一种利用层流等离子的钢轨表面处理系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种利用层流等离子的钢轨表面处理系统，涉及钢轨再制造处理技术领域。本实用新型专利技术包括非转移弧层流等离子体束喷枪、高频整流电源、控制柜、送丝送粉装置、循环水冷却装置、气体供给装置、工业机器人和钢轨安装平台；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。本实用新型专利技术采用层流电弧等离子体束再制造系统设备对铁路道岔、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。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及钢轨再制造处理
，更具体地说涉及一种利用层流等离子的钢轨表面处理系统。
技术介绍
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，国家发改委等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。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中存在的不足和缺陷，本技术提供了一种利用层流等离子的钢轨表面处理系统，本技术的专利技术目的旨在于填补铁路再制造系统设备的空白，采用层流电弧等离子体束再制造系统设备对铁路道岔、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，本技术是通过下述技术方案实现的：一种利用层流等离子的钢轨表面处理系统，其特征在于：包括非转移弧层流等离子体束喷枪、高频整流电源、控制柜、送丝送粉装置、循环水冷却装置、气体供给装置、工业机器人和钢轨安装平台；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；所述循环水冷却装置通过控制柜控制与非转移弧层流等离子体束喷枪，用于非转移弧层流等离子体束喷枪的冷却；所述气体供给装置通过控制柜控制，用于给非转移弧层流等离子体束喷枪提供工作气体，所述高频整流电源通过控制柜控制，用于给非转移弧层流等离子体束喷枪提供电力支持；所述送丝送粉装置沿非转移弧层流等离子体束喷枪中心轴向送粉，所述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。所述工业机器人与控制柜连接，通过控制柜控制并执行控制柜输入的指令。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。所述气体供给装置供给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～90g/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，本技术所带来的有益的技术效果表现在：1、本技术利用层流等离子体对铁路进行再制造的方法，填补了铁路再制造系统方面的世界空白。实验证明，采用本技术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。本技术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、本技术的钢轨表面处理系统，可以在原有钢轨上，通过层流等离子熔覆技术增加与钢轨表面具有很好结合力的另一中材质——熔覆层，使钢轨具有了两种材质。较之原有钢轨，具有高硬度、高屈服应力极限和低摩擦力的特点。从而增强了钢轨的耐久性，并提高了钢轨及固定钢轨线路原件的使用寿命。3、本技术的钢轨表面处理系统，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，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、本技术的钢轨表面处理系统，还可以对钢轨表面进行喷涂处理，喷涂处理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、本技术的钢轨表面处理系统，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为本技术钢轨表面处理系统结构图；图2为本技术钢轨表面处理系统中非转移弧层流等离子体束喷枪的结构剖视图；图3为本技术钢轨表面处理系统中工业机器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用层流等离子的钢轨表面处理系统，其特征在于：包括非转移弧层流等离子体束喷枪(1)、高频整流电源(2)、控制柜(3)、送丝送粉装置(4)、循环水冷却装置(5)、气体供给装置(6)、工业机器人(7)和钢轨安装平台(8)；所述非转移弧层流等离子体束喷枪(1)安装在工业机器人(7)执行端(79)；所述循环水冷却装置(5)通过控制柜(3)控制与非转移弧层流等离子体束喷枪(1)，用于非转移弧层流等离子体束喷枪(1)的冷却；所述气体供给装置(6)通过控制柜(3)控制，用于给非转移弧层流等离子体束喷枪(1)提供工作气体，所述高频整流电源(2)通过控制柜(3)控制，用于给非转移弧层流等离子体束喷枪(1)提供电力支持；所述送丝送粉装置(4)沿非转移弧层流等离子体束喷枪(1)中心轴向送粉，所述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(8)上安装的钢轨进行表面处理。

【技术特征摘要】
1.一种利用层流等离子的钢轨表面处理系统，其特征在于：包括非转移弧层流等离子体束喷枪(1)、高频整流电源(2)、控制柜(3)、送丝送粉装置(4)、循环水冷却装置(5)、气体供给装置(6)、工业机器人(7)和钢轨安装平台(8)；所述非转移弧层流等离子体束喷枪(1)安装在工业机器人(7)执行端(79)；所述循环水冷却装置(5)通过控制柜(3)控制与非转移弧层流等离子体束喷枪(1)，用于非转移弧层流等离子体束喷枪(1)的冷却；所述气体供给装置(6)通过控制柜(3)控制，用于给非转移弧层流等离子体束喷枪(1)提供工作气体，所述高频整流电源(2)通过控制柜(3)控制，用于给非转移弧层流等离子体束喷枪(1)提供电力支持；所述送丝送粉装置(4)沿非转移弧层流等离子体束喷枪(1)中心轴向送粉，所述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(8)上安装的钢轨进行表面处理。2.如权利要求1所述的一种利用层流等离子的钢轨表面处理系统，其特征在于：所述工业机器人(7)与控制柜(3)连接，通过控制柜(3)控制并执行控制柜(3)输入的指令。3.如权利要求1或2所述的一种利用层流等离子的钢轨表面处理系统，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(11)周围环形均匀布置三个或三个以上的阴极(12)，阳极均分为多个不同部位与对应阴极(12)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(12)均安装在同一个底座(13)上固定，相互绝缘，底座(13)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...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨超，李露，何泽，李向阳，
申请(专利权)人：成都真火科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51