一种车轮淬火台及其处理方法与流程

本发明属于铁路车轮热处理技术领域，尤其涉及一种车轮淬火台及其处理方法。

背景技术：

车轮热处理是车轮制造过程的重要工序，对车轮的使用性能起到决定性作用，车轮踏面淬火尤其重要。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

目前国内外常用的车轮淬火方式为踏面淬火(即单面淬火)，即对轮辋踏面进行喷水淬火冷却，以改善车轮轮辋部位的综合机械性能。但随着世界货运重载化发展趋势，货运轴重不断增加，而车轮在服役过程中容易发生剥离、磨耗过快、辗边辗堆等运行缺陷，因此客户对车轮强硬度、塑韧性、车轮踏面金相组织的要求越来越高，而常规的车轮单面淬火冷却方式已无法满足此高性能要求。在车轮轮辋辋面淬火过程中，为保证辋面的喷水效果，难免会出现喷嘴喷射出的水花飞溅到辐板部位，从而影响车轮辐板组织和性能，但许多车轮制造标准中都明确规定：车轮轮辋淬火时，严禁止辐板进水。

车轮淬火台及其处理方法是一种火车用车轮轮辋淬火热处理设备，车轮经淬火炉整体加热的车轮平放在淬火台上，车轮按一定的速度旋转，车轮沿踏面采用淬火喷嘴进行冷却，获得一定强度与硬度的设备，淬火喷嘴采用分散水柱，该种喷嘴主要存在如下问题：

1)轮缘冷却能力不足：直喷嘴淬火无法冷却整个车轮轮缘，淬火水仅能喷到轮缘尖点的下方，喷水超过轮缘尖点将会导致车轮辐板进水，要保证辐板不进水，就会造成轮缘冷却不足，车轮轮缘硬度偏低，以aar-b材质车轮为例，轮缘硬度低约10-15hb，降低车轮使用过程的不耐磨。

2)踏面贝氏体异常组织分布不均匀：直喷淬火水在重力作用下沿踏面下流，形成踏面由上到下的冷却能力不一致，以aar-b材质车轮为例，靠近上面(内侧面)的冷却能力低，贝氏体组织浅，通常为4-5mm，靠近下面(外侧面)的冷却能力强，贝氏体组织较深(约8-10mm)，为消除踏面贝氏体组织，需要在淬火前留10mm加工余量，导致成材率下降，增加车轮制造成本。

3)对外侧面轮毂突出的车轮，直喷嘴淬火水能够直喷到轮毂，导致轮毂受到冷却。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种对整个车轮均匀喷水，保证了车轮轮缘硬度及贝氏体异常组织在整个踏面的均匀分布，工作效率高，自动化程度高的车轮淬火台及其处理方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种车轮淬火台及其处理方法，具有：

台架；所述台架上设有上喷装置、中喷装置和下喷装置；

所述上喷装置能够对车轮上轮辋面淬火；

所述中喷装置能够对车轮踏面淬火；

所述下喷装置能够支撑车轮并对车轮下轮辋面淬火。

所述上喷装置设置在所述台架的上部；所述上喷装置具有：

上喷水机构，设置在所述台架上，所述上喷水机构至少设有两组；

所述上喷水机构具有：

旋转座，转动安装在所述台架上；

进水管，安装在所述旋转座上；

喷嘴连接盘，安装在所述进水管的第一端上；

喷嘴，安装在所述喷嘴连接盘上；

连接板，设置在所述旋转座上；

连杆，连接相邻的两个旋转座的连接板，所述连杆的两端与连接板铰接；

驱动机构，与一个旋转座的连接板铰接；

所述中喷装置设置在所述台架的中部，所述中喷装置具有：

喷枪座，安装在所述台架上；

喷嘴面板，设置在所述喷枪座上；所述喷嘴面板设有一系列列的喷孔，不同列的喷孔相互错开；

挡水板，所述挡水板滑动安装在所述喷嘴面板上，所述挡水板能够滑动遮蔽喷孔；

所述下喷装置设置在所述台架的下部，所述下喷装置具有：

供水环管，设置在台架上；所述供水环管的外周至少设有两组支撑机构，每个支撑机构上均设有一组下喷水机构；

所述支撑机构具有：

底座；

滑块，滑动安装在所述底座上；

滑台，固定安装在所述滑块上；

托辊，安装在所述滑台上，托辊能够支撑淬火车轮；

所述下喷水机构具有：

喷嘴供水管，安装在所述滑台上，所述喷嘴供水管的第一端与所述供水环管连通，喷嘴供水管的第二端延伸到所述托辊附近；

下喷嘴，设置在所述喷嘴供水管的第二端上。

所述上喷装置上还设有喷气机构，所述喷气机构具有：

喷气嘴，设置在所述喷嘴连接盘上，所述喷气嘴设置在所述喷水嘴附近；

进气管，第一端与所述喷嘴连接盘连接，所述喷嘴连接盘内设有连通所述进气管和喷气嘴的通道。

还具有进水总管，所述旋转座转动安装在所述进水总管上，旋转座内设有连通所述进水总管和进水管的管道。

所述进水总管为圆形；所述上喷水机构共有三组；所述驱动机构为电动推杆，所述电动推杆的伸缩杆与所述旋转座的连接板铰接；所述电动推杆安装在所述台架上，电动推杆的伸缩杆与边缘的旋转座的连接板铰接。

所述喷嘴面板上的喷孔列为竖直方向设置；不同列的喷孔在水平方向上相互错开。

所述挡水板为“l”形，“l”形挡水板的第一侧为遮蔽端，第二侧为连接端；所述挡水板的第二侧设置在所述喷嘴面板上端的上方；所述挡水板的第二侧上设有调整螺栓，所述调整螺栓与所述挡水板的第二侧螺纹配合，调整螺栓的端部与所述喷嘴面板的上端接触。

所述喷嘴面板的表面为锯齿形，所述喷孔设置在锯齿形表面的工作面上；所述工作面与喷嘴面板的底面有一个夹角；所述喷孔的中心线垂直所述工作面；所述喷嘴面板上设有导轨，所述挡水板上设有与所述导轨适配的导槽。

还具有进气总管，所述进气总管为圆形，进气总管与进水总管连接；所述进气管的第二端与所述旋转座连接；还具有连接气管，所述连接气管连通所述转动座和进气总管，所述转动座内设有连通所述连接气管和进气管的通道。

还具有托辊驱动机构，所述托辊驱动机构具有托辊传动电机和托辊传动轴，所述托辊传动电机安装在所述滑台上，托辊传动电机的转轴与所述托辊传动轴的第一端连接，所述托辊传动轴的第二端与所述托辊连接。

滑台驱动机构包括丝杆、螺母和伺服电机，所述螺母固定安装在所述滑块的底部，所述丝杆转动安装在所述底座上，所述丝杆与螺母适配；所述伺服电机与所述丝杆连接；所述供水环管的外周设有三组支撑机构，三组支撑机构在所述供水环管的外周均匀分布；所述底座上设有导轨，所述滑块上设有与所述导轨适配的导槽；所述喷嘴供水管通过管夹安装在所述滑台上。

一种上述车轮淬火台的处理方法，所述中喷装置的喷孔为斜喷嘴，淬火水喷射方向与车轮径向成角斜喷，淬火过程淬火水与车轮踏面成一定角度，角度控制为38-45度，喷射到踏面的水被反射走，使整个踏面冷却均匀，淬火水斜喷的方向与车轮旋转方向相同，喷射到轮缘的残留的淬火水在离心力作用下沿车轮外圆切线甩出，保证辐板不进水；车轮轮缘硬度及贝氏体异常组织在整个踏面均匀分布，整个踏面异常组织在6mm以内，车轮淬火前加工余量在5mm以内。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果，对整个车轮均匀喷水，保证了车轮轮缘硬度及贝氏体异常组织在整个踏面的均匀分布，工作效率高，自动化程度高。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的车轮淬火台的结构示意图；

图2为图1的车轮淬火台的中喷装置的结构示意图；

图3为图1的车轮淬火台的中喷装置的结构示意图；

图4为图1的车轮淬火台的中喷装置的原理图；

图5为图1的车轮淬火台的上喷装置的结构示意图；

图6为图5的车轮淬火台的上喷装置的局部放大图；

图7为图5的车轮淬火台的上喷装置的局部放大图；

图8为图1的车轮淬火台的下喷装置的结构示意图；

上述图中的标记均为：1、台架，2、中喷机构，21、喷枪座，22、喷嘴面板，221、喷孔，23、挡水板，24、调整螺栓，5、上喷机构，501、电动推杆，502、进气管，503、进水管，504、旋转座，5041、连接板，505、喷嘴连接盘，506、进水总管，507、连杆，508、喷水嘴，509、喷气嘴，510、进气总管，6、下喷机构，61、托辊传动电机，62、供水环管，63、淬火车轮，64、下喷嘴，65、托辊，66、管夹，67、喷嘴供水管，68、滑台，69、滑块，610、丝杆，611、伺服电机，612、底座。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1-8，一种车轮淬火台，具有：台架；台架上设有上喷装置5、中喷装置2和下喷装置6。上喷装置5能够对车轮上轮辋面淬火；中喷装置2能够对车轮踏面淬火；下喷装置6能够支撑车轮并对车轮下轮辋面淬火。能够对车轮踏面和辋面同时喷水冷却，以提高车轮整个轮辋强硬度。

上喷装置5具有：

上喷水机构，设置在台架上，上喷水机构至少设有两组；上喷水机构具有：旋转座504，转动安装在台架上；进水管503，安装在旋转座504上；喷嘴连接盘505，安装在进水管503的第一端上；喷嘴，安装在喷嘴连接盘505上；连接板5041，设置在旋转座504上；连杆507，连接相邻的两个旋转座504的连接板5041，连杆507的两端与连接板5041铰接；

驱动机构，与一个旋转座504的连接板5041铰接。

还具有进水总管506，旋转座504转动安装在进水总管506上，旋转座504内设有连通进水总管506和进水管503的管道。进水总管506为圆形，与车轮的形状相适配，便于车轮的处理。上喷水机构共有三组，一个电动推杆501通过联动机构操作三组上喷水机构，上喷水机构能够自动伸出和收回，操作方便。

在上喷水机构收回后，能够更换喷嘴连接盘505上的喷嘴，生产调节方便、快捷；可大大降低工人换规格时的喷嘴调节强度，大大提高调节效率，且易于实现车轮喷嘴调节的标准化。

在一个淬火台上，共设有三个联动调节机构，三个联动调节机构在进水总管506的周向均匀分布。能够对车轮上表面均匀喷水，处理后的车轮质量高。

驱动机构为电动推杆501，电动推杆501的伸缩杆与旋转座504的连接板5041铰接。电动推杆501安装在台架上，电动推杆501的伸缩杆与边缘的旋转座504的连接板5041铰接。

在淬火过程中，车轮在旋转台上进行顺时针旋转，根据图5装置进行上喷嘴设计，上喷嘴可独立控制对车轮辋面进行喷水冷却。在车轮淬火过程中，利用此装置对车轮轮辋辋面进行喷水冷却，即通过一种增大轮辋冷却面积、提高轮辋冷却速度的方法，可在不降低塑性、韧性的情况下，提高车轮强硬度及耐磨性。

能显著增加车轮轮辋冷却面积，提高轮辋冷却能力，加快整个轮辋区域金属在两相区温降速率，增加奥氏体往珠光体转变过冷度，提高珠光体形核率，细化珠光体片层间距，进一步提升整个轮辋区域的强硬度。

可对车轮辋面进行喷水冷却，可增加轮辋冷却能力，即在不降低塑性、韧性的情况下，有效提高车轮强硬度，从而最大程度地发掘车轮材料的使用性能，同时上喷水机构能够自动伸出和收回，操作方便。

上喷装置上还设有喷气机构，喷气机构具有：喷气嘴509，设置在喷嘴连接盘505上，喷气嘴509设置在喷水嘴508附近；进气管502，第一端与喷嘴连接盘505连接，喷嘴连接盘505内设有连通进气管502和喷气嘴509的通道。还具有进气总管510，进气总管510为圆形，进气总管510与进水总管506连接；进气管502的第二端与旋转座连接；还具有连接气管，连接气管连通转动座和进气总管510，转动座内设有连通连接气管和进气管502的通道。

车轮在淬火加热炉加热出炉后，采用机械手将其放置在淬火台上，托辊保证车轮旋转，利用中喷嘴对车轮踏面和轮缘喷水冷却，中喷嘴的冷却水是顺着踏面向下流动，不会喷溅到辐板部位。

而辋面的上喷嘴在喷水冷却时，水花喷至辋面时，会四处飞溅，流入辐板部位。采用如图7所示的喷嘴装置设计，可独立对喷水嘴508、喷风嘴进行独立调节，在满足车轮淬火冷却效果的同时，可控制喷风嘴的风量对喷嘴水花进行干预，完全阻挡喷水嘴508的水花飞溅，有效防止水花溅至辐板，避免影响辐板组织及性能。

在淬火过程中，车轮在旋转台上进行顺时针旋转，根据图7装置进行上喷嘴设计，上喷嘴可独立控制对车轮辋面进行喷水冷却。喷水过程中，单独有个喷风嘴进行喷风，以阻挡水花飞溅，其水压、水量、风压、风量可通过调节系统进行调节控制，有效调整喷水冷却效果和喷风阻挡效果。

侧喷嘴装置的喷水时间与踏面淬火结束时间，具体可根据轮辋的淬火冷却效果及车轮性能检测结果进行调节。在保证淬火水可均匀覆盖车轮辋面的同时，可有效防止淬火水喷溅到车轮辐板部位，影响车轮辐板性能。

同时对轮辋的踏面和内辋面进行喷水冷却，能显著增加车轮轮辋冷却面积，提高轮辋冷却能力，加快整个轮辋区域金属在两相区温降速率，增加奥氏体往珠光体转变过冷度，提高珠光体形核率，细化珠光体片层间距，进一步提升整个轮辋区域的强硬度。保证喷嘴的冷却水不会喷溅到辐板部位，以保证车轮淬火质量。

中喷装置2具有：喷枪座21；喷嘴面板22，设置在喷枪座21上；喷嘴面板22设有一系列平行列的喷孔221，不同列的喷孔221相互错开；通过互错开的列的喷孔221，形成完整全踏面喷水效果，如图4所示，对整个踏面均匀喷水。

挡水板23，挡水板23滑动安装在喷嘴面板22上，挡水板23能够滑动遮蔽喷孔221。通过调整挡水板23能够改变出水面积，适应不同的使用环境。

喷嘴面板22上的喷孔221列为竖直方向设置；不同列的喷孔221在水平方向上相互错开。

挡水板23为“l”形，“l”形挡水板23的第一侧为遮蔽端，第二侧为连接端；挡水板23的第二侧设置在喷嘴面板22上端的上方；挡水板23的第二侧上设有调整螺栓24，调整螺栓24与挡水板23的第二侧螺纹配合，调整螺栓24的端部与喷嘴面板22的上端接触。通过挡水板23的活动改变喷水面积，适应不同使用环境。

喷嘴面板22的表面为锯齿形，喷孔221设置在锯齿形表面的工作面上；工作面与喷嘴面板22的底面有一个夹角；喷孔221的中心线垂直工作面。设计为斜喷嘴，淬火水喷射方向与车轮径向成角斜喷(见图4)，使得喷射到踏面的水被反射走，避免了淬火水下落，导致踏面由上到下的冷却不均匀，保证了整个踏面冷却均匀，保证了车轮轮缘硬度及贝氏体异常组织在整个踏面的均匀分布。

喷嘴面板22上设有导轨，挡水板23上设有与导轨适配的导槽，便于挡水板23的定向滑动。

下喷装置6具有：供水环管62，设置在台架上；供水环管62的外周至少设有两组支撑机构，每个支撑机构上均设有一组下喷水机构；支撑机构具有：底座612；滑块69，滑动安装在底座612上；滑台68，固定安装在滑块69上；托辊65，安装在滑台68上。

下喷水机构具有：喷嘴供水管67，安装在滑台68上，喷嘴供水管67的第一端与供水环管62连通，喷嘴供水管67的第二端延伸到托辊65附近；下喷嘴64，设置在喷嘴供水管67的第二端上。

还具有托辊驱动机构，托辊驱动机构具有托辊传动电机61和托辊传动轴，托辊传动电机安装在滑台上，托辊传动电机61的转轴与托辊传动轴的第一端连接，托辊传动轴的第二端与托辊65连接。托辊传动电机61为变频电机可以根据工艺要求调整转速；电机通过减速箱减速，输出旋转通过联轴器连接轴，的转动带动托辊转动，托辊驱动车轮转动，完成车轮再淬火过程的转动。传动电机通过长轴连接保证了电机干湿分离，电机不会再淬火过程中进水，同时与车轮热源分离，保护了传动电机。

通过驱动机构联动带动支撑机构和下喷水机构，能够快捷方便地移动托辊65和下喷嘴64。

滑台驱动机构包括丝杆610、螺母和伺服电机611，螺母固定安装在滑块69的底部，丝杆610转动安装在底座612上，丝杆610与螺母适配；伺服电机611与丝杆610连接。通过丝杆610机构移动支撑机构和下喷水机构，移动精准可靠。1)巧妙的利用托棍的台的进退来保证下喷嘴冷却喷嘴的区域；节省了下喷嘴的调整机构；2)通过喷嘴靠内侧设计挡水，保证喷嘴的谁不喷到辐板上，保证了辐板不进水。

供水环管62的外周设有三组支撑机构，三组支撑机构在供水环管62的外周均匀分布。通过三组支撑机构支撑淬火车轮63，承载可靠。

底座612上设有导轨，滑块69上设有与导轨适配的导槽，起到移动导向作用。

喷嘴供水管67通过管夹66安装在滑台68上，防止喷嘴供水管67脱落，同时管夹66拆装喷嘴供水管67方便。

能够快捷方便地移动托辊65和下喷嘴64，在需要承托淬火车轮63时伸出，工作完成后收回托辊65和下喷嘴64，工作效率高。同时可以调整托辊65和下喷嘴64的位置，适应不同尺寸的淬火车轮63。

操作过程：

1)喷嘴安装在淬火台的滑轨上，每个淬火台由6个喷嘴组装，喷嘴的进水端于进水管相连接，由主水管提供水源。

2)根据需要生产的车轮直径在控制电脑上设置好喷嘴布置的直径，设置好后，执行喷嘴条调节指令，喷嘴将根据设置直径自动调节到即将生产的车轮的设置位置，等待车轮热处理。

3)根据工艺设置淬火水压及淬火时间。

4)根据车轮轮辋高度调节调节好喷嘴挡水板23的位置，以整个踏面水能覆盖且保证辐板不进水为原则。

5)车轮从加热炉由机械手取出加热好的车轮放置在淬火台上，淬火台收到车轮信号后，气缸下降，将车轮落到淬火台的旋转托辊上，车轮进行旋转同时，自动控制6组喷嘴同时喷水对车轮踏面进行淬火，根据设定的淬火水压、淬火时间进行淬火，并开始计时，淬火时间达到工艺设定时间，喷嘴停止喷水，淬火台停止转动，气缸将淬火好的车轮顶起，机械手将完成好的车轮用机械手抓走，完成淬火。

一种车轮淬火台及其处理方法的处理方法，喷孔221为斜喷嘴，淬火水喷射方向与车轮径向成角斜喷(见图4)，淬火过程淬火水与踏面成一定角度，控制为38-45度，使得喷射到踏面的水被反射走，避免了淬火水下落，导致踏面由上到下的冷却不均匀，保证了整个踏面冷却均匀，淬火水斜喷的方向与车轮旋转方向一致，喷射到轮缘的残留的淬火水在离心力作用下沿车轮外圆切线摔出，保证辐板不进水；由于喷水方向的改变，喷水方向避开了轮毂，解决了轮毂被淬火水喷射问题。通过控制喷嘴的喷射速度，斜喷淬火水能够冷却整个轮缘而保证淬火水通过轮辋进入到辐板，解决了轮缘冷却能力问题。

保证了车轮轮缘硬度及贝氏体异常组织在整个踏面的均匀分布，以aar-b材质为例，保证整个踏面异常组织在6mm以内，车轮淬火前加工余量从10mm降低到5mm，平均每件车轮能够节省钢锭10kg，以每年生产50万片车轮吨钢价格4000元计算，年节约成本：50×10/1000×4000＝2000万元。通过相互错开的列的喷孔221，形成完整全踏面喷水效果，对整个踏面均匀喷水，保证了车轮轮缘硬度及贝氏体异常组织在整个踏面的均匀分布。

采用上述的结构后，能够对整个车轮均匀喷水，保证了车轮轮缘硬度及贝氏体异常组织在整个踏面的均匀分布，工作效率高，自动化程度高。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。