RU224398U1 - Вакуумная установка для очистки внутренней поверхности корпуса буксы железнодорожного вагона катодными пятнами вакуумно-дугового разряда - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области обработки металлов, в частности, к очистке коррозионных участков на внутренней поверхности корпуса буксы железнодорожного вагона, оставшихся после мойки буксы механическим способом. Вакуумная установка для очистки внутренней поверхности корпуса буксы железнодорожного вагона катодными пятнами вакуумно-дугового разряда содержит откачной пост, посадочную плиту, ограничивающую сверху откачной пост и выполненную с возможностью герметичной установки на ней обрабатываемой буксы, герметизирующую заглушку буксы, анод, жестко установленный на валу электрического двигателя и инициирующий электрод для зажигания вакуумно-дугового разряда. Инициирующий электрод установлен на кронштейне, жестко закрепленном на валу вращения электрического двигателя непосредственно под анодом без контакта с корпусом буксы, и выполнен в виде металлического корпуса, в который вставлена керамическая трубка с металлическим стержнем внутри. Металлический корпус и металлический стержень подключены к импульсному источнику напряжения инициирующего электрода через щеточный узел токоподвода инициирующего электрода, жестко закрепленного на валу вращения электрического двигателя. Обеспечивается повышение эффективности работы инициирующего электрода и всей вакуумной установки за счет того, что одновременное вращение анода и упомянутого инициирующего электрода в непосредственной близости друг от друга позволяет в случае погасания вакуумно-дугового разряда мгновенно возобновить его зажигание. 4 ил.

Description

Полезная модель относится к области обработки металлов, в частности к очистке коррозионных участков на внутренней поверхности корпуса буксы железнодорожного вагона, оставшихся после мойки буксы в моечных машинах немеханическими способами, а именно с использованием катодных пятен вакуумно-дугового разряда, и может найти применение в вагоноремонтных депо на железной дороге. Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, состоит в сокращении ручного труда, повышении качества и производительности процесса очистки и снижении его себестоимости.

Традиционно для очистки коррозионных участков внутренней поверхности корпуса буксы железнодорожного вагона используют механический труд, вручную, обычно шлифовальной шкуркой, пропитанной трансформаторным или индустриальным маслом, далее протиркой ветошью, смоченной керосином, а затем сухой (см., например, «Инструктивные указания по эксплуатации и ремонту вагонных букс с роликовыми подшипниками 3-ЦВРК», п. 5.2.8.1., или «Руководящий документ по ремонту и техническому обслуживанию колесных пар с буксовыми узлами грузовых вагонов магистральных железных дорог колеи 1520 (1524 мм)», п. 27.3). Недостатком является низкая производительность процесса, невозможность обеспечения равномерности обработки поверхности по всему периметру буксы, вредность производства для персонала и необходимость утилизации загрязненных материалов - шлифовальной шкурки, пропитанной маслом, ветоши и т.д.

Известна вакуумная установка для очистки внутренней поверхности корпуса буксы железнодорожного вагона [«Способ восстановления изношенной внутренней цилиндрической поверхности», патент РФ № 2635203, (Фиг. 1 в данном патенте)]. Установка состоит из вакуумной камеры, в которой установлена букса, откачной системы, анода, источников питания дугового разряда и инициирующего электрода. Анод выполнен в виде пластины, вращающейся вдоль внутренней поверхности корпуса буксы, которая является катодом. Отрицательный полюс источника питания вакуумно-дугового разряда подключен к катоду, положительный полюс -к аноду. Инициирующий зажигание вакуумно-дугового разряда электрод расположен на внутренней поверхности корпуса буксы вблизи одной из ее торцевых поверхностей. К инициирующему электроду подключен импульсный источник напряжения.

Основным недостатком известной установки является то, что корпус буксы устанавливается в вакуумной камере. Наличие вакуумной камеры увеличивает металлоемкость конструкции, трудозатраты при сборке, а также габариты всего устройства. Завышенный внутренний объем камеры увеличивает время откачки и снижает производительность установки.

Известна также вакуумная установка для очистки внутренней поверхности корпуса буксы железнодорожного вагона [«Способ восстановления изношенной внутренней цилиндрической поверхности», патент РФ № 2635203, (Фиг. 2 в данном патенте)]. Установка состоит из вакуумной камеры, которой является корпус буксы железнодорожного вагона, откачного поста, анода, источников питания дугового разряда и инициирующего электрода. Цилиндрическая конструкция буксы с торцов герметично закрыта заглушками. В качестве герметизирующих элементов конструкции между заглушками и торцами корпуса буксы могут быть использованы вакуумные резиновые прокладки. Букса нижней торцевой поверхностью устанавливается на кольцевую резиновую прокладку нижней заглушки, которая герметично соединена с откачной системой вакуумной установки. Верхняя торцевая поверхность корпуса буксы герметично закрыта металлической заглушкой с резиновой кольцевой прокладкой. Нижняя заглушка герметично соединена с откачной системой вакуумной установки. Анод выполнен в виде диска со штоком, возвратно-поступательно перемещающимся вдоль внутренней поверхности корпуса буксы, которая является катодом. Отрицательный полюс источника питания вакуумно-дугового разряда подключен к катоду, положительный полюс - к аноду. Инициирующий зажигание вакуумно-дугового разряда электрод расположен на нижней заглушке и упирается во внутреннюю поверхность корпуса буксы. К инициирующему электроду подключен импульсный источник напряжения.

Недостатком такой установки является длинный шток анода, который при максимальном опускании вниз вместе с механизмом движения штока занимает много места и таким образом увеличивает габариты установки. Кроме того жестко закрепленный на нижней заглушке инициирующий электрод не позволяет аноду опускаться до нижнего торца буксы. В случае произвольного погасания разряда и при удаленном расположении анода от инициирующего электрода не всегда возможно заново зажечь разряд. Приходится опускать анод ближе к инициирующему электроду и заново зажигать разряд. Это приводит к увеличению времени технологического процесса и снижению производительности установки.

Наиболее близкой по своей технической сущности и достигаемым результатам является вакуумная установка для очистки внутренней поверхности корпуса буксы железнодорожного вагона [статья В.Г. Кузнецов, Е.С.Бабушкина, Т.А. Курбанов. Моделирование тепловых процессов при модифицировании поверхности катодным пятном вакуумной дуги на установке с вращающимся неохлаждаемым анодом // Труды 13-й Международной конференции "Пленки и покрытия-2017", Санкт-Петербург, 2017, с. 13 - 17, рис. 1], включающая откачной пост, посадочную плиту, ограничивающую сверху откачной пост и выполненную с возможностью герметичной установки на ней обрабатываемой буксы; герметизирующую заглушку буксы, что обеспечивает использование корпуса буксы в качестве вакуумной камеры; анод, жестко установленный на валу двигателя и инициирующий электрод для зажигания вакуумно-дугового разряда; источник питания вакуумно-дугового разряда, импульсный источник напряжения инициирующего электрода, токоподводы для соединения корпуса буксы с минусом источника питания вакуумно-дугового разряда и для соединения анода с плюсом этого же источника питания, и для соединения инициирующего электрода с импульсным источником напряжения.

Однако принятая за прототип вакуумная установка для очистки внутренней поверхности корпуса буксы железнодорожного вагона имеет ряд недостатков, связанных со стационарным размещением инициирующего электрода на посадочной плите и обязательным касанием его корпуса буксы. Такая конструкция не обеспечивает стабильной работы полезной модели, приводит к увеличению времени технологического процесса и снижает эффективность работы всего устройства.

Задачей предлагаемой полезной модели является повышение надежности и стабильности работы установки, повышение производительности ее работы, повышение качества очистки поверхности.

Технический результат предлагаемой полезной модели состоит в повышении эффективности работы инициирующего электрода и всей вакуумной установки в целом.

Указанный выше технический результат достигается тем, что в вакуумной установке для очистки внутренней поверхности корпуса буксы железнодорожного вагона катодными пятнами вакуумно-дугового разряда, содержащей откачной пост, посадочную плиту, ограничивающую сверху откачной пост и выполненную с возможностью герметичной установки на ней обрабатываемой буксы; герметизирующую заглушку буксы; анод, жестко установленный на валу двигателя и инициирующий электрод для зажигания вакуумно-дугового разряда. Инициирующий электрод установлен на кронштейне, жестко закрепленном на валу вращения непосредственно под анодом без контакта с корпусом буксы, и выполнен в виде металлического корпуса, в который вставлена керамическая трубка с металлическим стержнем внутри. Такое конструктивное решение одновременного вращения анода и инициирующего электрода в непосредственной близости друг от друга позволяет в случае погасания вакуумно-дугового разряда мгновенно возобновить его зажигание, что способствует повышению производительности процесса очистки и равномерности обработки поверхности за счет устранения повторной обработки очищенных областей поверхности. Кроме того в предложенной конструкции напряжение импульсного источника питания не прикладывается к поверхности бусы, как в аналогах и в прототипе, что позволяет отказаться от использования дополнительных защитных устройств от прикосновения обслуживающего персонала установки к корпусу буксы, находящейся под высоким напряжением во время инициирования вакуумно-дугового разряда.

Признаки указанные выше являются необходимыми и достаточными для достижения указанного выше нового технического результата, то есть являются существенными.

Наличие отличительных признаков по отношению к выбранному прототипу свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию «новизна» по действующему Законодательству.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления предлагаемой полезной модели с получением вышеуказанного технического результата, поясняются чертежами.

На фиг. 1 показана схема предлагаемой полезной модели вакуумной установки.

На фиг. 2 показана детальная конструкция инициирующего электрода.

На фиг. 3 представлены фотографии внутренней поверхности корпуса буксы до очистки (Фиг. За) и после очистки (Фиг. 3б).

На фиг. 4 показана фотография опытного образца полезной модели.

Вакуумная установка содержит (см. фиг. 1) откачной пост 1, состоящий из вакуумного насоса 2, вакуумного трубопровода 3, вакуумного клапана 4, клапана напуска воздуха 5, вакуумного датчика давления 6, вакуумметра 7, фланца для присоединения внешнего насоса 8, посадочной плиты 9, электрического двигателя 10 с валом вращения 11; корпус обрабатываемой буксы 12, установленный на вакуумный уплотнитель 13, герметизирующая заглушка буксы 14 со смотровым окном 15 и вакуумным уплотнителем 16, анод 17, щеточный токоподвод анода 18, инициирующий электрод 19 (Конструктивно раскрыт на фиг. 2), кронштейн инициирующего электрода 20, щеточный узел токоподвода инициирующего электрода 21, токоподводы инициирующего электрода 22, токосъемные коллекторы инициирующего электрода 23, верхний токоподвод буксы 24, нижний токоподвод буксы 25, источник питания вакуумно-дугового разряда 26, амперметр 27, импульсный источник напряжения инициирующего электрода 28.

Инициирующий электрод 19 (фиг. 2) содержит металлический корпус 29, керамическую трубку 30 и металлический стержень 31. Металлический корпус 29 и металлический стержень 31 соединены через токоподводы 22 щеточного узла 21 с импульсным источником напряжения 28.

Установка работает следующим образом.

Корпус обрабатываемой буксы 12 железнодорожного вагона устанавливают на вакуумный уплотнитель 13 посадочной плиты 9 откачного поста 1 осесимметрично валу вращения 11. Сверху корпус буксы 12 закрывается герметизирующей заглушкой буксы 14 со смотровым окном 15 и вакуумным уплотнителем 16. В исходном состоянии вакуумный насос 2 выключен, вакуумный клапан 4 и клапан напуска воздуха 5 закрыты. Для откачки воздуха из внутреннего объема корпуса буксы 12 и вакуумного трубопровода 3 включается вакуумный насос 2, открывается вакуумный клапан 4 и производится откачка воздуха из внутреннего объема корпуса буксы 12. При регистрации вакуумным датчиком давления 6 вакуумметра 7 заданного форвакуумного давления включаются электрический двигатель 10, который начинает вращать вал вращения 11 с анодом 17 и инициирующим электродом 19. Для подачи напряжения между анодом 17 и корпусом буксы (катод) 12 включается источник питания вакуумно-дугового разряда 26. Плюс источника питания 26 через амперметр 24 подключается к щеточному токоподводу анода 18. Минус источника питания подводится к верхнему 24 и нижнему 25 токоподводам корпуса буксы 12. Для зажигания вакуумно-дугового разряда между корпусом буксы 12 и анодом 17 включается импульсный источник напряжения 28. Высоковольтный импульс напряжения подводится к токоподводам инициирующего электрода 22 щеточного узла токоподвода инициирующего электрода 21 и через токосъемные коллекторы 23 подводится к металлическому корпусу инициирующего электрода 29 и металлическому стержню инициирующего электрода 31. При подаче импульса высокого напряжения к электродам 29 и 31, между которыми находится керамическая трубка инициирующего электрода 30, по торцевой поверхности керамической трубки 30 зажигается искровой разряд. Зажигание искрового разряда инициирует зажигание вакуумно-дугового разряда, который горит между корпусом буксы 12, являющийся катодом, и анодом 17.

Процесс очистки поверхности от загрязнений объясняется следующим образом. Вакуумно-дуговой разряд на рабочей поверхности катода возникает и развивается в парах испаряемого материала катода (букса) и существует в перемещающихся по поверхности катода катодных пятнах. Температура в катодном пятне превышает температуру кипения материала катода и находится на уровне 5000°С. Область, разогреваемая катодным пятном на рабочей поверхности катода, превышает размеры самого катодного пятна. Однако, учитывая высокие скорости перемещения катодных пятен и их малые размеры, средняя температура поверхности металла остается интегрально "холодной". При наличии в зоне катодного пятна высокой плотности ионного тока над катодным пятном создается высокое давление плазмы на уровне 100-300 атм. Давление, оказываемое на поверхность лунки жидкого металла в катодном пятне, приводит к выдавливанию жидкого металла, который вылетает из катодного пятна в виде микрокапель. За счет испарения металла и выброса расплавленного металла в виде микрокапель все загрязнения, находящиеся на поверхности металла, удаляются. В результате этого обнажается чистая поверхность металла. Испаряя поверхностные пленки и другие загрязнения, эти многочисленные дуги создают благоприятную среду для своего горения и, концентрируясь на поверхностных загрязнениях и перемещаясь по ним, осуществляют процесс очистки (Фиг. 3), обеспечивая равномерное воздействие на обрабатываемое изделие.

На фиг. 3 представлены фотографии внутренней поверхности корпуса буксы до очистки (Фиг. 3а) и после очистки (Фиг. 3б). При наличии на поверхности буксы большого количества загрязнений имеется возможность подключения дополнительного форвакуумного насоса, который присоединяется к фланцу 8 вакуумной установки.

По завершении процесса очистки выключается источник питания вакуумно-дугового разряда 26, разряд гаснет, и выключается электрический двигатель 10 вала вращения 11.

Для выключения установки выключается вакуумный насос, открывается клапан напуска воздуха 5, что приводит к заполнению внутренней поверхности корпуса буксы, вакуумного трубопровода 3 и вакуумного насоса 2 воздухом. С буксы снимается герметизирующая заглушка буксы 14 и снимается корпус буксы 12 с посадочной плиты 9.

Опытный образец предложенный полезной модели (Фиг. 4) прошел испытание, в том числе в вагоноремонтных депо на железной дороге, и подтвердил не только промышленную применимость, но и указный выше новый технический результат.

Из вышеизложенного следует, что заявленное новое техническое решение - полезная модель «Вакуумная установка для очистки внутренней поверхности корпуса буксы железнодорожного вагона катодными пятнами вакуумно-дугового разряда» направлена на решение поставленной задачи с достижением нового технического результата и соответствует требованиям патентоспособности по действующему законодательству.

Claims (1)

1. Вакуумная установка для очистки внутренней поверхности корпуса буксы железнодорожного вагона катодными пятнами вакуумно-дугового разряда, включающая откачной пост, содержащий форвакуумный насос, электромагнитные клапаны, вакуумный трубопровод с вакуумным датчиком и вакуумметром, электрический двигатель с валом вращения, посадочную плиту, ограничивающую сверху откачной пост и выполненную с возможностью герметичной установки на ней обрабатываемой буксы, герметизирующую заглушку буксы, обеспечивающую использование корпуса буксы в качестве вакуумной камеры, анод, жестко установленный на валу вращения двигателя, инициирующий электрод для зажигания вакуумно-дугового разряда, источник питания вакуумно-дугового разряда, импульсный источник напряжения инициирующего электрода, токоподводы для соединения корпуса буксы с минусом источника питания вакуумно-дугового разряда и для соединения анода с плюсом этого же источника питания, и для соединения инициирующего электрода с импульсным источником напряжения, отличающаяся тем, что инициирующий электрод установлен на кронштейне, жестко закрепленном на валу вращения электрического двигателя непосредственно под анодом без контакта с корпусом буксы, и выполнен в виде металлического корпуса, в который вставлена керамическая трубка с металлическим стержнем внутри, при этом корпус и металлический стержень подключены к импульсному источнику напряжения инициирующего электрода через щеточный узел токоподвода инициирующего электрода, жестко закрепленный на валу вращения.