Установка для упрочнения вращающихся колесных пар железнодорожного подвижного состава

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована для увеличения ресурса колесных пар на железнодорожном транспорте. Полезная модель является зависимой по отношению к полезной модели по патенту RU № 147358, МПК C21D 9/34(2006.01), опубликованном 10.11.2014.
Известно устройство, осуществляющее упрочнение металлов плазмотроном с преобразователем потока рабочего газа, имеющим щелевое выходное отверстие. Торцевая поверхность преобразователя потока выполнена по форме обрабатываемого изделия. В процессе обработки щелевое отверстие располагают под углом 30-60° к образующей торцевой поверхности преобразователя потока рабочего газа, РФ №2401310, опубл. 10.10.2010.
Недостатком указанного устройства, является то, что в нем имеет место неравномерная подача тепловых потоков на изделие и соответственно происходит неравномерная обработка поверхности изделия вследствие высокого нестабилизированного расхода рабочего газа (азот) 1.8 г/сек.
Известно устройство, для упрочнения колесных пар железнодорожного подвижного состава, состоящая из механизмов вывешивания колесной пары, на каждом из которых смонтировано оборудование для наплавки колесных пар, включающее автомат для нанесения покрытия с устройством для подачи вещества в зону упрочнения, бункер с флюсом, пульт управления, источник сварочного тока и привод вращения колесной пары, который смонтирован поперек основного железнодорожного пути на уровне полосы катания рельса и состоит из системы двух электрических домкратов для вывешивания колесной пары, двухвалкового вращателя с профилированными канавками под гребень. Два последовательно соединенных редуктора и электродвигателя образуют общий контур с двумя источниками питания электрического тока, двумя плазматронами и двумя суппортами, расположенными в нижней части правого и левого колеса колесной пары и пультом дистанционного упрочнения, а плазматроны расположены совместно с валковым вращателем по горизонтали (RU 95666 U1 опубл. 10.07.2010).
Недостатком данного устройства является использование способа упрочнения прямой дугой без стабилизации расхода рабочего газа, что может привести к оплавлениям упрочняемой зоны.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является установка для упрочнения вращающихся колесных пар железнодорожного подвижного состава, содержащая плазмотроны для упрочнения колесных пар и источники питания основной и дежурной плазменных дуг, отличающаяся тем, что она снабжена блоком электромагнитного сканирования основной дуги с широтно-импульсной модуляцией, датчиком магнитного поля, установленным в зоне сканирования, и соединенным с ними центральным процессором, обеспечивающим задание программы всего цикла упрочнения и оперативное управление источниками питания основной и дежурной плазменных дуг в процессе цикла упрочнения (RU 147358 U1, C21D 9/34 (2006.01),  опубл. 10.11.2014).
Признаками прототипа, совпадающими с полезной моделью, являются все существенные признаки, раскрытые в формуле полезной модели по патенту RU 147358, а именно: назначение установки и то, что она содержит плазмотроны для упрочнения колесных пар и источники питания основной и дежурной плазменных дуг, что она снабжена блоком электромагнитного сканирования основной дуги с широтно-импульсной модуляцией, датчиком магнитного поля, установленным в зоне сканирования, и соединенным с ними центральным процессором, обеспечивающим задание программы всего цикла упрочнения и оперативное управление источниками питания основной и дежурной плазменных дуг в процессе цикла упрочнения.
Недостатком данного устройства является недостаточная эффективность упрочнения колесных пар за счет низкой стабильности процесса упрочнения вследствие неизбежного влияния  человеческого фактора из-за ручного управления  расходом рабочего газа, при котором качество упрочненного слоя зависит от квалификации оператора установки.
Полезная модель направлена на повышение эффективности упрочнения колесных пар за счет более равномерного распределения упрочненного слоя по глубине и ширине, снижения остаточных напряжений.
Технический результат - повышение эффективности упрочнения колесных пар за счет более равномерного распределения упрочненного слоя по глубине и ширине, снижения остаточных напряжений.
Технический результат обеспечивается за счет того, что установка для упрочнения вращающихся колесных пар железнодорожного подвижного состава, содержащая плазмотроны для упрочнения колесных пар и источники питания основной и дежурной плазменных дуг, блок электромагнитного сканирования основной дуги с широтно-импульсной модуляцией, датчик магнитного поля, установленные в зоне сканирования, и соединенный с ними центральный процессор, обеспечивающий задание программы всего цикла упрочнения и оперативное управление источниками питания основной и дежурной плазменных дуг в процессе цикла упрочнения, согласно полезной модели, дополнительно снабжена блоком регулировки и стабилизации расхода рабочего газа, аналоговым датчиком расхода рабочего газа, которые соединены с центральным процессором, дополнительно обеспечивающим оперативное управление расходом рабочего газа в зависимости от режимов упрочнения на протяжении всего цикла упрочнения.
Снабжение установки блоком регулировки и стабилизации расхода рабочего газа, аналоговым датчиком расхода рабочего газа, соединенных с центральным процессором, позволило  оперативно  управлять  расходом рабочего газа в зависимости от режимов упрочнения на протяжении всего цикла упрочнения, что в свою очередь позволило более равномерно распределять  упрочненный слой по глубине и ширине для снижения остаточных напряжений.
Исключение ручного управления расходом рабочего газа позволило повысить эффективность упрочнения колесных пар  в целом.
Кроме того, стало возможным  применять различные источники рабочего газа.
На фиг.1 показан общий вид установки, на фиг.2 показана блок-схема установки.
Установка состоит из основного блока 1, блока управления и индикации 2, соединенных электрическим кабелем 3, блока высоковольтной осцилляции 4, соединенного кабелями и шлангами 5 с основным блоком 1 и плазматрона для упрочнения колесных пар 6, соединенного водоохлаждаемыми кабелями 7 с блоком высоковольтной осцилляции 4. Плазматрон для упрочнения колесных пар 6 конструктивно объединен с электромагнитом сканирования дуги 8. (фиг.1).
В основном блоке 1 расположены: источник питания основной дуги 9, источник питания дежурной дуги 10, центральный процессор 11, блок регулировки и стабилизации расхода рабочего газа 12, блок охлаждения плазматрона 13, блок управления электромагнитным сканированием 14. В основном блоке 1 расположены также датчики системы управления: датчик тока дежурной дуги 15, датчик тока основной дуги 16, датчики температуры блока питания основной дуги 17 и блока питания дежурной дуги 18. Так же к центральному процессору 11 подключен датчик вращения колесной пары 19. В блоке управления и индикации 2 расположены органы управления установкой 20 и блок индикации 21. Блок регулировки и стабилизации расхода рабочего газа 12 состоит из аналогового датчика расхода газа 22 и электромагнитного пропорционального клапана 23, к которому подводится рабочий газ от внешнего источника. Блок охлаждения плазматрона 13 состоит из водяного насоса 24, датчика охлаждения 25, водяного радиатора с электрическим вентилятором 26 и емкости для охлаждающей жидкости 27. Блок управления электромагнитным сканированием 14 состоит из драйвера управления 28 электромагнитом сканирования дуги 8 и датчика электромагнитного сканирования 29.
Порядок работы установки для упрочнения колесных пар железнодорожного транспорта.
Органами управления установкой 20, расположенными на блоке управления и индикации 2, оператор производит запуск установки, при этом происходит инициализация центрального процессора 11, запуск блока охлаждения 13 плазматрона 6 и блока регулировки и стабилизации расхода рабочего газа 12.
После запуска блока регулировки и стабилизации расхода рабочего газа 12 происходит первоначально заданная настройка расхода рабочего газа, далее после начала процесса упрочнения и в течение всего цикла происходит регулировка и стабилизация расхода в зависимости от режимов упрочнения.
При поступлении разрешающих сигналов с датчика охлаждения 25, датчика температуры блока источника дежурной дуги 18 и блока регулировки и стабилизации расхода рабочего газа 12, центральный процессор 11 производит включение источника питания дежурной дуги 10 и инициализацию высоковольтного разряда блоком высоковольтной осцилляции 4 в плазматроне 6. Происходит возбуждение дежурной дуги.
Датчик тока дежурной дуги 15 выдает сигнал на центральный процессор 11, который включает блок управления электромагнитным сканированием 14 и разрешает включение блока питания основной дуги 9. При отсутствии запрещающих сигналов от датчиков электромагнитного сканирования 29, вращения колесной пары 19 и датчика температуры источника питания основной дуги 17  происходит включение источника питания основной дуги 9.
Под управлением центрального процессора 11 плавно увеличивается ток дежурной дуги, при этом увеличивается плазменная струя дежурной дуги и происходит возбуждение основной дуги. После чего происходит плавное увеличение тока основной дуги и уменьшение тока дежурной дуги до номинальных значений.
Центральный процессор 11 с помощью системы датчиков 15 – 19, 22, 25, 29 контролирует и выводит на блок индикации 21 следующие параметры:
- расход охлаждающей жидкости;
- расход рабочего газа;
- ток модуляции электромагнита;
- ток стабилизирующей дуги;
- отказ плазмотрона для упрочнения колесных пар 6 (короткое замыкание);
- рабочий ток основной дуги;
- линейную скорость упрочнения;
- рабочую температуру источников питания дежурной и основной дуг.
После замыкания упрочняемой дорожки происходит плавное снижение тока основной дуги вплоть до полного отключения. После выключения источника питания основной дуги 9 происходит отключение источника питания дежурной дуги 10, блока управления электромагнитным сканированием 14 и затем после паузы, достаточной для охлаждения плазматрона, происходит последовательное отключение блока охлаждения 13 плазмотрона 6, и блока регулировки и стабилизации расхода рабочего газа 12.