CN110408763A - 一种大型挖掘机齿轮的沓式加热装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种大型挖掘机齿轮的沓式加热装置及方法，涉及齿轮热处理技术领域，加热装置主要包括：主线圈、辅助线圈、导磁体、电源箱、底座、滑动装置、伸缩装置、测温装置和支撑装置；所述主线圈的断口处连接有橡胶管，所述主线圈位于所述支撑装置上，并与所述电源箱连接；所述辅助线圈插接在所述主线圈的通孔中，所述辅助线圈的两侧分别安装有所述导磁体，端部与所述伸缩装置相连，所述导磁体与所述滑动装置相连，所述滑动装置穿过待加热齿轮的轴孔安装在所述底座上；所述测温装置位于所述主线圈左侧。本发明能实时监测齿面温度，动态调整辅助线圈和导磁体与齿面间距，使齿面受热均匀，保证齿面淬硬层深度的均匀性。

Description

一种大型挖掘机齿轮的沓式加热装置及方法

技术领域

本发明涉及齿轮热处理技术领域，特别是涉及一种大型挖掘机齿轮的沓式加热装置及方法。

背景技术

随着我国工业的飞速发展，对工程机械的使用性能需求也越来越高，要保证机械的安全稳定运行，其组成部分则显得十分重要。

大型挖掘机齿轮工作时，每一个轮齿上都周期性的承受着较大的弯曲应力和接触应力，使其承受着复杂的交变应力。受恶劣工作环境等的影响，大型挖掘机齿轮在过载和强烈冲击条件下运行时，易出现齿面磨损和齿根断裂等多种不同的失效形式，影响设备的正常运行。习惯上往往把齿轮模数m作为选择碳层的依据，及t＝am，a值决定于热处理方法，渗碳硬化a定为0.15，表面淬火时a为0.4能达到最佳疲劳强度，大型挖掘机齿轮须有足够的硬化层深度，有的甚至高达8mm。因此，合理地选择齿轮硬化方法，能有效提高大型挖掘机齿轮的服役寿命。

感应加热淬火具有加热效率高、能源浪费少、易于实现自动化等优点，在齿轮热处理领域正在逐渐取代渗碳、氮化等传统表面硬化热处理技术。目前工厂对大型挖掘机齿轮加热的主要分为圆形线圈和仿形线圈，圆形线圈加热时齿沟处加热温度较低，齿廓加热层温差太大，严重影响加热效果；仿形线圈加热效果较好，但线圈上某些仿齿形区域损坏后，会导致线圈整体报废，经济性差。因此，需要一种大型挖掘机齿轮的加热装置及工艺，能够保证齿面淬硬层深度的均匀性，且加工制造简单，有较长的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种大型挖掘机齿轮的沓式加热装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过测温摄像头实时监测齿面温度，动态调整辅助线圈和导磁体与齿面间距，使齿面受热均匀，保证齿面淬硬层深度的均匀性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种大型挖掘机齿轮的沓式加热装置，包括主线圈、辅助线圈、导磁体、电源箱、底座、滑动装置、伸缩装置、测温装置和支撑装置；所述主线圈的断口处连接有橡胶管，所述主线圈位于所述支撑装置上，并与所述电源箱连接；所述辅助线圈插接在所述主线圈的通孔中，所述辅助线圈的两侧分别安装有所述导磁体，端部与所述伸缩装置相连，所述导磁体与所述滑动装置相连，所述滑动装置穿过待加热齿轮的轴孔安装在所述底座上；所述测温装置位于所述主线圈左侧。

优选的，所述导磁体外侧设有吸盘，所述吸盘上装有弹簧，所述弹簧与所述滑动装置相连。

优选的，所述滑动装置包括伞式立柱、滑块和第一伸缩柱；所述伞式立柱穿过所述待加热齿轮的轴孔安装在所述底座上，所述第一伸缩柱设置于所述伞式立柱上部，所述第一伸缩柱的一端与所述滑块相连；所述滑块的下方通过滑杆与所述弹簧连接。

优选的，所述伸缩装置包括第二伸缩柱，所述辅助线圈的端部安装有隔离板，所述隔离板与所述第二伸缩柱的一端相连，所述第二伸缩柱的另一端固定在一外圆环的内壁上。

优选的，所述支撑装置包括主线圈支架和第三伸缩柱，所述主线圈安装于所述主线圈支架上，所述主线圈支架位于所述第三伸缩柱上方，所述第三伸缩柱固定在地面上；所述主线圈通过主线圈连接件与所述电源箱连接。

优选的，所述测温装置包括测温摄像机、调整架和支撑柱，所述测温摄像机安装在所述调整架上，用于实现所述测温摄像机的上、下、左、右转动，所述支撑柱位于所述调整架下方。

优选的，所述主线圈的内部设有冷却水道。

优选的，所述主线圈与所述辅助线圈的接口处涂装有石墨粉。

优选的，所述导磁体与所述辅助线圈间隔0.5mm。

本发明还公开一种大型挖掘机齿轮的沓式加热方法，包括以下步骤：

S1、将待加热齿轮置于加热区，接通电源，加热开始；

S2、测温摄像机将检测到的齿面温度数据传输给计算机，延时加热t1，当a点温度达到居里点后，计算机根据温度数据实时调整第二伸缩柱的长度，推动辅助线圈靠近齿轮；

S3、辅助线圈到达指定位置后，延时加热t2，当c点温度达到居里点后，计算机实时调控第一伸缩柱的长度，使滑块运动并压缩弹簧，推动导磁体沿辅助线圈运动；

S4、导磁体到达指定位置后，延时加热t3，当b2点温度达到居里点后，再延时加热t4并静置保温一段时间，使齿面温度通过热传导变得更加均匀；

S5、齿面温度达到要求后，计算机控制导磁体和辅助线圈退回到初始位置，断开电源，加热结束。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、基于机器视觉技术对齿轮加热过程进行自动控制，通过计算机动态调整辅助线圈和导磁体与齿面的间距，使齿面受热均匀，保证齿面淬硬层深度的均匀性；

2、线圈易于加工，辅助线圈可随意拆装，能对不同齿形的齿轮进行加热，适应性强，同时解决了线圈上某些仿齿形区域损坏后，导致线圈整体报废的问题，经济性好。

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为本发明大型挖掘机齿轮的沓式加热装置的总体结构示意图；

图2为本发明大型挖掘机齿轮的沓式加热装置的局部结构放大图；

图3为本发明大型挖掘机齿轮的沓式加热方法的流程图；

图4为本发明大型挖掘机齿轮的沓式加热装置的原理示意图；

图5为本发明大型挖掘机齿轮的温度变化曲线图；

其中，1-滑块、2-第一伸缩柱、3-主线圈、4-橡胶管、5-隔离板、6-测温摄像机、7、外圆环、8-调整架、9-支撑柱、10-伞式立柱、11-电源箱、12-主线圈连接件、13-辅助线圈、14-导磁体、15-第二伸缩柱、16-主线圈支架、17-底座、18-第三伸缩柱、19-吸盘、20-弹簧。

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大型挖掘机齿轮的沓式加热装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过测温摄像头实时监测齿面温度，动态调整辅助线圈和导磁体与齿面间距，使齿面受热均匀，保证齿面淬硬层深度的均匀性。

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。

实施例一

如图1-2所示，本实施例提供一种大型挖掘机齿轮的沓式加热装置，主要包括主线圈3、橡胶管4、主线圈连接件12、辅助线圈13、导磁体14、第二伸缩柱15、外圆环7、隔离板5、吸盘19、弹簧20、电源箱11、底座17、滑动装置、测温装置和支撑装置。

在本实施例中，橡胶管4连接在主线圈3断口处，主线圈3位于支撑装置上，通过主线圈连接件12与电源箱11相连，在本实施例中，主线圈连接件采用一组水平平板，亦可以采用其他满足需要的连接结构；辅助线圈13插接在主线圈3的通孔中，两侧分别安装有导磁体14，端部安装有隔离板5并与第二伸缩柱15相连；第二伸缩柱15的另一端固定在外圆环7内壁上；导磁体14外侧设有吸盘19，吸盘19上装有弹簧20，弹簧20与滑动装置相连；滑动装置穿过齿轮的轴孔安装在底座17上；测温装置位于主线圈3左侧，且无视野遮挡。

在本实施例中，所述滑动装置包括伞式立柱10、滑块1、第一伸缩柱2。伞式立柱10穿过齿轮的轴孔安装在底座17上，其上部设有第一伸缩柱2，第一伸缩柱2的一端与滑块1相连。

在本实施例中，所述测温装置包括测温摄像机6、调整架8和支撑柱9。测温摄像机6安装在调整架8上，可以实现测温摄像机6的上、下、左、右转动，支撑柱9位于调整架8下方。

在本实施例中，所述支撑装置包括主线圈支架16和第三伸缩柱18。主线圈支架16位于第三伸缩柱18上方，第三伸缩柱18固定在地面上。

在本实施例中，所述主线圈的内部设有冷却水道。

在本实施例中，所述主线圈与所述辅助线圈的接口处涂装有石墨粉。

在本实施例中，所述导磁体与所述辅助线圈间隔0.5mm。

如图3所示，本实施例中还公开一种大型挖掘机齿轮的沓式加热方法，包括以下步骤：

(1)将待热处理的大型挖掘机齿轮置于加热区，接通电源，加热开始；

(2)测温摄像机6将检测到的齿面温度数据传输给计算机，延时加热t1，当a点温度达到居里点后，计算机根据温度数据实时调整第二伸缩柱15的长度，推动辅助线圈13靠近齿轮；

(3)辅助线圈13到达指定位置后，延时加热t2，当c点温度达到居里点后，计算机实时调控第一伸缩柱2的长度，使滑块1运动并压缩弹簧20，推动导磁体14沿辅助线圈13运动；

(4)导磁体14到达指定位置后，延时加热t3，当b2点温度达到居里点后，再延时加热t4并静置保温一段时间，使齿面温度通过热传导变得更加均匀；

(5)齿面温度达到要求后，计算机控制导磁体14和辅助线圈13退回到初始位置，断开电源，加热结束。

在本实施例中，t1、t2、t3和t4的时间范围不是固定的，取决于电源的功率等因素；在本实施例中，优选t1:4-6s、t2：6-8s、t3：6-8s、t4、8-10s；其中t1比t2和t3小是因为从t2开始就进入了居里点，加热效率较低，所以加热时间较长。

在图4-图5中，由于圆环效应和尖角效应，齿轮齿顶a点的温度上升速率很快，当温度达到居里点后，齿轮表层的铁磁相的磁性消失变为顺磁相，相应的铁磁相的磁导率转化为顺磁相的磁导率，齿轮表层的感应涡流值大大下降，从而产生的热量值降低。齿轮表层的热量一部分向齿轮内部传导，另一部分通过热辐射向空气辐射流失。因此，在此之后的温度上升速率逐渐降低。齿轮齿廓b1、b2、b3点的温度上升速率相比于a点较慢，当a点温度达到居里点后，辅助线圈到达指定位置，辅助线圈上安装的导磁体将齿廓周围磁感线聚集起来，增大了齿廓表面磁场强度，加热效率显著提高。同时，由于吸收了齿顶部分传导过来的热量，齿轮齿廓b1、b2、b3点的温度上升速率大大提高。由于距主线圈较远，齿轮齿沟c点的温度上升十分缓慢，辅助线圈到达指定位置后，辅助线圈d点距齿沟c点的距离变小，增强了齿沟c点的加热效果，齿轮齿沟c点的温度上升速率大大提高。

分析上述各点的温度变化曲线可以得出，所研究点的温度在加热过程中总体上呈现出上升的趋势；加热初期，各点的温度上升速率很快，在温度到达居里点完成相变后，温升逐步变得平稳，呈上升趋势，直至平衡。

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 (10)

1.一种大型挖掘机齿轮的沓式加热装置，其特征在于：包括主线圈、辅助线圈、导磁体、电源箱、底座、滑动装置、伸缩装置、测温装置和支撑装置；所述主线圈的断口处连接有橡胶管，所述主线圈位于所述支撑装置上，并与所述电源箱连接；所述辅助线圈插接在所述主线圈的通孔中，所述辅助线圈的两侧分别安装有所述导磁体，端部与所述伸缩装置相连，所述导磁体与所述滑动装置相连，所述滑动装置穿过待加热齿轮的轴孔安装在所述底座上；所述测温装置位于所述主线圈左侧。

2.根据权利要求1所述的大型挖掘机齿轮的沓式加热装置，其特征在于：所述导磁体外侧设有吸盘，所述吸盘上装有弹簧，所述弹簧与所述滑动装置相连。

3.根据权利要求2所述的大型挖掘机齿轮的沓式加热装置，其特征在于：所述滑动装置包括伞式立柱、滑块和第一伸缩柱；所述伞式立柱穿过所述待加热齿轮的轴孔安装在所述底座上，所述第一伸缩柱设置于所述伞式立柱上部，所述第一伸缩柱的一端与所述滑块相连；所述滑块的下方通过滑杆与所述弹簧连接。

4.根据权利要求1所述的大型挖掘机齿轮的沓式加热装置，其特征在于：所述伸缩装置包括第二伸缩柱，所述辅助线圈的端部安装有隔离板，所述隔离板与所述第二伸缩柱的一端相连，所述第二伸缩柱的另一端固定在一外圆环的内壁上。

5.根据权利要求1所述的大型挖掘机齿轮的沓式加热装置，其特征在于：所述支撑装置包括主线圈支架和第三伸缩柱，所述主线圈安装于所述主线圈支架上，所述主线圈支架位于所述第三伸缩柱上方，所述第三伸缩柱固定在地面上；所述主线圈通过主线圈连接件与所述电源箱连接。

6.根据权利要求1所述的大型挖掘机齿轮的沓式加热装置，其特征在于：所述测温装置包括测温摄像机、调整架和支撑柱，所述测温摄像机安装在所述调整架上，用于实现所述测温摄像机的上、下、左、右转动，所述支撑柱位于所述调整架下方。

7.根据权利要求1所述的大型挖掘机齿轮的沓式加热装置，其特征在于：所述主线圈的内部设有冷却水道。

8.根据权利要求1所述的大型挖掘机齿轮的沓式加热装置，其特征在于：所述主线圈与所述辅助线圈的接口处涂装有石墨粉。

9.根据权利要求1所述的大型挖掘机齿轮的沓式加热装置，其特征在于：所述导磁体与所述辅助线圈间隔0.5mm。

10.一种大型挖掘机齿轮的沓式加热方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、将待加热齿轮置于加热区，接通电源，加热开始；

S2、测温摄像机将检测到的齿面温度数据传输给计算机，延时加热t1，当a点温度达到居里点后，计算机根据温度数据实时调整第二伸缩柱的长度，推动辅助线圈靠近齿轮；

S3、辅助线圈到达指定位置后，延时加热t2，当c点温度达到居里点后，计算机实时调控第一伸缩柱的长度，使滑块运动并压缩弹簧，推动导磁体沿辅助线圈运动；

S4、导磁体到达指定位置后，延时加热t3，当b2点温度达到居里点后，再延时加热t4并静置保温一段时间，使齿面温度通过热传导变得更加均匀；

S5、齿面温度达到要求后，计算机控制导磁体和辅助线圈退回到初始位置，断开电源，加热结束。