CN109234501B - 一种脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置及工艺，采用脉冲电流辅助的感应加热方法对钢轨去除残余应力，感应线圈位于钢轨轨头踏面和钢轨轨头侧面，能够增大钢轨轨头感应加热面积，增大轨头单位面积的磁通密度，从而提高单位时间内钢轨轨头的加热效率；在进行感应加热时，轨头踏面的温度比侧面高，通过升降机构调整脉冲电流施加机构与钢轨之间的距离，调整好两个石墨棒之间的距离，并确保石墨棒与钢轨相抵接，对轨头施加辅助脉冲电流，能使脉冲电流大部分聚集在轨头侧面，对轨头强化层进行针对性的改善。本发明的脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置，提高了钢轨热处理的质量要求和生产效率，同时避免了由于钢轨热处理造成的环境污染。

Description

一种脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置及工艺

技术领域

本发明涉及钢轨热处理技术领域，特别是涉及一种脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置及工艺。

背景技术

钢轨是铁路轨道的主要组成部件。它的功用在于引导机车车辆的车轮前进，承受车轮的巨大压力，并传递到轨枕上，钢轨必须为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动表面。在电气化铁道或自动闭塞区段，钢轨还可兼做轨道电路之用。

随着铁路轨道的不断发展，对钢轨的需求日益增大。由于不同时区环境不同，钢轨不断承受温度载荷、湿度载荷、轴向载荷和弯曲应力等联合作用，在不同的时区引发起不同的损坏形式。因此，对于钢轨的加工和热处理工艺提出了更为严格的要求。在热处理提高钢轨性能的过程中不可避免的会产生残余应力，残余应力是导致钢轨的强度和韧性降低的重要因素，对钢轨的耐磨性和承载能力存在关键的影响。现代钢轨生产企业热处理效果较差，加热不均匀，导致钢轨内部受力不均匀，并且加热效率不高、热量损失大，污染环境，无法满足我国市场对高质量钢轨的大量需求，因此高效清洁地大量生产高质量钢轨十分必要。

公告号为207210863U的中国专利公开了一种钢轨纵向加热感应器，包括汇流板、水冷管和感应圈，能够提高单位时间内钢轨轨头踏面感应加热的热效率，改善钢轨轨头踏面加热慢、温度低的现象，但该装置不能保证淬火硬度和淬硬层深度的均匀性，不能生产出高质量的产品。

因此，如何提高钢轨的热处理效率，同时避免钢轨热处理产生的环境污染现象，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置及工艺，以解决上述现有技术存在的问题，提高钢轨热处理质量和效率，同时避免钢轨热处理产生的环境污染。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置，包括机架、传送台、升降机构、脉冲电流施加机构和感应线圈，所述传送台与所述机架滑动连接，所述传送台能够承载钢轨，所述升降机构固定于所述机架上，所述脉冲电流施加机构设置于所述升降机构上，所述升降机构能够带动所述脉冲电流施加机构上下移动；

所述脉冲电流施加机构包括支撑座、双向丝杠和两个滑块，所述支撑座与所述升降机构相连，所述双向丝杠具有两段旋向相反的螺纹，所述双向丝杠的一端穿过所述支撑座连接有第一步进电机，所述双向丝杠的另一端与所述支撑座转动连接，一个所述滑块与所述双向丝杠的一段螺纹螺纹连接，另一个所述滑块与所述双向丝杠的另一段螺纹螺纹连接，两个所述滑块分别连接有石墨棒，所述石墨棒均与外部脉冲电流相连，所述石墨棒均能够与钢轨轨头踏面相抵接；

所述感应线圈工作时设置于钢轨轨头踏面和钢轨轨头侧面，且所述感应线圈的绕制方向与钢轨的长度方向相垂直，所述感应线圈上固定有U形导磁体，所述感应线圈通过正电极板和负电极板与外部电源相连。

优选地，所述滑块连接有第一支架和第二支架，所述第一支架位于所述滑块和所述第二支架之间，所述第一支架和所述第二支架之间设置螺杆，所述螺杆的一端为光杆，所述螺杆的光杆一端与所述第一支架滑动连接，所述螺杆的另一端穿过所述第二支架与绝缘柱相连，所述绝缘柱的另一端连接有电极片和石墨紧固件，所述电极片能够与外部脉冲电流相连，所述石墨紧固件由导电材质制成，所述石墨棒与所述石墨紧固件插接并用紧固螺钉固定，所述螺杆的外部套装有弹簧，所述弹簧设置于所述第一支架和所述第二支架之间。

优选地，所述脉冲电流施加机构还包括导轨座、导轨和导轨滑块，所述导轨座与所述支撑座相连，所述导轨固定于所述导轨座上，所述导轨滑块与所述滑块相连，所述导轨滑块与所述导轨滑动相连，所述导轨的轴线与所述双向丝杠的轴线相平行。

优选地，所述感应线圈的数量为两组，两组所述感应线圈串联相连。

优选地，所述感应线圈的两侧还设置循环水管，所述循环水管包括进水口和出水口，所述进水口和所述出水口分别设置于所述感应线圈的两侧，所述所述循环水管能够与外部冷却水源相连。

优选地，所述升降机构包括两个支撑板、一个主丝杠和三个副丝杠，所述主丝杠和所述副丝杠均与所述机架转动相连，所述脉冲电流施加机构分别与两个所述支撑板相连，一个所述支撑板的两端分别与所述主丝杠和一个所述副丝杠螺纹连接，另一个所述支撑板的两端分别与另两个所述副丝杠螺纹连接，两个所述支撑板相对设置，所述主丝杠连接有第二步进电机，所述主丝杠能够带动三个所述副丝杠同步转动。

优选地，所述主丝杠和三个所述副丝杠上分别设置有齿轮，所述齿轮的轴线与所述主丝杠和所述副丝杠的轴线相平行，四个所述齿轮外设置有与所述齿轮相啮合的同步带，所述主丝杠通过所述齿轮和所述同步带带动所述副丝杠转动。

优选地，所述升降机构还包括丝杠座，所述主丝杠和所述副丝杠分别与所述丝杠座转动连接，所述主丝杠和所述副丝杠与所述丝杠座之间均设置轴承，所述丝杠座与所述机架可拆卸连接。

本发明还提供一种脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的工艺，包括如下步骤：

步骤一、启动传送台，钢轨以5-10mm/s的速度运行至感应线圈下方区域后停止，调整传送台，保持钢轨轨头踏面与感应线圈的距离为4-6mm，轨头侧面距感应线圈5-8mm；

步骤二、调整升降机构，令脉冲电流施加机构的石墨棒与钢轨踏面距离为30-50mm；

步骤三，启动第一步进电机，令双向丝杠转动，调整两个滑块相连的石墨棒之间的距离为100-160mm；

步骤四、再次调整升降机构，令两个石墨棒与钢轨踏面抵接；

步骤五、打开脉冲电流开关和感应线圈相连的电源对钢轨进行加热。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明提供一种脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置及工艺，采用脉冲电流辅助的感应加热方法对钢轨去除残余应力，感应线圈位于钢轨轨头踏面和钢轨轨头侧面，能够增大钢轨轨头感应加热面积，增大轨头单位面积的磁通密度，从而提高单位时间内钢轨轨头的加热效率；在进行感应加热时，轨头踏面的温度比侧面高，通过升降机构调整脉冲电流施加机构与钢轨之间的距离，调整好两个石墨棒之间的距离，并确保石墨棒与钢轨相抵接，对轨头施加辅助脉冲电流，能使脉冲电流大部分聚集在轨头侧面，对轨头强化层进行针对性的改善。本发明的脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置，采用脉冲电流辅助的感应加热方法对钢轨去除残余应力，提高了钢轨热处理的质量要求和生产效率，同时避免了由于钢轨热处理造成的环境污染。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置的结构示意图；

图2为本发明的脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置的机架和升降机构的结构示意图；

图3为本发明的脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置的脉冲电流施加机构的结构示意图；

图4为图3中部分零件的拆解示意图；

图5为本发明的脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置的感应线圈的结构示意图；

图6为本发明的脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置的工作过程中的局部示意图；

其中，1为机架，2为传送台，3为升降机构，4为脉冲电流施加机构，5为感应线圈，6为支撑座，7为双向丝杠，8为滑块，9为石墨棒，10为U形导磁体，11为第一支架，12为第二支架，13为螺杆，14为绝缘柱，15为电极片，16为石墨紧固件，17为紧固螺钉，18为弹簧，19为导轨座，20为导轨，21为导轨滑块，22为进水口，23为出水口，24为支撑板，25为主丝杠，26为副丝杠，27为齿轮，28为同步带，29为丝杠座，30为钢轨。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置及工艺，以解决上述现有技术存在的问题，提高钢轨热处理质量和效率，同时避免钢轨热处理产生的环境污染。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1-6，其中，图1为本发明的脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置的结构示意图，图2为本发明的脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置的机架和升降机构的结构示意图，图3为本发明的脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置的脉冲电流施加机构的结构示意图，图4为图3中部分零件的拆解示意图，图5为本发明的脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置的感应线圈的结构示意图，图6为本发明的脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置的工作过程中的局部示意图。

本发明提供一种脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置，包括机架1、传送台2、升降机构3、脉冲电流施加机构4和感应线圈5，传送台2与机架1滑动连接，传送台2能够承载钢轨，升降机构3固定于机架1上，脉冲电流施加机构4设置于升降机构3上，升降机构3能够带动脉冲电流施加机构4上下移动；传送台2能够带动钢轨移动，令钢轨运动至合适位置，便于后续加热；脉冲电流施加机构4在升降机构3带动下移动，令两个石墨棒9与钢轨抵接。

脉冲电流施加机构4包括支撑座6、双向丝杠7和两个滑块8，支撑座6与升降机构3相连，双向丝杠7具有两段旋向相反的螺纹，双向丝杠7的一端穿过支撑座6连接有第一步进电机，双向丝杠7的另一端与支撑座6转动连接，一个滑块8与双向丝杠7的一段螺纹螺纹连接，另一个滑块8与双向丝杠7的另一段螺纹螺纹连接，两个滑块8分别连接有石墨棒9，石墨棒9均与外部脉冲电流相连，石墨棒9均能够与钢轨轨头踏面相抵接；双向丝杠7的两段螺纹相对称、旋向相反，两个滑块8与两段螺纹相配合能够调节两个石墨棒9(即两个电极)之间的距离，以满足不同规格的钢轨的加热需求。

感应线圈5工作时设置于钢轨轨头踏面和钢轨轨头侧面，且感应线圈5的绕制方向与钢轨的长度方向相垂直，感应线圈5上固定有U形导磁体10，感应线圈5通过正电极板和负电极板与外部电源相连。由于线圈处设置U形导磁体10，线圈也为U形，采用类似钢轨形状的仿形线圈，能够增大钢轨轨头感应加热面积，增大轨头单位面积的通磁密度，提高单位时间内钢轨轨头的加热效率，满足大批量生产要求。本发明的感应线圈5与机架1相连，需注意的是，感应线圈5与机架1相连处不应影响升降机构3的正常工作。

在进行感应加热时，轨头踏面的温度比侧面高，通过升降机构3调整脉冲电流施加机构4与钢轨之间的距离，调整好两个石墨棒9之间的距离，并确保石墨棒9与钢轨相抵接，对轨头施加辅助脉冲电流，能使脉冲电流大部分聚集在轨头侧面，对轨头强化层进行针对性的改善。本发明的脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置，采用脉冲电流辅助的感应加热方法对钢轨去除残余应力，提高了钢轨热处理的质量要求和生产效率，同时避免了由于钢轨热处理造成的环境污染。

其中，滑块8连接有第一支架11和第二支架12，第一支架11位于滑块8和第二支架12之间，第一支架11和第二支架12之间设置螺杆13，螺杆13的一端为光杆，螺杆13的光杆一端与第一支架11滑动连接，螺杆13的另一端穿过第二支架12与绝缘柱14相连，绝缘柱14的另一端连接有电极片15和石墨紧固件16，电极片15能够与外部脉冲电流相连，石墨紧固件16由导电材质制成，石墨棒9与石墨紧固件16插接并用紧固螺钉17固定，螺杆13的外部套装有弹簧18，弹簧18设置于第一支架11和第二支架12之间。在螺杆13上设置弹簧18，当钢轨粗糙度较差时，能够确保两个石墨棒9均与钢轨接触，石墨棒9压紧钢轨过程中，与石墨紧固件16相连的绝缘柱14挤压螺柱，螺柱向着第一支架11的方向运动，螺柱光杆部分与滑块8之间的距离减小，当石墨棒9与钢轨分离时，螺柱在弹簧18作用下恢复原位；为了避免螺柱从第一支架11和第二支架12脱出，在第二支架12的两端均设置与螺柱相配合的螺母，两个螺母相配合还能够限制螺杆13的极限位置，起到保护石墨棒9的作用。

具体地，脉冲电流施加机构4还包括导轨座19、导轨20和导轨滑块21，导轨座19与支撑座6相连，导轨20固定于导轨座19上，导轨滑块21与滑块8相连，导轨滑块21与导轨20滑动相连，导轨20的轴线与双向丝杠7的轴线相平行。在双向丝杠7的一侧设置导轨20，导轨滑块21与滑块8相连，保证了滑块8的运行平稳。

另外，感应线圈5的数量为两组，两组感应线圈5串联相连，感应线圈5上设置两派U形导磁体10。

更具体地，感应线圈5的两侧还设置循环水管，循环水管包括进水口22和出水口23，进水口22和出水口23分别设置于感应线圈5的两侧，循环水管能够与外部冷却水源相连。在感应线圈5通电时，向循环水管内通入冷却水，防止通电时感应线圈5温度过高。

进一步地，升降机构3包括两个支撑板24、一个主丝杠25和三个副丝杠26，主丝杠25和副丝杠26均与机架1转动相连，脉冲电流施加机构4分别与两个支撑板24相连，一个支撑板24的两端分别与主丝杠25和一个副丝杠26螺纹连接，另一个支撑板24的两端分别与另两个副丝杠26螺纹连接，两个支撑板24相对设置，主丝杠25连接有第二步进电机，主丝杠25能够带动三个副丝杠26同步转动。第二步进电机能够带动主丝杠25运动，主丝杠25带动三个副丝杠26同步运动，进而带动两个支撑板24上下移动，脉冲电流施加机构4与两个支撑板24相连，达到带动脉冲电流施加机构4上下移动的目的。用丝杠调节位置，可以保证机构平稳运行，同时用步进电机控制，可以实现任意位置的精确定位，满足不同的加工要求。

在本具体实施方式中，主丝杠25和三个副丝杠26上分别设置有齿轮27，齿轮27的轴线与主丝杠25和副丝杠26的轴线相平行，四个齿轮27外设置有与齿轮27相啮合的同步带28，主丝杠25通过齿轮27和同步带28带动副丝杠26转动。

更进一步地，升降机构3还包括丝杠座29，主丝杠25和副丝杠26分别与丝杠座29转动连接，主丝杠25和副丝杠26与丝杠座29之间均设置轴承，丝杠座29与机架1可拆卸连接，便于装置的拆装和维护。

本发明还提供一种脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的工艺，包括如下步骤：

步骤一、启动传送台2，钢轨以5-10mm/s的速度运行至感应线圈5下方区域后停止，调整传送台2，保持钢轨轨头踏面与感应线圈5的距离为4-6mm，轨头侧面距感应线圈55-8mm；

步骤二、调整升降机构3，令脉冲电流施加机构4的石墨棒9与钢轨踏面距离为30-50mm；

步骤三，启动第一步进电机，令双向丝杠7转动，调整两个滑块8相连的石墨棒9之间的距离为100-160mm；

步骤四、再次调整升降机构3，令两个石墨棒9与钢轨踏面抵接；

步骤五、打开脉冲电流开关和感应线圈5相连的电源对钢轨进行加热，脉冲电流与感应电流见下表：

表1感应加热参数设置

表2脉冲电流参数设置

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置，其特征在于：包括机架、传送台、升降机构、脉冲电流施加机构和感应线圈，所述传送台与所述机架滑动连接，所述传送台能够承载钢轨，所述升降机构固定于所述机架上，所述脉冲电流施加机构设置于所述升降机构上，所述升降机构能够带动所述脉冲电流施加机构上下移动；

所述脉冲电流施加机构包括支撑座、双向丝杠和两个滑块，所述支撑座与所述升降机构相连，所述双向丝杠具有两段旋向相反的螺纹，所述双向丝杠的一端穿过所述支撑座连接有第一步进电机，所述双向丝杠的另一端与所述支撑座转动连接，一个所述滑块与所述双向丝杠的一段螺纹螺纹连接，另一个所述滑块与所述双向丝杠的另一段螺纹螺纹连接，两个所述滑块分别连接有石墨棒，所述石墨棒均与外部脉冲电流相连，所述石墨棒均能够与钢轨轨头踏面相抵接；

所述感应线圈工作时设置于钢轨轨头踏面和钢轨轨头侧面，且所述感应线圈的绕制方向与钢轨的长度方向相垂直，所述感应线圈上固定有U形导磁体，所述感应线圈通过正电极板和负电极板与外部电源相连。

2.根据权利要求1所述的脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置，其特征在于：所述滑块连接有第一支架和第二支架，所述第一支架位于所述滑块和所述第二支架之间，所述第一支架和所述第二支架之间设置螺杆，所述螺杆的一端为光杆，所述螺杆的光杆一端与所述第一支架滑动连接，所述螺杆的另一端穿过所述第二支架与绝缘柱相连，所述绝缘柱的另一端连接有电极片和石墨紧固件，所述电极片能够与外部脉冲电流相连，所述石墨紧固件由导电材质制成，所述石墨棒与所述石墨紧固件插接并用紧固螺钉固定，所述螺杆的外部套装有弹簧，所述弹簧设置于所述第一支架和所述第二支架之间。

3.根据权利要求2所述的脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置，其特征在于：所述脉冲电流施加机构还包括导轨座、导轨和导轨滑块，所述导轨座与所述支撑座相连，所述导轨固定于所述导轨座上，所述导轨滑块与所述滑块相连，所述导轨滑块与所述导轨滑动相连，所述导轨的轴线与所述双向丝杠的轴线相平行。

4.根据权利要求1所述的脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置，其特征在于：所述感应线圈的数量为两组，两组所述感应线圈串联相连。

5.根据权利要求4所述的脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置，其特征在于：所述感应线圈的两侧还设置循环水管，所述循环水管包括进水口和出水口，所述进水口和所述出水口分别设置于所述感应线圈的两侧，所述所述循环水管能够与外部冷却水源相连。

6.根据权利要求1所述的脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置，其特征在于：所述升降机构包括两个支撑板、一个主丝杠和三个副丝杠，所述主丝杠和所述副丝杠均与所述机架转动相连，所述脉冲电流施加机构分别与两个所述支撑板相连，一个所述支撑板的两端分别与所述主丝杠和一个所述副丝杠螺纹连接，另一个所述支撑板的两端分别与另两个所述副丝杠螺纹连接，两个所述支撑板相对设置，所述主丝杠连接有第二步进电机，所述主丝杠能够带动三个所述副丝杠同步转动。

7.根据权利要求6所述的脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置，其特征在于：所述主丝杠和三个所述副丝杠上分别设置有齿轮，所述齿轮的轴线与所述主丝杠和所述副丝杠的轴线相平行，四个所述齿轮外设置有与所述齿轮相啮合的同步带，所述主丝杠通过所述齿轮和所述同步带带动所述副丝杠转动。

8.根据权利要求7所述的脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置，其特征在于：所述升降机构还包括丝杠座，所述主丝杠和所述副丝杠分别与所述丝杠座转动连接，所述主丝杠和所述副丝杠与所述丝杠座之间均设置轴承，所述丝杠座与所述机架可拆卸连接。

9.一种脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的工艺，利用权利要求1-7任一项所述的脉冲电流辅助钢轨在线感应加热的装置，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、启动传送台，钢轨以5-10mm/s的速度运行至感应线圈下方区域后停止，调整传送台，保持钢轨轨头踏面与感应线圈的距离为4-6mm，轨头侧面距感应线圈5-8mm；

步骤二、调整升降机构，令脉冲电流施加机构的石墨棒与钢轨踏面距离为30-50mm；

步骤三，启动第一步进电机，令双向丝杠转动，调整两个滑块相连的石墨棒之间的距离为100-160mm；

步骤四、再次调整升降机构，令两个石墨棒与钢轨踏面抵接；

步骤五、打开脉冲电流开关和感应线圈相连的电源对钢轨进行加热。