CN206033854U - 一种层流等离子钢轨表面处理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种层流等离子钢轨表面处理装置，涉及钢轨再制造处理技术领域。本实用新型包括非转移弧层流等离子体束喷枪、工业机器人、送丝送粉装置和钢轨安装平台；采用非转移弧层流等离子发生器作为热源，非转移弧层流等离子发生器沿钢轨纵向轴线相对平行匀速移动，由送丝送粉装置沿非转移弧层流等离子发生器中心轴向送粉，钢轨安装平台上安装的钢轨进行表面处理。本实用新型采用层流电弧等离子体束再制造***设备对铁路道岔、钢轨、车轮及其它轨道车辆零部件进行热表面强化处理，经过处理的材料表面硬度增强效果非常明显，其耐磨性也获得极大提高。
Description
技术领域
本实用新型涉及钢轨再制造处理技术领域，更具体地说涉及一种层流等离子钢轨表面处理装置。
背景技术
随着我国轨道交通的高速化、重载化，铁路运行条件日益苛刻，使得铁路及其配件、轨道机车零部件受力状态更加恶劣，加快了失效速度，缩短了使用寿命。轨道车辆的主要零部件及配件的生产呈现供不应求的局面，国内企业的生产能力已经满足不了市场的需求，有的轨道车辆零部件及铁路配件还需通过进口解决；另外，轨道车辆零部件及配件大多数为铸钢件，表面处理过程十分复杂，一旦失效，只能回炉处理，无法实现剩余价值的循环再利用。
随着未来铁路设施与装备存量的不断扩大、更新，如何回收并充分利用退役的老化设施、装备及其零件成为绿色轨道交通领域中一个重要的研究课题。2010年，国家***等11部委联合发布《关于推进再制造产业发展的意见》，明确将铁路机车再制造列入再制造重点发展领域，掀开了铁路再制造的新篇章。
再制造是维修发展的高级阶段，是先进制造领域的一种重要技术，也是废旧产品高技术修复、改造的产业化应用。它以废旧产品的零部件为毛坯，采用先进的表面工程技术对其进行修复，多数情况是在损伤的零件表面制备一薄层耐磨、耐蚀、抗疲劳的表面涂层。再制造产品质量和性能达到或超过原型新品，而成本则不超过原型新品的50％，节能60％、节材70％，对环境的不良影响也显著降低，属于典型的绿色制造。
近两百年来，铁轨、轮毂、道岔、铁路机车轴承、车轮、车轴等相关轨道部件的表面强化与修复一直都是全世界的关注热点，但由于其自身高性能、高熔点以及独特的使用特点，传统技术以及近几十年来新兴的技术无法用于其表面修复与强化。世界各大工业强国，如美国、俄国、德国、俄罗斯等国家，每年投入了大量的人力与物力，用于铁路再制造技术的研究，但仍然没有从根本上解决这个难题，就目前而言，俄罗斯在传统等离子体强化轮毂方面取得了一些应用进展，美国及中国铁路研究院在激光强化轨道表面也取得了局部应用进展，但从根本实际应用上讲，这仍属于未突破的世界难题。
实用新型内容
为了克服上述现有技术中存在的不足和缺陷，本实用新型提供了一种层流等离子钢轨表面处理装置，本实用新型的实用新型目的旨在于填补铁路再制造***设备的空白，采用层流电弧等离子体束再制造***设备对铁路道岔、钢轨、车轮及其它轨道车辆零部件进行热表面强化处理，经过处理的材料表面硬度增强效果非常明显，其耐磨性也获得极大提高。
为了解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型是通过下述技术方案实现的：
一种层流等离子钢轨表面处理装置，其特征在于：包括非转移弧层流等离子体束喷枪、工业机器人、送丝送粉装置和钢轨安装平台；所述非转移弧层流等离子体束喷枪安装在工业机器人执行端；所述送丝送粉装置固定在非转移弧层流等离子体束喷枪的枪体上，所述送丝送粉装置的喷头沿非转移弧层流等离子体束喷枪中心轴向送粉；所述送丝送粉装置将复合粉末喷覆在钢轨安装平台上安装的钢轨上，非转移弧层流等离子体束喷枪喷射出的层流等离子体束对钢轨安装平台上安装的钢轨进行表面处理。
所述送丝送粉装置通过卡槽和卡扣活动连接在非转移弧层流等离子体束喷枪上，所述卡槽设置在非转移弧层流等离子体束喷枪枪体上，所述卡扣设置在送丝送粉装置上。
所述非转移弧层流等离子体束喷枪采用中轴圆柱阳极结构，沿阳极柱周围环形均匀布置三个或三个以上的阴极，阳极均分为多个不同部位与对应阴极形成连接电弧，形成高弧压小电流层流长束等离子弧；阳极和阴极均安装在同一个底座上固定，相互绝缘，底座有水、电、气通道，圆柱阳极的外表面相对绝缘，只有在靠近出口的头部裸露导电，从而与阴极间形成电场。
所述非转移弧层流等离子体束喷枪使用的工作气体为氩气、氮气、氦气、氢气和氨气中的一种或任意两种以上的混合。
所述工业机器人包括安装座、旋转连接座、第一关节臂、第二关节臂和第三关节臂；所述旋转连接座设置在安装座上且在安装座上旋转，所述第一关节臂的一端铰接在旋转连接座的顶端，在第一驱动机构的驱动下，第一关节臂绕与旋转连接座铰接的铰接轴转动，所述第二关节臂的一端铰接在第一关节臂的另一端，在第二驱动机构的驱动下，第二关节臂绕与第一关节臂铰接的铰接轴转动，所述第三关节臂的一端铰接在第二关节臂的另一端，在第三驱动机构的驱动下，第三关节臂绕与第二关节臂铰接的铰接轴转动。
所述工业机器人的执行端设置在第三关节臂的另一端。
所述送丝送粉装置的送粉量为30g/min～90 g/min。
所述非转移弧层流等离子体束喷枪的功率大于或等于200KW。
与现有技术相比，本实用新型所带来的有益的技术效果表现在：
1、本实用新型利用层流等离子体对铁路进行再制造的方法，填补了铁路再制造***方面的世界空白。实验证明，采用本实用新型的层流等离子进行钢轨表面处理的方法对铁路道岔、钢轨、车轮及其它轨道车辆零部件进行热表面强化处理，经过处理的材料表面硬度增强效果非常明显，其耐磨性也获得极大提高。在这方面，申请人前期对多种轨道及轮毂钢进行了大量的层流等离子体束表面热处理(非转移弧)试验，并抽取了部分样品进行第三方检测，检测结果表明：处理后轨道及轮毂钢表面硬度提高三到四倍，其耐磨性提高10倍以上。本实用新型方法用于铁路轨道和车轮，将极大地提高其耐磨性，成倍延长铁轨和车轮使用寿命，对我国铁路建设和维护具有里程碑意义。另外，通过对铁路捣固镐头的实际工作测试表明：经层流等离子体束表面热处理的捣固镐头寿命提高至少5倍。
2、本实用新型的钢轨表面处理装置，可以适用于钢轨的熔覆处理以及钢轨的喷涂处理，送丝送粉装置固定在非转移弧层流等离子体束喷枪的枪体上，沿非转移弧层流等离子体束喷枪中心轴向送粉，可以在原有钢轨上熔覆一层熔覆层，使钢轨具有了两种材质，与原有钢轨比较，具有高硬度、高屈服应力极限和低摩擦力的特点。可以增强钢轨的耐久性，并提高钢轨及固定钢轨线路原件的使用寿命。
3、本实用新型的钢轨表面处理装置，采用非转移弧层流等离子为热源，以层流等离子为热源进行熔覆或喷涂，由于层流等离子热量集中，离子弧稳定性好，没有电极熔耗，输出热量均匀，便于控制，这样使得熔铸区热量分布均匀，材料熔合充分均匀，排气浮渣都充分，收缩应力分布均匀。由于层流等离子设备控制精度高，对熔覆区和过渡区的控制方便，且均匀度好，应力分配更容易控制合理。用氩气等气体介质保护不需要各种添加剂，也不存在排氢，氧化等问题，所以等离子熔覆更适合大面积，大厚度，高质量的硬面熔铸（如高锰·高铬陶瓷材料等），适合于制造铁路道岔、钢轨、车轮及其它轨道车辆零部件等。
4、本实用新型的钢轨表面处理装置，还可以对钢轨表面进行喷涂处理，进行喷涂处理时，只需要更换送丝送粉装置内的喷涂材料，送丝送粉装置活动连接在非转移弧层流等离子体束喷枪的枪体上，可以拆卸，方便更换送丝送粉装置内的材料，喷涂处理也是采用层流等离子喷涂技术，在钢轨表面喷涂一层表面涂层，层流等离子的加热方式对涂层材料限制少，涂层材料选择广泛，且对碳化物及氧化物等熔覆更容易。
5、本实用新型的钢轨表面处理装置，层流等离子是一种电离弧，比弧焊机热量更集中，所以加热速度更快，为了获得更集中的离子束，一般采用高压缩比孔径，小电流，以便控制基体温度不致太高，避免引起退火变形，以激光器加热速度无法比拟。
附图说明
图1为本实用新型钢轨表面处理装置整体结构示意图图；
图2为本实用新型钢轨表面处理装置中非转移弧层流等离子体束喷***构剖视图；
图3为本实用新型钢轨表面处理装置中送丝送粉装置的结构示意图；
图4为本实用新型钢轨表面处理装置中工业机器人的结构示意图；
附图标记：1、非转移弧层流等离子体束喷枪，2、送丝送粉装置，3、工业机器人，4、钢轨安装平台，11、枪体，12、底座，13、阳极柱，14、阴极，15、卡槽；21、卡扣；31、安装座，32、旋转连接座，33、第一关节臂，34、第二关节臂，35、第三关节臂，36、第一驱动机构，37、第二驱动机构，38、第三驱动机构，39、执行端。
具体实施方式
实施例1
作为本实用新型一较佳实施例，参照说明书附图1，本实施例公开了：
一种层流等离子钢轨表面处理装置，包括非转移弧层流等离子体束喷枪1、工业机器人3、送丝送粉装置2和钢轨安装平台4；所述非转移弧层流等离子体束喷枪1安装在工业机器人3执行端39；所述送丝送粉装置2固定在非转移弧层流等离子体束喷枪1的枪体11上，所述送丝送粉装置2的喷头沿非转移弧层流等离子体束喷枪1中心轴向送粉；所述送丝送粉装置2将复合粉末喷覆在钢轨安装平台4上安装的钢轨上，非转移弧层流等离子体束喷枪1喷射出的层流等离子体束对钢轨安装平台4上安装的钢轨进行表面处理。
实施例2
作为本实用新型又一较佳实施例，参照说明书附图1、2和3，本实施例公开了：
一种层流等离子钢轨表面处理装置，包括非转移弧层流等离子体束喷枪1、工业机器人3、送丝送粉装置2和钢轨安装平台4；所述非转移弧层流等离子体束喷枪1安装在工业机器人3执行端39；所述送丝送粉装置2固定在非转移弧层流等离子体束喷枪1的枪体11上，所述送丝送粉装置2的喷头沿非转移弧层流等离子体束喷枪1中心轴向送粉；所述送丝送粉装置2将复合粉末喷覆在钢轨安装平台4上安装的钢轨上，非转移弧层流等离子体束喷枪1喷射出的层流等离子体束对钢轨安装平台4上安装的钢轨进行表面处理；
所述送丝送粉装置2通过卡槽15和卡扣21活动连接在非转移弧层流等离子体束喷枪1上，所述卡槽15设置在非转移弧层流等离子体束喷枪1枪体11上，所述卡扣21设置在送丝送粉装置2上。
实施例3
作为本实用新型又一较佳实施例，参照说明书附图1、2和3，本实施例公开了：
一种层流等离子钢轨表面处理装置，包括非转移弧层流等离子体束喷枪1、工业机器人3、送丝送粉装置2和钢轨安装平台4；所述非转移弧层流等离子体束喷枪1安装在工业机器人3执行端39；所述送丝送粉装置2固定在非转移弧层流等离子体束喷枪1的枪体11上，所述送丝送粉装置2的喷头沿非转移弧层流等离子体束喷枪1中心轴向送粉；所述送丝送粉装置2将复合粉末喷覆在钢轨安装平台4上安装的钢轨上，非转移弧层流等离子体束喷枪1喷射出的层流等离子体束对钢轨安装平台4上安装的钢轨进行表面处理；
所述送丝送粉装置2通过卡槽15和卡扣21活动连接在非转移弧层流等离子体束喷枪1上，所述卡槽15设置在非转移弧层流等离子体束喷枪1枪体11上，所述卡扣21设置在送丝送粉装置2上；
所述非转移弧层流等离子体束喷枪1采用中轴圆柱阳极结构，沿阳极柱13周围环形均匀布置三个或三个以上的阴极14，阳极均分为多个不同部位与对应阴极14形成连接电弧，形成高弧压小电流层流长束等离子弧；阳极和阴极14均安装在同一个底座12上固定，相互绝缘，底座12有水、电、气通道，圆柱阳极的外表面相对绝缘，只有在靠近出口的头部裸露导电，从而与阴极14间形成电场。
在本实施例中，所非转移弧层流等离子体束喷枪1使用的工作气体可以是氩气，也可以是氮气，也可以是氦气，也可以是氢气，也可以是氨气；还可以是氩气与氮气的混合气体，还可以是氦气和氢气的混合气体。
实施例4
作为本实用新型又一较佳实施例，参照说明书附图1、2、3和4，本实施例公开了：
一种层流等离子钢轨表面处理装置，包括非转移弧层流等离子体束喷枪1、工业机器人3、送丝送粉装置2和钢轨安装平台4；所述非转移弧层流等离子体束喷枪1安装在工业机器人3执行端39；所述送丝送粉装置2固定在非转移弧层流等离子体束喷枪1的枪体11上，所述送丝送粉装置2的喷头沿非转移弧层流等离子体束喷枪1中心轴向送粉；所述送丝送粉装置2将复合粉末喷覆在钢轨安装平台4上安装的钢轨上，非转移弧层流等离子体束喷枪1喷射出的层流等离子体束对钢轨安装平台4上安装的钢轨进行表面处理；
所述送丝送粉装置2通过卡槽15和卡扣21活动连接在非转移弧层流等离子体束喷枪1上，所述卡槽15设置在非转移弧层流等离子体束喷枪1枪体11上，所述卡扣21设置在送丝送粉装置2上；
所述非转移弧层流等离子体束喷枪1采用中轴圆柱阳极结构，沿阳极柱13周围环形均匀布置三个或三个以上的阴极14，阳极均分为多个不同部位与对应阴极14形成连接电弧，形成高弧压小电流层流长束等离子弧；阳极和阴极14均安装在同一个底座12上固定，相互绝缘，底座12有水、电、气通道，圆柱阳极的外表面相对绝缘，只有在靠近出口的头部裸露导电，从而与阴极14间形成电场；
所述工业机器人3包括安装座31、旋转连接座32、第一关节臂33、第二关节臂34和第三关节臂35；所述旋转连接座32设置在安装座31上且在安装座31上旋转，所述第一关节臂33的一端铰接在旋转连接座32的顶端，在第一驱动机构36的驱动下，第一关节臂33绕与旋转连接座铰接的铰接轴转动，所述第二关节臂34的一端铰接在第一关节臂33的另一端，在第二驱动机构37的驱动下，第二关节臂34绕与第一关节臂33铰接的铰接轴转动，所述第三关节臂35的一端铰接在第二关节臂34的另一端，在第三驱动机构38的驱动下，第三关节臂35绕与第二关节臂34铰接的铰接轴转动。
实施例5
作为本实用新型又一较佳实施例，参照说明书附图1、2、3和4，本实施例公开了：
一种层流等离子钢轨表面处理装置，包括非转移弧层流等离子体束喷枪1、工业机器人3、送丝送粉装置2和钢轨安装平台4；所述非转移弧层流等离子体束喷枪1安装在工业机器人3执行端39；所述送丝送粉装置2固定在非转移弧层流等离子体束喷枪1的枪体11上，所述送丝送粉装置2的喷头沿非转移弧层流等离子体束喷枪1中心轴向送粉；所述送丝送粉装置2将复合粉末喷覆在钢轨安装平台4上安装的钢轨上，非转移弧层流等离子体束喷枪1喷射出的层流等离子体束对钢轨安装平台4上安装的钢轨进行表面处理；
所述送丝送粉装置2通过卡槽15和卡扣21活动连接在非转移弧层流等离子体束喷枪1上，所述卡槽15设置在非转移弧层流等离子体束喷枪1枪体11上，所述卡扣21设置在送丝送粉装置2上；
所述非转移弧层流等离子体束喷枪1采用中轴圆柱阳极结构，沿阳极柱13周围环形均匀布置三个或三个以上的阴极14，阳极均分为多个不同部位与对应阴极14形成连接电弧，形成高弧压小电流层流长束等离子弧；阳极和阴极14均安装在同一个底座12上固定，相互绝缘，底座12有水、电、气通道，圆柱阳极的外表面相对绝缘，只有在靠近出口的头部裸露导电，从而与阴极14间形成电场；
在本实施例中，所非转移弧层流等离子体束喷枪1使用的工作气体可以是氩气，也可以是氮气，也可以是氦气，也可以是氢气，也可以是氨气；还可以是氢气与氮气的混合气体，还可以是氦气和氨气的混合气体。
所述工业机器人3包括安装座31、旋转连接座32、第一关节臂33、第二关节臂34和第三关节臂35；所述旋转连接座32设置在安装座31上且在安装座31上旋转，所述第一关节臂33的一端铰接在旋转连接座32的顶端，在第一驱动机构36的驱动下，第一关节臂33绕与旋转连接座铰接的铰接轴转动，所述第二关节臂34的一端铰接在第一关节臂33的另一端，在第二驱动机构37的驱动下，第二关节臂34绕与第一关节臂33铰接的铰接轴转动，所述第三关节臂35的一端铰接在第二关节臂34的另一端，在第三驱动机构38的驱动下，第三关节臂35绕与第二关节臂34铰接的铰接轴转动；所述工业机器人3的执行端39设置在第三关节臂35的另一端。
在本实施例中，所述送丝送粉装置24的送粉量为30g/min。也可以选取送粉量为50g/min的送丝送粉装置24，还可以选取送粉量为80g/min的送丝送粉装置24；还可以选取送粉量为90g/min的送丝送粉装置24；送丝送粉装置24的送粉量可根据熔覆层或表面涂层的厚度以及熔覆速度或表面涂层的喷涂速度来确定。
在本实施例中，所述非转移弧层流等离子体束喷枪11的功率大于或等于200KW。
Claims (8)
1.一种层流等离子钢轨表面处理装置，其特征在于：包括非转移弧层流等离子体束喷枪(1)、工业机器人(3)、送丝送粉装置(2)和钢轨安装平台(4)；所述非转移弧层流等离子体束喷枪(1)安装在工业机器人(3)执行端(39)；所述送丝送粉装置(2)固定在非转移弧层流等离子体束喷枪(1)的枪体(11)上，所述送丝送粉装置(2)的喷头沿非转移弧层流等离子体束喷枪(1)中心轴向送粉；所述送丝送粉装置(2)将复合粉末喷覆在钢轨安装平台(4)上安装的钢轨上，非转移弧层流等离子体束喷枪(1)喷射出的层流等离子体束对钢轨安装平台(4)上安装的钢轨进行表面处理。
2.如权利要求1所述的一种层流等离子钢轨表面处理装置，其特征在于：所述送丝送粉装置(2)通过卡槽(15)和卡扣(21)活动连接在非转移弧层流等离子体束喷枪(1)上，所述卡槽(15)设置在非转移弧层流等离子体束喷枪(1)枪体(11)上，所述卡扣(21)设置在送丝送粉装置(2)上。
3.如权利要求1或2所述的一种层流等离子钢轨表面处理装置，其特征在于：所述非转移弧层流等离子体束喷枪(1)采用中轴圆柱阳极结构，沿阳极柱(13)周围环形均匀布置三个或三个以上的阴极(14)，阳极均分为多个不同部位与对应阴极(14)形成连接电弧，形成高弧压小电流层流长束等离子弧；阳极柱(13)和阴极(14)均安装在同一个底座(12)上固定，相互绝缘，底座(12)有水、电、气通道，圆柱阳极的外表面相对绝缘，只有在靠近出口的头部裸露导电，从而与阴极(14)间形成电场。
4.如权利要求3所述的一种层流等离子钢轨表面处理装置，其特征在于：所述非转移弧层流等离子体束喷枪(1)使用的工作气体为氩气、氮气、氦气、氢气和氨气中的一种或任意两种以上的混合。
5.如权利要求1所述的一种层流等离子钢轨表面处理装置，其特征在于：所述工业机器人(3)包括安装座(31)、旋转连接座(32)、第一关节臂(33)、第二关节臂(34)和第三关节臂(35)；所述旋转连接座(32)设置在安装座(31)上且在安装座(31)上旋转，所述第一关节臂(33)的一端铰接在旋转连接座(32)的顶端，在第一驱动机构(36)的驱动下，第一关节臂(33)绕与旋转连接座(32)铰接的铰接轴转动，所述第二关节臂(34)的一端铰接在第一关节臂(33)的另一端，在第二驱动机构(37)的驱动下，第二关节臂(34)绕与第一关节臂(33)铰接的铰接轴转动，所述第三关节臂(35)的一端铰接在第二关节臂(34)的另一端，在第三驱动机构(38)的驱动下，第三关节臂(35)绕与第二关节臂(34)铰接的铰接轴转动。
6.如权利要求5所述的一种层流等离子钢轨表面处理装置，其特征在于：所述工业机器人(3)的执行端(39)设置在第三关节臂(35)的另一端。
7. 如权利要求1、2、4、5或6所述的一种层流等离子钢轨表面处理装置，其特征在于：所述送丝送粉装置(2)的送粉量为30g/min～90 g/min。
8.如权利要求1、2、4、5或6所述的一种层流等离子钢轨表面处理装置，其特征在于：所述非转移弧层流等离子体束喷枪(1)的功率大于或等于200KW。
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| CN201621088984.4U CN206033854U (zh) | 2016-09-29 | 2016-09-29 | 一种层流等离子钢轨表面处理装置 |
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| CN206033854U true CN206033854U (zh) | 2017-03-22 |
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