УСТАНОВКА ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ КОЛЕСНЫХ ПАР ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована для восстановления колесных пар на железнодорожном транспорте.
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 данного устройства являются высокое энергопотребление 43 кВт, значительный расход плазмообразующего газа (азот) 1.8 г/сек. и большие габариты в результате применения косвенного нагрева низкотемпературной плазмой.
Известно устройство плазменной термической обработки изделий, включающее нагрев поверхности плазменной дугой, создаваемой анодом и катодом, направленной под углом к плоскости обработки, размещение анодного пятна на аноде и воздействие на электрическую дугу постоянным магнитным полем. Нагрев поверхности осуществляют электрической дугой, создаваемой вращающимся охлаждаемым анодом и охлаждаемым катодом с анодным пятном, совершающим перемещение по аноду над поверхностью в прямом и обратном направлениях с амплитудой колебания не более 250 мм под воздействием одного или нескольких переменных магнитных полей, расположенных по ходу движения анодного пятна, создаваемых электромагнитами. Плазменную дугу при этом отжимают от поверхности изделия постоянными магнитными полями на расстояние не менее 3 мм, анодное пятно размещают на аноде на расстоянии 1,0-25,0 мм от поверхности изделия, перемещаемого относительно дуги со скоростью 0,01-25,0 см/с с поддержанием тока плазменной дуги 50-600 А, причем перемещение анодного пятна осуществляют с изменением вектора направления движения, а ось катода направляют под углом 15-180° к оси вращающегося анода, который заземляют, при этом обрабатываемое изделие также заземляют через регулируемое активное сопротивление и индуктивность, а сопло катодного узла соединяют с плюсом источника питания через активное сопротивление и контактор. (RU 2121514 С1, опубл. 10.11.1998). Недостатком данного устройства являются высокое энергопотребления, так как большая часть тепла, генерируемая в плазмотроне косвенного действия, идет на разогрев анода и отсутствие возможности производить обработку в труднодоступных местах, в частности, упрочнение колесных пар без выкатки непосредственно под подвижным составом из-за больших габаритов анодного узла.
Наиболее близким аналогом является установка для упрочнения коленных 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).
К недостаткам данного устройства:
- применение специализированного вращателя колесных пар, что ведет к удорожанию монтажных работ и ограниченности применения установки;
- отсутствие возможности получить равномерный нагрев по всей амплитуде сканирования из-за использования магнитного сканирования дуги без применения отслеживания магнитного поля измерением в зоне сканирования и оперативной корректировки его изменений в процессе упрочнения;
- низкая стабильность процесса упрочнения из-за применения механической регулировки тока основной дуги, изменением ее длины, что характеризуется большой инерционностью.
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, дополнительно 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.
Заявленная полезная модель позволяет получить следующий технический результат:
- повысить эффективность процесса упрочнения за счет более равномерного распределения упрочненного слоя по глубине и ширине, снижения остаточных напряжений, уменьшение влияния человеческого фактора и фактора износа оборудования;
- снизить энергопотребление;
- использование отдельных источников электрического питания инверторного типа для основной и дежурной плазменной дуг позволило скомпоновать установку в виде блок схемы, благодаря чему установка может использоваться как с выкаткой, так и без выкатки колесных пар (непосредственно под подвижным составом);
- установка может использоваться с применением вращателей колесных пар любого типа, а также непосредственно на станках, применяемых для обточки колесных пар.
На фиг.1 показан общий вид установки, на фиг.2 показана блок-схема установки.
Установка состоит из вращателя 1, привода вращателя 2, основного блока 3, блока управления и индикации 4, соединенных электрическим кабелем 5, блока высоковольтной осцилляции 6, соединенного кабелями и шлангами 7 с блоком 3 и плазматрона 8, соединенного водоохлаждаемыми кабелями 9 с блоком 6 (фиг.1).
В основном блоке 3 (фиг.2) расположены: инверторный блок питания основной дуги 10, инверторный блок питания дежурной дуги 11, центральный процессор управления установкой 12, газовый клапан 13, блок охлаждения 14 плазматрона 8. В основном блоке 3 расположены также датчики системы управления: датчик системы охлаждения 15, расхода газа 16, вращения 17, тока дежурной дуги 18, тока основной дуги 19. В блоке управления 4 расположены кнопки управления 20 и блок индикации 21. Плазматрон 8 конструктивно объединен с электромагнитом сканирования дуги 22 и датчиком магнитного поля 23. Блок высоковольтной осцилляции 6 соединен с плазматроном 8.
Порядок работы установки для упрочнения колесных пар железнодорожного транспорта.
Органами управления 20, расположенными на блоке управления и индикации 4, оператор производит запуск установки, при этом происходит инициализация центрального процессора 12 и запуск блока охлаждения 14 плазматрона 8. При поступлении разрешающих сигналов с датчиков охлаждения 15 плазматрона 8 и расхода газа 16, процессор производит включение блока питания дежурной дуги 11 и инициализацию высоковольтного разряда блоком 6 в плазматроне 8. Происходит возбуждение дежурной дуги.
Датчик тока дежурной дуги 18 выдает сигнал на процессор 12, который разрешает включение блока питания основной дуги 10. При отсутствии запрещающих сигналов от датчиков 15-19,23 происходит включение блока основной дуги 10.
Под управлением процессора 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. Данный способ позволяет производить переход без оплавлений упрочняемой поверхности.
В процессе упрочнения по сигналам датчиков магнитного поля 23 и тока основной дуги 19 происходит определение положения катодного пятна на упрочняемой поверхности и автоматическая регулировка тока основной дуги в соответствии с заложенными в процессоре данными. Так же по датчику магнитного поля происходит постоянная корректировка работы электромагнита 22. Данная оперативная регулировка дает возможность получать упрочненный поверхностный слой с заданными параметрами.
Центральный процессор 12 с помощью системы датчиков 15-19,23 контролирует и выводит на блок индикации 21 следующие параметры:
- расход охлаждающей жидкости;
- расход газа;
- ток электромагнита модуляции;
- ток стабилизирующей дуги;
- отказ плазмотрона (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 и одновременно увеличение тока дежурной дуги, что предотвращает получение кратеров и зон оплавлений при обрыве основной дуги и исключает вероятность разрыва бандажа из-за высоких растягивающих напряжений в месте перекрытия.
После выключения источника основной дуги 10 происходит отключение блока дежурной дуги 11, затем последовательное отключение блока водяного охлаждения 14 и газового электроклапана 13.