CN111558682A - 一种对称断面异型钢轨感应加热压制成型装置及质量监控系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种对称断面异型钢轨感应加热压制成型装置及质量监控系统，包括送轨机构(1)、第一定位导向机构(2)、液压压力机构(3)、第二定位导向机构(4)、感应加热机构(5)和感应加热升降机构(6)，送轨机构(1)连接第一定位导向机构(2)，第一定位导向机构(2)连接液压压力机构(3)，液压压力机构(3)通过第二定位导向机构(4)连接感应加热机构(5)，感应加热机构(5)连接变压器及感应加热升降机构(6)，操作控制台(7)对设备和工艺过程进行控制。本发明需要的压力机吨位小，设备投入小；模具不需要成套的全断面成型模具，投入和损耗小；生产过程需要的能源大幅降低。

Description

一种对称断面异型钢轨感应加热压制成型装置及质量监控 系统

技术领域

本发明属于钢轨感应加热压制成型装置技术领域，尤其是一种对称断面异型钢轨感应加热压制成型装置及质量控制系统。

背景技术

当前，铁路线路上铺设有不同型号的钢轨，如50kg/m、60kg/m、75kg/m的钢轨，钢轨的断面尺寸和高度有很大的差别。经常在线路上需要连接不同型号的钢轨，如60kg/m钢轨与50kg/m钢轨连接、75kg/m钢轨与60kg/m钢轨连接。以前使用的异型钢轨夹板连接不同型号的钢轨，由于异型夹板伤损严重以及无缝线路的普及，异型钢轨夹板基本已淘汰。目前不同型号钢轨的连接采用的是异型钢轨的方法。

异型钢轨是利用普通钢轨在轨端加热锻造的方法制造的，实现了从一种钢轨断面变换成另一种钢轨断面的过渡。目前有轨端全断面加热的方法和轨端轨腰局部加热的方法两种，本专利是针对轨端轨腰局部加热的压制成型工艺。

现有的钢轨跟端全断面加热的成型方法，存在的问题是设备和模具投入较大、能源消耗大、锻造成型后轨头踏面的热影响软化区无法避免，容易导致异型轨在该软化区低塌或者形成马鞍形磨耗，引起钢轨踏面的不平顺。而轨端轨腰局部加热的压制成型工艺，需要的压力机吨位小，设备投入小；模具不需要成套的全断面成型模具，模具的投入和损耗小；由于只是加热轨腰，和全断面的整体加热比，生产过程中需要的能源大幅降低；由于压制成型过程中轨头没有加热，因而轨头的硬度没有改变，不存在因加热产生的轨头软化区，与钢轨母材的硬度完全一致，消除了异型轨使用中踏面的不平顺。

目前钢轨端部轨腰局部加热的压制成型工艺采用的加热方法为火焰加热的方法，由于火焰加热的效率低、受人为和环境影响因素多，导致质量很不稳定，而且火焰加热的时间较长，易导致钢轨轨头硬度的降低，容易导致异型轨使用中出现踏面的不平顺性。

现有的钢轨轨端全断面加热的成型方法：首先采用感应加热或火焰加热的方法对轨端约1米的长度进行全断面加热到锻造温度(1050-1100度)，把加热后的钢轨轨端移动到3000吨或5000吨压力机下，通过专用的成套磨具和锻压工艺，使轨端整体锻压成型为另一个型号尺寸的钢轨。存在的主要问题是：1)设备投入较大，压力机设备投资较大，2)模具需要腰模、头模和底模的成套磨具，不同型号的异型轨需要更换不同的模具，模具的投入、维修保养费用以及损耗都挺大；3)异型轨生产过程的能源消耗较大，需要对钢轨轨端的全断面进行加热，加热的温度较高，有时还需要加热2次的锻造工艺；4)异型轨轨端全断面加热后与未加热的钢轨母材之间的热影响区不可避免，尤其是轨头的热影响区导致的硬度低塌区无法避免，容易在异型轨的使用中出现该区域的低塌，同时会增加轮轨之间的作用力，不但影响车辆通行而且影响异型钢轨的使用寿命。

发明内容

为克服上述现有技术的缺陷，本发明提出一种对称断面异型钢轨感应加热压制成型装置及质量监控系统。

一种对称断面异型钢轨感应加热压制成型装置及质量监控系统，包括送轨机构、第一定位导向机构、液压压力机构、第二定位导向机构、感应加热机构和变压器及感应加热升降机构，送轨机构连接第一定位导向机构，第一定位导向机构连接液压压力机构，液压压力机构通过第二定位导向机构连接感应加热机构，感应加热机构连接变压器及感应加热升降机构，操作控制台及质量监控系统。

其中，装置还包括中频电源、空冷器、测温仪、光电开关、限位器等。

其中，第一定位导向机构和第二定位导向机构分别包括轨头顶面导辊和2个侧辊。

其中，感应加热机构安装于可电动调节高度的变压器及感应加热升降机构上。

其中，液压压力机构中的压下机构上安装有轨底模具。

其中，热处理机构还包括操作控制台，操作控制台控制整个压制过程，包括钢轨的走行；中频电源、空冷器、感应加热的启动和停止；感应加热机构的升降；液压压力机的动作。整个走行、感应加热和压制过程自动运行，保证了质量的稳定性。操作控制台上的电脑中安装有质量监控系统，实时记录感应加热过程中的中频电参数、温度曲线、加热时间等，存储在与异型钢轨编号对应的文件中，以备以后的查询，实现了对热处理过程的追溯和还原。

本发明提出的对称断面异型钢轨感应加热压制成型装置及质量监控系统，本发明采用的是轨端轨腰局部加热的压制成型方法制造异型钢轨，轨腰局部加热的方法是感应加热，通过异型轨的轨端中频感应加热线圈，实现了钢轨轨端轨腰和过渡段轨底的感应加热，当加热到设定的温度以后，系统自动停止加热并控制送轨机构迅速移动加热后的钢轨到压力机的精确位置，控制压力机对轨端进行压制成型，最后对成型后的异型轨进行轨腰切削加工和局部修正。感应加热的参数由操作控制台中的质量监控系统进行实时自动测量和记录，钢轨的走行机构保证了钢轨移动到加热线圈的精确位置进行加热，同时使钢轨移动到压力机的精确位置进行压制成型。整个过程自动控制，所有参数自动测量和存储并且便于查询和追溯，保证了感应加热和压制成型的质量稳定性。

本发明需要的压力机吨位小，设备投入小；模具不需要成套的全断面成型模具，投入和损耗小；由于只需要加热轨腰中心线区域和过渡区的轨底部位，和全断面的整体加热比，生产过程需要的能源大幅降低；由于压制成型之前只需要加热轨腰以及过渡段的轨底，轨头不需要加热，因而轨头的硬度不会因为加热的原因而改变，不存在因加热产生的轨头软化区，因而锻压区域轨头的硬度和钢轨母材的硬度完全一致，消除了异型轨使用中由于轨头软化区导致的踏面不平顺性。

附图说明

图1为一种对称断面异型钢轨感应加热压制成型装置及质量监控系统对钢轨轨端进行感应加热时的示意图。

图2为对称断面异型钢轨感应加热压制成型装置及质量监控系统进行异型轨压制成型时的示意图。

图3为对称断面异型钢轨感应加热压制成型装置及质量监控系统通过操作控制台的控制系统示意图。

图4为对称断面异型钢轨感应加热压制成型装置及质量监控系统的异型轨感应加热和压制变形区域示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种对称断面异型钢轨感应加热压制成型装置进行详细描述。

附图1、图2、图3和图4所示，一种对称断面异型钢轨感应加热压制成型装置，包括送轨机构1、第一定位导向机构2、液压压力机构3、第二定位导向机构4、感应加热机构5和变压器及感应加热升降机构6，送轨机构1连接第一定位导向机构2，第一定位导向机构2连接液压压力机构3，液压压力机构3通过第二定位导向机构4连接感应加热机构5，感应加热机构5连接变压器及感应加热升降机构6。

装置还包括中频电源24、空冷器25、测温仪23、光电开关22、限位器等。

感应加热机构5安装于可电动调节高度的变压器及感应加热升降机构6上。

液压压力机构3中的压下机构上安装有轨底模具。

热处理机构还包括操作控制台，操作控制台控制整个压制过程，包括钢轨的走行；中频电源24、空冷器25、感应加热的启动和停止；感应加热机构的升降；液压压力机的动作以及各种参数的采集、存储和查询。

送轨机构的功能是保证钢轨的走行，包括钢轨的前进和后退，走行的速度在操作控制台可控制。钢轨的走行可以是倒立着走行的，这样保证了异型轨压制成型以后，轨头一直是一条直线，有利于钢轨的走行。钢轨的走行也可以是正立着走行的，这时要保证异型轨的跟端压制过程中，钢轨的输送机构能随着压制的过程而同步降低、输送辊道平面的高度降低量为压力机压制时轨底面的压下量，即2种钢轨型式尺寸的高度差。钢轨走行的启动和停止在操作控制台控制，在自动运行的过程中，钢轨的启动、停止、后退等根据加热的温度、钢轨走行的位置相对加热感应线圈和压力机的位置、以及传感器的数据来控制。

为了防止钢轨发生翻倒撞坏机构，当钢轨输送机进入这些机构以后送轨机构的轨底压下装置落下压住轨底面，保证钢轨的稳定走行，轨底压下装置由气缸带动。钢轨跟端进行轨腰和轨底中频感应加热时的情形，钢轨跟端进行轨腰和轨底中频感应加热后在液压压力机压制成型时的情形。

定位导向机构由轨头面导辊和2个侧辊组成，保证钢轨精准地进入压力机机构和感应加热机构，不但避免了钢轨和机构的碰撞，而且保证了钢轨和这些机构保持合适而固定的间隙。

感应加热线圈安装在可电动调整高度的变压器及感应加热升降机构的变压器上。可以根据钢轨轨型的高度进行调整。通过钢轨端头打长孔插入热电偶后测得的实时加热温度曲线，轨腰中心、轨底三角区和2个轨底角的温度较均匀，满足了压制成型的要求。

液压压力机的压下机构上安装有轨底模具，压制成型过程中压力机中两侧的轨腰模具(也可用对应的鱼尾板代替)顶住钢轨，然后压下机构带着轨底模具向下走行完成轨端的异型钢轨成型。压制完成以后，轨底磨具向上走行，轨腰模具向两侧分开，脱模后钢轨在钢轨输送机的驱动下后退离开液压压力机。

钢轨输送机辅助的光电开关22识别钢轨端头的位置，通过旋转编码器21识别钢轨走行的距离，通过控制台的PLC精确控制钢轨走行到加热线圈的设定位置停止走行，精确控制钢轨走行到液压机的设定位置停止走行。

操作控制台控制整个过程，包括钢轨的走行、中频电源24、空冷器25、感应加热的启动和停止、感应加热机构的升降、液压压力机的动作以及各种参数的采集、存储和查询等。通过控制台可以实现全过程的自动运行，也可以手动干预，控制台的监控系统显示和存储设备状态、电参数、温度曲线等，实现存储和查询功能。

对称断面异型钢轨感应加热压制装置的工作方法，

1)钢轨倒立着吊入送轨机构，在控制台控制送轨机构的电机驱动钢轨倒立着向前走行；

2)当钢轨通过送轨机构的压下装置以后，在控制台控制轨底压下装置的气缸，使轨底压下装置压紧钢轨轨底，继续向前钢轨；

3)钢轨跟端进入并穿过压力机(此时压力机轨腰模具和轨底模具处于打开状态)，然后钢轨跟端经定位导向机构进入感应加热机构。当钢轨跟端进入加热线圈合适的长度以后，自动(操作控制台根据旋转编码器21提供的钢轨走行距离到设定的距离时自动控制钢轨停止)或手动停止钢轨送轨机的送轨，钢轨停止走行；

4)自动或手动启动中频电源24，对钢轨跟端锻压段进行感应加热，通过测温仪23检测到钢轨跟端轨腰中心到合适的温度或加热到设定的时间以后，自动停止中频电源24，

5)在感应加热的过程中，操作控制台的质量监控系统实时记录加热过程的中频电参数和加热温度曲线、加热时间等参数；形成一个与异型钢轨编号对应的文件中，以便于事后的查询。

6)感应加热停止后，迅速自动启动钢轨后退，当走行到钢轨跟端加热段完全进入液压压力机的精确合适位置后(根据旋转编码器21提供的钢轨走行距离到设定的距离时自动控制钢轨停止)，钢轨走行自动停止；

7)启动压力机的轨腰横向模具向中间靠拢并顶住轨腰，然后启动压力机的轨底模具向下走行并压制钢轨轨底，直至异型轨成型；

8)向上走行轨底模具，同时向两侧分开轨腰模具脱模；

9)钢轨自动后退，在钢轨跟端锻压段未接触轨底压下装置的位置前停止钢轨走行；

10)在操作控制台启动走行机构的轨底压下装置上升，避开钢轨轨跟端锻压段的轨底，继续往后退钢轨；

11)钢轨走行停止，吊走钢轨。准备下一根钢轨的跟端异型钢轨压制；

12)冷却以后的异型钢轨进行轨腰挤出区域的铣削加工和轨型修正处理。最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。

Claims (7)

1.一种对称断面异型钢轨感应加热压制成型装置及质量监控系统，包括送轨机构(1)、第一定位导向机构(2)、液压压力机构(3)、第二定位导向机构(4)、感应加热机构(5)和变压器及感应加热升降机构(6)，其特征在于，送轨机构(1)连接第一定位导向机构(2)，第一定位导向机构(2)连接液压压力机构(3)，液压压力机构(3)通过第二定位导向机构(4)连接感应加热机构(5)，感应加热机构(5)连接感应加热升降机构(6)，操作控制台(7)对设备和工艺过程进行控制。

2.根据权利要求1所述的对称断面异型钢轨感应加热压制成型装置，其特征在于，所述装置还包括中频电源(24)、空冷器(25)、测温仪(23)、光电开关(22)。

3.根据权利要求1所述的对称断面异型钢轨感应加热压制成型装置，其特征在于，所述第一定位导向机构(2)和第二定位导向机构(4)分别包括轨头顶面导辊和2个侧辊。

4.根据权利要求1所述的对称断面异型钢轨感应加热压制成型装置，其特征在于，所述感应加热机构(5)安装于可电动调节高度的感应加热升降机构(6)上。

5.根据权利要求1所述的对称断面异型钢轨感应加热压制成型装置，其特征在于，所述液压压力机构(3)中的压下机构上安装有轨底模具。

6.根据权利要求1所述的对称断面异型钢轨感应加热压制成型装置，其特征在于，所述热处理机构还包括操作控制台(7)，操作控制台控制整个压制过程，包括钢轨的走行；中频电源(24)、空冷器(25)、感应加热的启动和停止；感应加热机构的升降；液压压力机的动作以及各种参数的采集、存储和查询。

7.根据权利要求1所述的对称断面异型钢轨感应加热压制成型装置的工作方法，其特征在于，

1)钢轨倒立着吊入送轨机构，在控制台控制送轨机构的电机驱动钢轨倒立着向前走行；

2)当钢轨通过送轨机构的压下装置以后，在控制台控制轨底压下装置的气缸，使轨底压下装置压紧钢轨轨底，继续向前钢轨；

3)钢轨跟端进入并穿过压力机(此时压力机轨腰模具和轨底模具处于分开状态)，然后钢轨跟端经定位导向机构进入感应加热机构；当钢轨跟端进入加热线圈合适的长度以后，自动(操作控制台根据旋转编码器(21)提供的钢轨走行距离到设定的距离时自动控制钢轨停止)或手动停止钢轨送轨机的送轨，钢轨停止走行；

4)自动或手动启动中频电源(24)，对钢轨跟端锻压段的轨腰中心线及过渡段的轨底进行感应加热，通过测温仪(23)检测到钢轨跟端轨腰中心到合适的温度或加热到设定的时间以后，自动停止中频电源(24)；

5)在感应加热的过程中，操作控制台的电脑质量监控系统实时记录加热过程的中频电参数和加热温度曲线、加热时间等参数，形成一个与异型钢轨编号对应的文件中，以便于事后的查询；

6)感应加热停止后，迅速自动启动钢轨后退，当走行到钢轨跟端加热段完全进入液压压力机的精确合适位置后(根据旋转编码器(21)提供的钢轨走行距离到设定的距离时自动控制钢轨停止)，钢轨走行自动停止；

7)自动启动压力机的轨腰横向模具向中间靠拢并顶住轨腰，然后启动压力机的轨底模具向下走行并压制钢轨轨底，直至异型轨成型，轨腰模具设计时，预留了轨腰变形后挤出部分金属的位置；

8)向上走行轨底模具，同时向两侧分开轨腰模具脱模；

9)钢轨自动后退，在钢轨跟端锻压段未接触轨底压下装置的位置前停止钢轨走行；

10)在操作控制台启动走行机构的轨底压下装置上升，避开钢轨跟端锻压段的轨底，继续往后退钢轨；

11)钢轨走行停止，吊走钢轨；准备下一根钢轨跟端异型钢轨的压制；

12)冷却以后的异型钢轨进行轨腰挤出区域的铣削加工和轨型修正处理。

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