淬火系统，其特征在于：所述淬火系统包括具有环形轨道的机架，环形轨道上设置具有行走装置的钢轨固定架，机架上相应于环形轨道的上、下、左、右均排布设置有喷嘴，所述喷嘴与所述喷风压力控制系统相连；所述钢轨固定架上设置有纵向位移传感器和横向位移传感器。

Description

一种弯曲变形可控的钢轨在线整体喷风淬火模拟实验装置
技术领域
本发明涉及钢轨在线喷风淬火模拟装置，特别是一种弯曲变形可控的钢轨在线整体喷风淬火模拟实验装置。
背景技术
铁路运输在我国国民经济的发展中一直起着非常重要的作用，其发展事关国计民生。高速、重载是世界铁路发展的总趋势，而铁路高速、重载和高密度的运输组织方式，必然导致轮轨滚动接触应力的增加，使得钢轨的使役条件进一步恶化，进而对钢轨的强韧性提出了更高的要求。
而长期的实践证明，喷风淬火是钢轨强韧化方法中最为经济且成效显著的热处理工艺，已在国际上广泛应用，其是通过喷嘴将具有一定压力的空气喷射到钢轨表面进行冷却的热处理工艺。喷风淬火较之于钢轨水淬、雾淬等工艺的突出优点是：空气对钢轨表面状态影响较小，且喷嘴不会出现水雾淬火的堵塞现象，因而冷却性能稳定，淬火后钢轨性能较好，且波动小、质量稳定，同时还具有经济环保的优点。
虽然，目前针对钢轨喷风淬火热处理工艺，出现了一种钢轨在线喷风淬火热处理模拟实验装置，专利公开（公告）号CN 103131826 A；其公开了一种钢轨喷风冷却的实验装置，该实验装置通过设定喷风参数的方式对钢轨最终的淬火结果进行采集，然后逐步获取最佳的喷风参数，其无法在淬火过程中对喷风参数尽心该调整，因此，其实验方式需要耗费大量能源和时间，效率极低；同时，上述的钢轨喷风淬火模拟实验装置由于规模和成本限制，无法真正模拟百米钢轨生产线上钢轨的实际连续喷风淬火过程，即钢轨以恒定速度（约1.5m/s）通过近百米的喷风淬火生产线的过程。
发明内容
本发明就是针对上述问题，提供一种能在淬火过程中控制钢轨变形，并且能模拟百米钢轨生产线上钢轨的实际连续喷风淬火过程的喷风淬火模拟实验装置。
为了实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括与气源相连的喷风压力控制系统和淬火系统，其特征在于：所述淬火系统包括具有环形轨道的机架，环形轨道上设置具有行走装置的钢轨固定架，机架上相应于环形轨道的上、下、左、右均排布设置有喷嘴，所述喷嘴与所述喷风压力控制系统相连；所述钢轨固定架上设置有纵向位移传感器和横向位移传感器。
作为本发明的一种优选方案，所述机架上相应于环形轨道侧方排布设置有红外传感器，所述红外传感器与一电控系统相连，所述喷嘴和喷风压力控制系统之间设置有与电控系统相连的电磁阀；所述钢轨固定架上的纵向位移传感器和横向位移传感器均与所述电控系统相连。
本发明的有益效果：1、本发明的喷风淬火系统在钢轨上下左右四个方位设置四组喷嘴，在使用过程中，可根据钢轨的运动位置由程序通过电磁阀对喷嘴喷风与否进行实时控制，只允许与钢轨相对应的几个喷嘴同时进行喷风，可保证较高的喷风压力和最大程度的减少实验成本，进而实现对钢轨进行整体喷风淬火的模拟。
2、本发明可利用纵向位移传感器和横向位移传感器获取钢轨在喷风淬火过程中的纵向和横向弯曲变形，并可根据钢轨弯曲变形量通过喷风压力控制系统调节钢轨上下左右四组喷嘴的喷风压力，进而对钢轨的弯曲变形进行矫正；
3、本发明利用环形轨道可实现钢轨以实际的恒定速度循环移动，进而可以很好地模拟百米钢轨生产线上钢轨的实际连续喷风淬火过程。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是淬火系统的结构示意图。
图3是图2的A部放大图。
图4是机架的结构示意图。
图5是环形轨道、行走装置和钢轨固定架的结构示意图。
图6是电磁阀的结构示意图。
附图中1为空压机、2为储气罐、3为过滤器、4为冷干机、5为风箱、6为自动压力调节阀、7为管道、8为机架、9为辊道、10为加热炉、11为红外传感器、12为固定架、13为喷嘴、14为球形接口、15为钢轨、16为外轨、17为纵向位移传感器、18为横向位移传感器、19为行走轮、20为内轨、21为驱动电机、22为电磁阀。
具体实施方式
本发明包括与气源相连的喷风压力控制系统和淬火系统，其特征在于：所述淬火系统包括具有环形轨道的机架8，环形轨道上设置具有行走装置的钢轨固定架12，机架8上相应于环形轨道的上、下、左、右均排布设置有喷嘴13，所述喷嘴13与所述喷风压力控制系统相连；所述钢轨固定架12上设置有纵向位移传感器17和横向位移传感器18。
作为本发明的一种优选方案，所述机架8上相应于环形轨道侧方排布设置有红外传感器11，所述红外传感器11与一电控系统相连，所述喷嘴13和喷风压力控制系统之间设置有与电控系统相连的电磁阀22；所述钢轨固定架12上的纵向位移传感器17和横向位移传感器18均与所述电控系统相连。
所述喷嘴13设置为拉瓦尔扁缝喷嘴13。
所述相互对应的上下左右喷嘴13为一组，相应于每组喷嘴13均设置有两个红外传感器11，两红外传感器11分别设置于环形轨道的内外两侧。
所述气源包括空压机1、储气罐2、过滤器3、冷干机4；所述冷干机4内设置与电控系统相连的温度传感器、湿度传感器和流量传感器。可提供用于淬火空气的各项参数，保证压缩空气的稳定性。
所述喷风压力控制系统包括风箱5和风箱5上四个与电控系统相连的自动压力调节阀6，自动压力调节阀6通过管道7与所述喷嘴13相连。
所述环形轨道包括内轨20和外轨16，所述行走装置包括钢轨固定架12底部的行走轮19，行走轮19上设置有与所述内轨20和外轨16配合的凹槽；行走轮19下方设置有驱动电机21。
所述纵向位移传感器17相应于钢轨15的底部设置于钢轨固定架12的中部，所述横向位移传感器18相应于钢轨15的侧面设置于钢轨固定架12的中部。用于检测钢轨15在喷风淬火过程中的纵向弯曲变形和横向弯曲变形。
所述喷嘴13通过连接螺纹与所述机架8相连。
所述喷嘴13上设置有球形接口14。
本发明还包括具有辊道9的加热炉10，辊道9与所述机架8内的环形轨道入口相对应。
机架8上相应于环形轨道的上、下、左、右均排布设置有30～80个拉瓦尔扁缝喷嘴13，相邻的两喷嘴13之间的间距为50mm～100mm，上方和下方的喷嘴13与钢轨15表面的距离（初始距离为50mm）通过调整机架8与喷嘴13之间的连接螺纹进行调节，调节范围为1mm～50mm，上下左右喷嘴13的喷风角度（初始角度为45°）可转动球形接口14进行调节，调节范围0°～90°，并根据钢轨15的运动位置由电控系统通过电磁阀22对喷嘴13喷风与否进行实时控制，一个电磁阀22控制相对应的上下左右四个喷嘴13，为保证较高的喷风压力，每组允许3～10个喷嘴13同时进行喷风（具体可根据钢轨15长度200mm～500mm进行调整，保证喷风范围覆盖整个钢轨15即可，进而实现对钢轨15进行整体喷风淬火，同时根据钢轨15弯曲变形检测系统所反馈的钢轨15在纵向和横向的弯曲变形量，来控制上下左右组喷嘴13的喷风压力，其规则是：若检测到钢轨15向上的弯曲变形量达到一定的阈值，则增大钢轨15下边的喷嘴13喷风压力，增强钢轨15轨底的冷却效果，进而使钢轨15在纵向方向重新恢复满足要求的平直度，其他情况以此类推；本发明的加热炉10负责将钢轨15重新加热到800℃～1000℃，达到预定温度后，通过辊道9将钢轨15运至钢轨固定架12上。
本发明的工作方式如下：首先利用加热炉10按需要将钢轨15加热至800℃～1000℃，同时启动空压机1、冷干机4、自动压力调节阀6和电磁阀22，将压缩空气调整至需要的温度、湿度和压力，然后，将钢轨15从加热炉10中取出通过辊道9将钢轨15运至钢轨固定架12上，启动驱动电机21使钢轨15以恒定速度沿环形轨道运动，然后由电控系统根据红外传感器11返回的信号，判断钢轨15的运动位置，并通过电磁阀22控制上下左右四组喷嘴13的喷风时间，进而实现对钢轨15整体进行连续喷风淬火。喷风淬火过程中，根据纵向位移传感器17和横向位移传感器18所反馈的钢轨15在纵向和横向的弯曲变形量，通过自动压力调节阀6来控制上下左右四组喷嘴13的喷风压力。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种弯曲变形可控的钢轨在线整体喷风淬火模拟实验装置，包括与气源相连的喷风压力控制系统和淬火系统，其特征在于：所述淬火系统包括具有环形轨道的机架（8），环形轨道上设置具有行走装置的钢轨固定架（12），机架（8）上相应于环形轨道的上、下、左、右均排布设置有喷嘴（13），所述喷嘴（13）与所述喷风压力控制系统相连；所述钢轨固定架（12）上设置有纵向位移传感器（17）和横向位移传感器（18）。
2.根据权利要求1所述的一种弯曲变形可控的钢轨在线整体喷风淬火模拟实验装置，其特征在于：所述机架（8）上相应于环形轨道侧方排布设置有红外传感器（11），所述红外传感器（11）与一电控系统相连，所述喷嘴（13）和喷风压力控制系统之间设置有与电控系统相连的电磁阀（22）；所述钢轨固定架（12）上的纵向位移传感器（17）和横向位移传感器（18）均与所述电控系统相连。
3.根据权利要求2所述的一种弯曲变形可控的钢轨在线整体喷风淬火模拟实验装置，其特征在于：所述喷嘴（13）设置为拉瓦尔扁缝喷嘴（13）。
4.根据权利要求1所述的一种弯曲变形可控的钢轨在线整体喷风淬火模拟实验装置，其特征在于：所述相互对应的上下左右喷嘴（13）为一组，相应于每组喷嘴（13）均设置有两个红外传感器（11），两红外传感器（11）分别设置于环形轨道的内外两侧。
5.根据权利要求1所述的一种弯曲变形可控的钢轨在线整体喷风淬火模拟实验装置，其特征在于：所述气源包括空压机（1）、储气罐（2）、过滤器（3）、冷干机（4）；所述冷干机（4）内设置与电控系统相连的温度传感器、湿度传感器和流量传感器。
6.根据权利要求1所述的一种弯曲变形可控的钢轨在线整体喷风淬火模拟实验装置，其特征在于：所述喷风压力控制系统包括风箱（5）和风箱（5）上四个与电控系统相连的自动压力调节阀（6），自动压力调节阀（6）通过管道（7）与所述喷嘴（13）相连。
7.根据权利要求1所述的一种弯曲变形可控的钢轨在线整体喷风淬火模拟实验装置，其特征在于：所述环形轨道包括内轨（20）和外轨（16），所述行走装置包括钢轨固定架（12）底部的行走轮（19），行走轮（19）上设置有与所述内轨（20）和外轨（16）配合的凹槽；行走轮（19）下方设置有驱动电机（21）。
8.根据权利要求1所述的一种弯曲变形可控的钢轨在线整体喷风淬火模拟实验装置，其特征在于：所述纵向位移传感器（17）相应于钢轨（15）的底部设置于钢轨固定架（12）的中部，所述横向位移传感器（18）相应于钢轨（15）的侧面设置于钢轨固定架（12）的中部。
9.根据权利要求1所述的一种弯曲变形可控的钢轨在线整体喷风淬火模拟实验装置，其特征在于：所述喷嘴（13）通过连接螺纹与所述机架（8）相连。
10.根据权利要求1所述的一种弯曲变形可控的钢轨在线整体喷风淬火模拟实验装置，其特征在于：所述喷嘴（13）上设置有球形接口（14）。
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