CN112375877B

CN112375877B - 一种百米钢轨循环连续整体喷风淬火实验装置

Info

Publication number: CN112375877B
Application number: CN202011345694.4A
Authority: CN
Inventors: 杨建�; 宋华; 高明昕; 付丽华; 张月; 廉法博; 关士学; 臧喜民; 邓鑫
Original assignee: University of Science and Technology Liaoning USTL
Current assignee: University of Science and Technology Liaoning USTL
Priority date: 2020-11-26
Filing date: 2020-11-26
Publication date: 2022-05-27
Anticipated expiration: 2040-11-26
Also published as: CN112375877A

Abstract

本发明公开了一种新型百米钢轨循环连续整体喷风淬火实验装置，包括上下左右4组环形导轨运动装置、上下左右4组循环转动喷风装置、钢轨移动装置和支撑机架。该实验装置创新性地将环形导轨运动装置和循环转动喷风装置相结合，利用环形导轨带动喷嘴的循环连续转动代替钢轨的直线运动，且在钢轨顶部、底部和两侧面仅采用64个喷嘴，可完全再现实际生产中百米钢轨的连续整体喷风淬火效果，实现了百米钢轨连续整体喷风淬火实验的短流程化和低成本化。

Description

一种百米钢轨循环连续整体喷风淬火实验装置

技术领域

本发明涉及百米钢轨在线喷风淬火实验装置，特别是一种循环连续的钢轨整体喷风淬火实验装置。

背景技术

随着高速重载铁路的不断发展，铁路行业对钢轨的强韧化提出了更高的要求。喷风淬火是目前百米钢轨强韧化广泛采用的一种热处理方式，其是采用压缩空气对钢轨表面进行加速冷却，相对于油淬、水淬和雾淬等淬火工艺具有绿色清洁无污染、对淬火表面状态不敏感、淬火均匀性好和残余应力小等优点。

在实际生产中，百米钢轨喷风淬火的整个淬火机组长达约140m，钢轨顶部、底部和两侧面所有的固定喷嘴数量总共达约8000多个，钢轨移动速度约为1.5m/s，连续喷风时间约为100s。采用该装置对钢轨喷风淬火进行相关工艺参数的优化实验，每次实验需消耗一整条百米钢轨，以及超大流量的压缩空气，单次实验成本较高。因此，发明一种短流程、低成本的百米钢轨整体喷风淬火实验装置是十分必要的，且具有重要的实际意义。

然而，开发该种短流程、低成本的百米钢轨整体喷风淬火实验装置的难点主要在于：（1）如何利用较短的淬火装置代替实际的140m淬火机组；（2）如何在较短的淬火装置上模拟实际的顶部、底部和两侧面固定喷嘴喷风与以1.5m/s速度连续运动的钢轨之间的相互作用。虽然，目前针对钢轨喷风淬火实验装置已出现了相关专利，如：（1）钢轨在线淬火的可移动式淬火冷却装置及方法（CN201910169582.9），用于解决现有生产线上轧机和冷床之间的预留空间内无法实现钢轨各个部位按照预定的冷却速率冷却或按预定的水-空交替淬火冷却工艺进行冷却，限制了钢轨轧后淬火冷却能力的发挥或者不得而不降低钢轨轧制的运动速率的技术问题；（2）一种长尺钢轨在线淬火机组的喷射冷却装置（CN201410189051.3），主要用于解决长尺75~125m、冷速范围0.6~42℃/s的不同牌号、尺寸规格、轨型钢轨的在线余热欠速淬火问题；（3）钢轨离线或在线轨头踏面进行淬火、回火热处理生产线（CN201010290360.1），主要用于解决国内外单一喷风或喷水的钢轨淬火工艺中传动和矫直分开以及内应力不易消除的技术问题；（4）一种钢轨在线喷风淬火热处理模拟实验装置（CN201310059797.8），主要用于解决如何在保证产品质量的前提下、合理地使用压缩空气的流量以及有效地控制流速以实现节能降耗的技术问题；（5）一种钢轨整体风冷淬火实验装置（CN201721201539.9），该装置可提供一种能够同时对轨头和轨底进行喷风冷却，喷风角度和压力可调，实验过程趋近于实际生产、研究结果精确的钢轨整体风冷淬火实验装置。然而，上述钢轨喷风淬火装置均无法真正实现百米钢轨生产线上钢轨的实际连续喷风淬火过程的短流程化和低成本化。

为解决该问题，申请人发明了“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（CN201710453301.3）”，该实验装置在解决钢轨淬火弯曲变形问题的同时，基于直径约2m的环形机架以及顶部、底部和两侧面共240个喷嘴，利用钢轨的周期圆周运动，初步实现了百米钢轨连续整体喷风淬火过程的模拟。但是该实验装置仍存在钢轨长度严重受限、喷嘴数量较多、结构复杂且尺寸较大、钢轨表面喷风位置与实际生产存在一定差异等缺点，因此，百米钢轨连续整体喷风淬火实验的短流程化和低成本化问题并没有得到根本解决。

发明内容

本发明提出的是一种新型百米钢轨循环连续整体喷风淬火实验装置，采用基于环形导轨的循环连续运动的喷风装置，旨在实现百米钢轨连续整体喷风淬火实验装置的短流程化和低成本化。

本发明的技术解决方案：其特征是包括4组环形导轨运动装置、4组循环转动喷风装置、钢轨移动装置和支撑机架。

所述的环形导轨运动装置主要包括电机、主动链轮、被动链轮、链条、环形导轨、滑块、连接块、支撑底板和中间连接板，其中电机带动主动链轮、链条和被动链轮转动，链条通过连接块带动滑块在环形轨道上运动，支撑板用于固定环形导轨、电机和链轮，中间连接板用于固定整个装置，每组环形导轨运动装置包含16个滑块。

所述的循环转动喷风装置主要包括气动旋转接头、气管接头、气动软管、喷嘴、喷嘴转换接头和连动角板，其中连动角板用于固定喷嘴，并用凹头螺栓连接在环形导轨运动装置中的滑块上，喷嘴通过依次喷嘴转换接头、气管接头、气动软管和气管接头连接到气动旋转接头的出气口，在环形导轨上运动的滑块会通过连动角板带动喷嘴运动，每组循环转动喷风装置包含16个喷嘴，从而实现循环连续喷风淬火，同时，沿环形导轨运动的喷嘴会通过气动软管带动气动旋转接头转子转动，以防止气动软管的缠绕锁死。

所述的钢轨移动装置主要包括钢轨、钢轨托板和移动滑台，其中钢轨托板用于放置钢轨和钢轨的定位，钢轨托板通过凹头螺栓固定在移动滑台上，移动滑台末端安装有限位螺栓，通过钢轨托板上的把手可纵向移动钢轨，用于将加热后的钢轨运送至循环转动喷风装置之中。

所述的支撑机架主要包括中间连接板固定板、气动旋转接头固定板和移动滑台固定板，分别用于固定环形导轨运动装置、循环转动喷风装置和钢轨移动装置。

本发明与现有同类技术相比，其优点体现在：

（1）本发明创新性地将环形导轨运动装置和循环转动喷风装置相结合，利用喷嘴的循环连续转动代替钢轨的直线运动，且在钢轨顶部、底部和两侧面仅采用64个喷嘴，可完全再现实际生产中百米钢轨的连续整体喷风淬火效果（包括表面淬火位置），喷嘴数量大大减少，对钢轨长度的限制大大降低；

（2）本发明的主体仅包含4组环形导轨运动装置和循环转动喷风装置，结构简单，易于实现，且长、宽、高仅为1.5m×1.4m×1.6m，大大缩短了淬火线长度和降低了实验成本，可有效实现短流程、低成本的百米钢轨循环连续整体喷风淬火实验。

附图说明

图1是新型百米钢轨循环连续整体喷风淬火实验装置的结构示意图。

图2是环形导轨运动装置的结构示意图。

图3是循环转动喷风装置的结构示意图。

图4是环形导轨运动装置和循环转动喷风装置的总体结构示意图。

图5是钢轨移动装置的结构示意图。

图6是支撑机架的结构示意图。

图中编号：1.淬火机架；2.循环转动喷风装置；3.环形导轨运动装置；4.钢轨移动装置；5.电机；6.支撑底板；7.被动链轮；8.链条；9.连接块；10.主动链轮；11.滑块；12.中间连接板；13.环形导轨；14.气动旋转接头；15.气管接头；16.气动软管；17.喷嘴；18.连动角板；19.喷嘴转换接头；20.移动滑台；21.钢轨托板；22.钢轨；23.中间连接板固定板；24.气动旋转接头固定板；25.移动滑台固定板。

具体实施方式

如图1所示，一种新型百米钢轨循环连续整体喷风淬火实验装置，该装置由淬火机架1、循环转动喷风装置2、环形导轨运动装置3和钢轨移动装置4构成；循环转动喷风装置2和环形导轨运动装置3在钢轨的周向各放置4组，分别负责钢轨顶部、底部和两侧面的喷风淬火。

如图2所示，所述的环形导轨运动装置3由电机5、支撑底板6、被动链轮7、链条8、连接块9、主动链轮10、滑块11、中间连接板12和环形导轨13构成，电机5固定在支撑底板6上，并与主动链轮10通过法兰连接，滑块11安装在环形导轨13上，运动的链条8通过连接块9带动滑块11在环形导轨13滑动，支撑底板6通过凹头螺栓与中间连接板12连接，中间连接板12通过图6中的中间连接板固定板23固定在淬火机架1上。

如图3所示，所述的循环转动喷风装置2由气动旋转接头14、气管接头15、气动软管16、喷嘴17、连动角板18和喷嘴转换接头19构成，气动旋转接头14的上端定子通过气管接头15与外部的空气压缩机连接，气动旋转接头14的下端转子先后通过气管接头15、气动软管16、气管接头15、喷嘴转换接头19与喷嘴17连通，负责给喷嘴提供压缩空气；图2中的滑块11通过与连动角板18连接带动喷嘴17循环连续地转动，循环连续转动的喷嘴17通过气动软管16带动气动旋转接头14的下端转子转动，可有效避免气动软管的缠绕锁死，其中循环转动喷风装置2和环形导轨运动装置3的运动方向如图4所示，沿直线运动且正对钢轨的喷嘴为有效喷风淬火区域；另外，电机5的导线通过气动旋转接头14的中心通孔连接至外部电源；气动旋转接头14通过图6中的气动旋转接头固定板24固定在淬火机架1上。

如图5所示，钢轨移动装置4由移动滑台20、钢轨托板21和钢轨22构成，钢轨托板21用于放置钢轨22，钢轨托板21仅在钢轨22两端提供支撑，以保证钢轨22底部的正常喷风淬火，钢轨托板21通过凹头螺栓连接在移动滑台20上，进而可实现钢轨22的纵向移动；移动滑台20通过图6中的移动滑台固定板25固定在淬火机架1上。

本发明的工作方式如下：

如图5所示，通过钢轨托板21侧面的把手，可将钢轨托板21沿移动滑台20向外拉出，将加热后的高温钢轨放置在钢轨托板21的凹槽位置，然后将推动钢轨托板21至移动滑台20末端的限定位置，启动图1中上下左右4组环形导轨运动装置3中的电机5，并设置相应转速以保证喷嘴移动速度为1.5m/s，打开外部的空气压缩机提供风源，便可对钢轨22进行循环连续整体喷风淬火实验。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种百米钢轨循环连续整体喷风淬火实验装置，包括上下左右4组环形导轨运动装置、上下左右4组循环转动喷风装置、钢轨移动装置和支撑机架，其特征在于：所述的环形导轨运动装置包括电机、主动链轮、被动链轮、链条、环形导轨、滑块、连接块、支撑底板和中间连接板，电机带动主动链轮、链条和被动链轮转动，链条通过连接块带动滑块在环形轨道上运动，支撑板用于固定环形导轨、电机和链轮，中间连接板用于固定所述环形导轨运动装置，每组所述的环形导轨运动装置包含16个滑块；所述的循环转动喷风装置包括气动旋转接头、气管接头、气动软管、喷嘴、喷嘴转换接头和连动角板，其中连动角板用于固定喷嘴，并用凹头螺栓连接在环形导轨运动装置中的滑块上，喷嘴通过依次喷嘴转换接头、气管接头、气动软管和气管接头连接到气动旋转接头的出气口，在环形导轨上运动的滑块会通过连动角板带动喷嘴运动，每组循环转动喷风装置包含16个喷嘴，沿环形导轨运动的喷嘴会通过气动软管带动气动旋转接头转子转动；所述的上下左右4组环形导轨运动装置分别带动所述的上下左右4组循环转动喷风装置，来对钢轨进行循环连续整体喷风淬火。

2.如权利要求1所述的一种百米钢轨循环连续整体喷风淬火实验装置，其特征在于：所述的钢轨移动装置包括钢轨、钢轨托板和移动滑台，钢轨托板用于放置钢轨和钢轨的定位，钢轨托板通过凹头螺栓固定在移动滑台上，移动滑台末端安装有限位螺栓，通过钢轨托板上的把手可纵向移动钢轨。

3.如权利要求1所述的一种百米钢轨循环连续整体喷风淬火实验装置，其特征在于：所述的支撑机架通过中间连接板固定板、气动旋转接头固定板和移动滑台固定板分别固定环形导轨运动装置、循环转动喷风装置和钢轨移动装置。