本發(fā)明涉及鋼軌再制造處理技術領域，更具體地說涉及一種利用層流等離子的鋼軌表面處理系統(tǒng)。

背景技術：

隨著我國軌道交通的高速化、重載化，鐵路運行條件日益苛刻，使得鐵路及其配件、軌道機車零部件受力狀態(tài)更加惡劣，加快了失效速度，縮短了使用壽命。軌道車輛的主要零部件及配件的生產(chǎn)呈現(xiàn)供不應求的局面，國內企業(yè)的生產(chǎn)能力已經(jīng)滿足不了市場的需求，有的軌道車輛零部件及鐵路配件還需通過進口解決；另外，軌道車輛零部件及配件大多數(shù)為鑄鋼件，表面處理過程十分復雜，一旦失效，只能回爐處理，無法實現(xiàn)剩余價值的循環(huán)再利用。

隨著未來鐵路設施與裝備存量的不斷擴大、更新，如何回收并充分利用退役的老化設施、裝備及其零件成為綠色軌道交通領域中一個重要的研究課題。2010年，國家發(fā)改委等11部委聯(lián)合發(fā)布《關于推進再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見》，明確將鐵路機車再制造列入再制造重點發(fā)展領域，掀開了鐵路再制造的新篇章。

再制造是維修發(fā)展的高級階段，是先進制造領域的一種重要技術，也是廢舊產(chǎn)品高技術修復、改造的產(chǎn)業(yè)化應用。它以廢舊產(chǎn)品的零部件為毛坯，采用先進的表面工程技術對其進行修復，多數(shù)情況是在損傷的零件表面制備一薄層耐磨、耐蝕、抗疲勞的表面涂層。再制造產(chǎn)品質量和性能達到或超過原型新品，而成本則不超過原型新品的50％，節(jié)能60％、節(jié)材70％，對環(huán)境的不良影響也顯著降低，屬于典型的綠色制造。

近兩百年來，鐵軌、輪轂、道岔、鐵路機車軸承、車輪、車軸等相關軌道部件的表面強化與修復一直都是全世界的關注熱點，但由于其自身高性能、高熔點以及獨特的使用特點，傳統(tǒng)技術以及近幾十年來新興的技術無法用于其表面修復與強化。世界各大工業(yè)強國，如美國、俄國、德國、俄羅斯等國家，每年投入了大量的人力與物力，用于鐵路再制造技術的研究，但仍然沒有從根本上解決這個難題，就目前而言，俄羅斯在傳統(tǒng)等離子體強化輪轂方面取得了一些應用進展，美國及中國鐵路研究院在激光強化軌道表面也取得了局部應用進展，但從根本實際應用上講，這仍屬于未突破的世界難題。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術中存在的不足和缺陷，本發(fā)明提供了一種利用層流等離子的鋼軌表面處理系統(tǒng)，本發(fā)明的發(fā)明目的旨在于填補鐵路再制造系統(tǒng)設備的空白，采用層流電弧等離子體束再制造系統(tǒng)設備對鐵路道岔、鋼軌、車輪及其它軌道車輛零部件進行熱表面強化處理，經(jīng)過處理的材料表面硬度增強效果非常明顯，其耐磨性也獲得極大提高。

為了解決上述現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明是通過下述技術方案實現(xiàn)的：

一種利用層流等離子的鋼軌表面處理系統(tǒng)，其特征在于：包括非轉移弧層流等離子體束噴槍、高頻整流電源、控制柜、送絲送粉裝置、循環(huán)水冷卻裝置、氣體供給裝置、工業(yè)機器人和鋼軌安裝平臺；所述非轉移弧層流等離子體束噴槍安裝在工業(yè)機器人執(zhí)行端；所述循環(huán)水冷卻裝置通過控制柜控制與非轉移弧層流等離子體束噴槍，用于非轉移弧層流等離子體束噴槍的冷卻；所述氣體供給裝置通過控制柜控制，用于給非轉移弧層流等離子體束噴槍提供工作氣體，所述高頻整流電源通過控制柜控制，用于給非轉移弧層流等離子體束噴槍提供電力支持；所述送絲送粉裝置沿非轉移弧層流等離子體束噴槍中心軸向送粉，所述非轉移弧層流等離子體束噴槍噴射出的層流等離子體束對鋼軌安裝平臺上安裝的鋼軌進行表面處理。

所述工業(yè)機器人與控制柜連接，通過控制柜控制并執(zhí)行控制柜輸入的指令。

所述非轉移弧層流等離子體束噴槍采用中軸圓柱陽極結構，沿陽極柱周圍環(huán)形均勻布置三個或三個以上的陰極，陽極均分為多個不同部位與對應陰極形成連接電弧，形成高弧壓小電流層流長束等離子?。魂枠O和陰極均安裝在同一個底座上固定，相互絕緣，底座有水、電、氣通道，圓柱陽極的外表面相對絕緣，只有在靠近出口的頭部裸露導電，從而與陰極間形成電場。

所述氣體供給裝置供給非轉移弧層流等離子體束噴槍使用的工作氣體為氬氣、氮氣、氦氣、氫氣和氨氣中的一種或任意兩種以上的混合。

所述工業(yè)機器人包括安裝座、旋轉連接座、第一關節(jié)臂、第二關節(jié)臂和第三關節(jié)臂；所述旋轉連接座設置在安裝座上且在安裝座上旋轉，所述第一關節(jié)臂的一端鉸接在旋轉連接座的頂端，在第一驅動機構的驅動下，第一關節(jié)臂繞與旋轉連接座鉸接的鉸接軸轉動，所述第二關節(jié)臂的一端鉸接在第一關節(jié)臂的另一端，在第二驅動機構的驅動下，第二關節(jié)臂繞與第一關節(jié)臂鉸接的鉸接軸轉動，所述第三關節(jié)臂的一端鉸接在第二關節(jié)臂的另一端，在第三驅動機構的驅動下，第三關節(jié)臂繞與第二關節(jié)臂鉸接的鉸接軸轉動。

所述工業(yè)機器人的執(zhí)行端設置在第三關節(jié)臂的另一端。

所述送絲送粉裝置的送粉量為30g/min～90 g/min。

所述非轉移弧層流等離子體束噴槍的功率大于或等于200KW。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所帶來的有益的技術效果表現(xiàn)在：

1、本發(fā)明利用層流等離子體對鐵路進行再制造的方法，填補了鐵路再制造系統(tǒng)方面的世界空白。實驗證明，采用本發(fā)明的層流等離子進行鋼軌表面處理的方法對鐵路道岔、鋼軌、車輪及其它軌道車輛零部件進行熱表面強化處理，經(jīng)過處理的材料表面硬度增強效果非常明顯，其耐磨性也獲得極大提高。在這方面，申請人前期對多種軌道及輪轂鋼進行了大量的層流等離子體束表面熱處理(非轉移弧)試驗，并抽取了部分樣品進行第三方檢測，檢測結果表明：處理后軌道及輪轂鋼表面硬度提高三到四倍，其耐磨性提高10倍以上。本發(fā)明方法用于鐵路軌道和車輪，將極大地提高其耐磨性，成倍延長鐵軌和車輪使用壽命，對我國鐵路建設和維護具有里程碑意義。另外，通過對鐵路搗固鎬頭的實際工作測試表明：經(jīng)層流等離子體束表面熱處理的搗固鎬頭壽命提高至少5倍。

2、本發(fā)明的鋼軌表面處理系統(tǒng)，可以在原有鋼軌上，通過層流等離子熔覆技術增加與鋼軌表面具有很好結合力的另一中材質——熔覆層，使鋼軌具有了兩種材質。較之原有鋼軌，具有高硬度、高屈服應力極限和低摩擦力的特點。從而增強了鋼軌的耐久性，并提高了鋼軌及固定鋼軌線路原件的使用壽命。

3、本發(fā)明的鋼軌表面處理系統(tǒng)，采用非轉移弧層流等離子為熱源，以層流等離子為熱源進行熔覆，由于層流等離子熱量集中，離子弧穩(wěn)定性好，沒有電極熔耗，輸出熱量均勻，便于控制，這樣使得熔鑄區(qū)熱量分布均勻，材料熔合充分均勻，排氣浮渣都充分，收縮應力分布均勻。由于層流等離子設備控制精度高，對熔覆區(qū)和過渡區(qū)的控制方便，且均勻度好，應力分配更容易控制合理。用氬氣等氣體介質保護不需要各種添加劑，也不存在排氫，氧化等問題，所以等離子熔覆更適合大面積，大厚度，高質量的硬面熔鑄（如高錳·高鉻陶瓷材料等），適合于制造鐵路道岔、鋼軌、車輪及其它軌道車輛零部件等。

4、本發(fā)明的鋼軌表面處理系統(tǒng)，還可以對鋼軌表面進行噴涂處理，噴涂處理是采用層流等離子噴涂技術，在鋼軌表面噴涂一層表面涂層，層流等離子的加熱方式對涂層材料限制少，涂層材料選擇廣泛，且對碳化物及氧化物等熔覆更容易。

5、本發(fā)明的鋼軌表面處理系統(tǒng)，層流等離子是一種電離弧，比弧焊機熱量更集中，所以加熱速度更快，為了獲得更集中的離子束，一般采用高壓縮比孔徑，小電流，以便控制基體溫度不致太高，避免引起退火變形，以激光器加熱速度無法比擬。

附圖說明

圖1為本發(fā)明鋼軌表面處理系統(tǒng)結構圖；

圖2為本發(fā)明鋼軌表面處理系統(tǒng)中非轉移弧層流等離子體束噴槍的結構剖視圖；

圖3為本發(fā)明鋼軌表面處理系統(tǒng)中工業(yè)機器人的結構示意圖；

附圖標記：1、非轉移弧層流等離子體束噴槍，2、高頻整流電源，3、控制柜，4、送絲送粉裝置，5、循環(huán)水冷卻裝置，6、氣體供給裝置，7、工業(yè)機器人，8、鋼軌安裝平臺，11、陽極柱，12、陰極，13、底座；71、安裝座，72、旋轉連接座，73、第一關節(jié)臂，74、第二關節(jié)臂，75、第三關節(jié)臂，76、第一驅動機構，77、第二驅動機構，78、第三驅動機構，79執(zhí)行端。

具體實施方式

實施例1

作為本發(fā)明一較佳實施例，參照說明書附圖1，本實施例公開了：

一種利用層流等離子的鋼軌表面處理系統(tǒng)，包括非轉移弧層流等離子體束噴槍1、高頻整流電源2、控制柜3、送絲送粉裝置4、循環(huán)水冷卻裝置5、氣體供給裝置6、工業(yè)機器人7和鋼軌安裝平臺8；所述非轉移弧層流等離子體束噴槍1安裝在工業(yè)機器人7執(zhí)行端79；所述循環(huán)水冷卻裝置5通過控制柜3控制與非轉移弧層流等離子體束噴槍1，用于非轉移弧層流等離子體束噴槍1的冷卻；所述氣體供給裝置6通過控制柜3控制，用于給非轉移弧層流等離子體束噴槍1提供工作氣體，所述高頻整流電源2通過控制柜3控制，用于給非轉移弧層流等離子體束噴槍1提供電力支持；所述送絲送粉裝置4沿非轉移弧層流等離子體束噴槍1中心軸向送粉，所述非轉移弧層流等離子體束噴槍1噴射出的層流等離子體束對鋼軌安裝平臺8上安裝的鋼軌進行表面處理。

實施例2

作為本發(fā)明又一較佳實施例，參照說明書附圖1和2，本實施例公開了：

一種利用層流等離子的鋼軌表面處理系統(tǒng)，包括非轉移弧層流等離子體束噴槍1、高頻整流電源2、控制柜3、送絲送粉裝置4、循環(huán)水冷卻裝置5、氣體供給裝置6、工業(yè)機器人7和鋼軌安裝平臺8；所述非轉移弧層流等離子體束噴槍1安裝在工業(yè)機器人7執(zhí)行端79；所述循環(huán)水冷卻裝置5通過控制柜3控制與非轉移弧層流等離子體束噴槍1，用于非轉移弧層流等離子體束噴槍1的冷卻；所述氣體供給裝置6通過控制柜3控制，用于給非轉移弧層流等離子體束噴槍1提供工作氣體，所述高頻整流電源2通過控制柜3控制，用于給非轉移弧層流等離子體束噴槍1提供電力支持；所述送絲送粉裝置4沿非轉移弧層流等離子體束噴槍1中心軸向送粉，所述非轉移弧層流等離子體束噴槍1噴射出的層流等離子體束對鋼軌安裝平臺8上安裝的鋼軌進行表面處理；

所述工業(yè)機器人7與控制柜3連接，通過控制柜3控制并執(zhí)行控制柜3輸入的指令；所述非轉移弧層流等離子體束噴槍1采用中軸圓柱陽極結構，沿陽極柱11周圍環(huán)形均勻布置三個或三個以上的陰極12，陽極均分為多個不同部位與對應陰極12形成連接電弧，形成高弧壓小電流層流長束等離子?。魂枠O和陰極12均安裝在同一個底座13上固定，相互絕緣，底座13有水、電、氣通道，圓柱陽極的外表面相對絕緣，只有在靠近出口的頭部裸露導電，從而與陰極12間形成電場；

高頻整流電源2通過控制柜3連接在非轉移弧層流等離子體束噴槍1的電通道內，給非轉移弧層流等離子體束噴槍1提供電力支持，循環(huán)水冷卻裝置5通過控制柜3的控制連接在非轉移弧層流等離子體束噴槍1的水通道內，實現(xiàn)非轉移弧層流等離子體束噴槍1的冷卻；氣體供給裝置6通過控制柜3的控制連接在非轉移弧層流等離子體束噴槍1的氣通道內，給非轉移弧層流等離子體束噴槍1提供工作氣體。

實施例3

作為本發(fā)明又一較佳實施例，參照說明書附圖1和2，本實施例公開了：

一種利用層流等離子的鋼軌表面處理系統(tǒng)，包括非轉移弧層流等離子體束噴槍1、高頻整流電源2、控制柜3、送絲送粉裝置4、循環(huán)水冷卻裝置5、氣體供給裝置6、工業(yè)機器人7和鋼軌安裝平臺8；所述非轉移弧層流等離子體束噴槍1安裝在工業(yè)機器人7執(zhí)行端79；所述循環(huán)水冷卻裝置5通過控制柜3控制與非轉移弧層流等離子體束噴槍1，用于非轉移弧層流等離子體束噴槍1的冷卻；所述氣體供給裝置6通過控制柜3控制，用于給非轉移弧層流等離子體束噴槍1提供工作氣體，所述高頻整流電源2通過控制柜3控制，用于給非轉移弧層流等離子體束噴槍1提供電力支持；所述送絲送粉裝置4沿非轉移弧層流等離子體束噴槍1中心軸向送粉，所述非轉移弧層流等離子體束噴槍1噴射出的層流等離子體束對鋼軌安裝平臺8上安裝的鋼軌進行表面處理；

所述工業(yè)機器人7與控制柜3連接，通過控制柜3控制并執(zhí)行控制柜3輸入的指令；所述非轉移弧層流等離子體束噴槍1采用中軸圓柱陽極結構，沿陽極柱11周圍環(huán)形均勻布置三個或三個以上的陰極12，陽極均分為多個不同部位與對應陰極12形成連接電弧，形成高弧壓小電流層流長束等離子??；陽極和陰極12均安裝在同一個底座13上固定，相互絕緣，底座13有水、電、氣通道，圓柱陽極的外表面相對絕緣，只有在靠近出口的頭部裸露導電，從而與陰極12間形成電場；

高頻整流電源2通過控制柜3連接在非轉移弧層流等離子體束噴槍1的電通道內，給非轉移弧層流等離子體束噴槍1提供電力支持，循環(huán)水冷卻裝置5通過控制柜3的控制連接在非轉移弧層流等離子體束噴槍1的水通道內，實現(xiàn)非轉移弧層流等離子體束噴槍1的冷卻；氣體供給裝置6通過控制柜3的控制連接在非轉移弧層流等離子體束噴槍1的氣通道內，給非轉移弧層流等離子體束噴槍1提供工作氣體；在本實施例中，所述氣體供給裝置6供給非轉移弧層流等離子體束噴槍1使用的工作氣體可以是氬氣，也可以是氮氣，也可以是氦氣，也可以是氫氣，也可以是氨氣；還可以是氬氣與氮氣的混合氣體，還可以是氦氣和氫氣的混合氣體。

實施例4

作為本發(fā)明又一較佳實施例，參照說明書附圖1和3，本實施例公開了：

一種利用層流等離子的鋼軌表面處理系統(tǒng)，包括非轉移弧層流等離子體束噴槍1、高頻整流電源2、控制柜3、送絲送粉裝置4、循環(huán)水冷卻裝置5、氣體供給裝置6、工業(yè)機器人7和鋼軌安裝平臺8；所述非轉移弧層流等離子體束噴槍1安裝在工業(yè)機器人7執(zhí)行端79；所述循環(huán)水冷卻裝置5通過控制柜3控制與非轉移弧層流等離子體束噴槍1，用于非轉移弧層流等離子體束噴槍1的冷卻；所述氣體供給裝置6通過控制柜3控制，用于給非轉移弧層流等離子體束噴槍1提供工作氣體，所述高頻整流電源2通過控制柜3控制，用于給非轉移弧層流等離子體束噴槍1提供電力支持；所述送絲送粉裝置4沿非轉移弧層流等離子體束噴槍1中心軸向送粉，所述非轉移弧層流等離子體束噴槍1噴射出的層流等離子體束對鋼軌安裝平臺8上安裝的鋼軌進行表面處理；

所述工業(yè)機器人7與控制柜3連接，通過控制柜3控制并執(zhí)行控制柜3輸入的指令；所述工業(yè)機器人7包括安裝座71、旋轉連接座72、第一關節(jié)臂73、第二關節(jié)臂74和第三關節(jié)臂75；所述旋轉連接座72設置在安裝座71上且在安裝座71上旋轉，所述第一關節(jié)臂73的一端鉸接在旋轉連接座72的頂端，在第一驅動機構76的驅動下，第一關節(jié)臂73繞與旋轉連接座鉸接的鉸接軸轉動，所述第二關節(jié)臂74的一端鉸接在第一關節(jié)臂73的另一端，在第二驅動機構77的驅動下，第二關節(jié)臂74繞與第一關節(jié)臂73鉸接的鉸接軸轉動，所述第三關節(jié)臂75的一端鉸接在第二關節(jié)臂74的另一端，在第三驅動機構78的驅動下，第三關節(jié)臂75繞與第二關節(jié)臂74鉸接的鉸接軸轉動；控制柜3控制工業(yè)機器人7的各個關節(jié)的驅動機構，通過控制驅動機構的轉動角度，從而控制工業(yè)機器人7的動作。

實施例5

作為本發(fā)明又一較佳實施例，參照說明書附圖1、2和3，本實施例公開了：

一種利用層流等離子的鋼軌表面處理系統(tǒng)，包括非轉移弧層流等離子體束噴槍1、高頻整流電源2、控制柜3、送絲送粉裝置4、循環(huán)水冷卻裝置5、氣體供給裝置6、工業(yè)機器人7和鋼軌安裝平臺8；所述非轉移弧層流等離子體束噴槍1安裝在工業(yè)機器人7執(zhí)行端79；所述循環(huán)水冷卻裝置5通過控制柜3控制與非轉移弧層流等離子體束噴槍1，用于非轉移弧層流等離子體束噴槍1的冷卻；所述氣體供給裝置6通過控制柜3控制，用于給非轉移弧層流等離子體束噴槍1提供工作氣體，所述高頻整流電源2通過控制柜3控制，用于給非轉移弧層流等離子體束噴槍1提供電力支持；所述送絲送粉裝置4沿非轉移弧層流等離子體束噴槍1中心軸向送粉，所述非轉移弧層流等離子體束噴槍1噴射出的層流等離子體束對鋼軌安裝平臺8上安裝的鋼軌進行表面處理；

所述工業(yè)機器人7與控制柜3連接，通過控制柜3控制并執(zhí)行控制柜3輸入的指令；所述非轉移弧層流等離子體束噴槍1采用中軸圓柱陽極結構，沿陽極柱11周圍環(huán)形均勻布置三個或三個以上的陰極12，陽極均分為多個不同部位與對應陰極12形成連接電弧，形成高弧壓小電流層流長束等離子?。魂枠O和陰極12均安裝在同一個底座13上固定，相互絕緣，底座13有水、電、氣通道，圓柱陽極的外表面相對絕緣，只有在靠近出口的頭部裸露導電，從而與陰極12間形成電場；

在本實施例中，所述氣體供給裝置6供給非轉移弧層流等離子體束噴槍1使用的工作氣體可以是氬氣，也可以是氮氣，也可以是氦氣，也可以是氫氣，也可以是氨氣；還可以是氬氣與氮氣的混合氣體，還可以是氦氣和氫氣的混合氣體；

所述工業(yè)機器人7包括安裝座71、旋轉連接座72、第一關節(jié)臂73、第二關節(jié)臂74和第三關節(jié)臂75；所述旋轉連接座72設置在安裝座71上且在安裝座71上旋轉，所述第一關節(jié)臂73的一端鉸接在旋轉連接座72的頂端，在第一驅動機構76的驅動下，第一關節(jié)臂73繞與旋轉連接座鉸接的鉸接軸轉動，所述第二關節(jié)臂74的一端鉸接在第一關節(jié)臂73的另一端，在第二驅動機構77的驅動下，第二關節(jié)臂74繞與第一關節(jié)臂73鉸接的鉸接軸轉動，所述第三關節(jié)臂75的一端鉸接在第二關節(jié)臂74的另一端，在第三驅動機構78的驅動下，第三關節(jié)臂75繞與第二關節(jié)臂74鉸接的鉸接軸轉動；控制柜3控制工業(yè)機器人7的各個關節(jié)的驅動機構，通過控制驅動機構的轉動角度，從而控制工業(yè)機器人7的動作。

在本實施例中，所述送絲送粉裝置4的送粉量為30g/min。也可以選取送粉量為50g/min的送絲送粉裝置4，還可以選取送粉量為80g/min的送絲送粉裝置4；還可以選取送粉量為90g/min的送絲送粉裝置4；送絲送粉裝置4的送粉量可根據(jù)熔覆層或表面涂層的厚度以及熔覆速度或表面涂層的噴涂速度來確定。

在本實施例中，所述非轉移弧層流等離子體束噴槍1的功率大于或等于200KW。