AT轨跟端自动化吹风热处理方案设计

AT轨跟端自动化吹风热处理方案设计
摘要：本文简述了AT轨跟端热处理的常见方法及特点，根据行业发展需要，提出AT轨跟端自动化吹风热处理的方案。

详细阐述了具体方案设计，确保方案的可实施性，实现工艺过程的自动化控制。

方案的实施可对热处理工艺参数进行自动记录，便于质量追溯，并提升产品质量。

关键词： AT轨跟端；自动化；吹风热处理
1 引言
道岔作为铁路轨道结构中的薄弱部分，是限制列车运行速度的关键设备，其产品质量的好坏对行车安全也产生较大影响[1]。

其中采用AT轨生产的尖轨、长心轨以及客专42#、62#短心轨，需要将AT轨跟端锻压成标准轨，从而实现与后端标准轨的对接。

AT轨跟端锻压需要经过两次高温加热，成型后组织和力学性能与原材相比均发生了改变，尤其与在线热处理钢轨原材段相比，钢轨强度、硬度和组织等指标明显达不到原材的标准要求[2],因此需要进行热处理，主要有淬火和吹风两种方式。

对于在线轨，跟端吹风具有明显优势。

目前，车间只有一套吹风热处理设备并且相对简单，着眼于道岔制造行业的发展方向并结合车间实际，提出AT轨跟端自动化吹风热处理的方案，从而满足日益增长的在线热处理钢轨跟端锻压后进行热处理的需求，达到“提质、降本、增效”的发展要求。

2 车间现有AT轨跟端热处理的方法及不足之处
针对AT轨跟端的锻后热处理，有淬火和吹风正火两种方法，主要依据产品种类和技术要求确定热处理方法。

2.1淬火
淬火作为最早的钢轨热处理方法，主要应用于全
长淬火产品、翼轨和在线热处理AT轨跟端的热处理。

AT轨
跟端淬火的工艺流程为：下料→锯切→打磨→锻压→跟端正
火→锻后一调→锯切→倒角→铣底→打磨→锻后二调→钻孔
→倒角→加工跟端轨头→铣削二、三、五刨→淬火→顶调。

AT轨跟端淬火的不足：（1）淬火前需要进行跟
端正火，为淬火做组织准备；（2）因淬火层深不大，需要先加工跟端轨头，加工前需要进行跟端顶调，淬火变形后需要
再次顶调；（3）淬火时产生氧化，轨头表面附着氧化皮，较加工后表面质量变差。

由此可见，采用淬火会增加生产工序，成本高效率低。

2.2吹风正火
车间轧头工序已经有一套吹风热处理设备，主要
应用于客专、GLC系列和海外道岔AT轨跟端的热处理，经跟
端型式检验证明，吹风正火的产品性能指标优于淬火。

吹风
正火的工艺流程为：下料→锯切→打磨→锻压→锻后一调→
锯切→倒角→铣底→打磨→吹风正火。

吹风正火不需要先进
行跟端轨头加工，同时减少一道顶调工序，工艺过程相对简化。

经过多年的生产，已经形成相对稳定的工艺参数，可满
足U71Mn-H、U75V-H及350HT钢轨跟端的热处理需求。

现有吹风正火设备的不足：（1）吹风时主要依靠人工操作，自动化程度低；（2）和压力机共用一条上料线、一台感应加热炉，且现有工艺不允许跟端锻压后直接进行吹风正火，生产效率低；（3）风盒布置在加热炉后端，可进行吹风的
AT轨长度受限，低于11米的钢轨无法吹风正火；（4）吹风
时噪音大，需进行职业健康考虑；（5）吹风工艺参数无法有效记录和监控，质量追溯困难；（6）吹风产品质量不稳定。

因此，AT轨跟端自动化吹风热处理方案设计时需对上述问题
进行考虑并完善升级。

3 AT轨跟端自动化吹风热处理方案具体设计
根据道岔制造行业发展形势，结合车间既有吹风设备的情况和生产实际需要，研究AT轨跟端自动化吹风方案具有重要意义。

经过研究和论证，AT轨自动化吹风热处理系统由计算
机控制系统、自动化送料系统、自动加热及温控系统、智能
喷风系统等组成，能实现AT轨跟端吹风热处理过程的自动化控制。

3.1设备布局及占地情况规划
根据AT轨跟端热处理工艺要求，钢轨锻压冷却后方可进
行吹风正火，根据车间场地实际及设备占地情况，结合AT轨跟端的生产工艺流程，该吹风线的最佳安装位置为压力机所
在厂房，从而方便进行跟端热处理。

新吹风线设计要考虑各型号的吹风正火产品，除
客专42#、62#道岔外，可满足多种长度规格钢轨的吹风需求，在给3000T压力机留出足够料区的前提下实现场地利用率最
大化，通过对工艺过程的详细研究、场地情况的仔细测量，
确定本方案的相关设备在厂房内的布局和占地面积，如图1
所示，左上角虚线框为新方案的规划场地，长宽分别为
28500mm和5500mm。

图1.厂房布局及设备占地示意图
3.2自动化送料系统方案
自动送料系统方案设计要充分考虑场地条件和产品种类，保证工艺合理和可操作性。

经研究论证，送料系统主要由横
向推料机构、纵向送料机构和位于加热炉前的夹钳机构组成，系统布局方案如图2所示。

图2.送料系统布局方案示意图
钢轨自动输送时采用轨头向上的方式，此种方式稳定性好，便于横向推料和纵向送料。

通过应用传感器和计算机技术，
系统可实现按工艺要求的加热长度、喷风长度自动完成推料、送料，最后将经过热处理的钢轨推送至存料架的过程，设备
启动后中间过程不再需要人工操作。

工艺动作流程为：钢轨
摆放至上料架→系统启动→推动至纵向送料机构→入炉加热
→出炉并推送至喷风箱下方→喷风冷却→推送至存料架。

夹钳机构设置在加热炉前端，在送料入炉时对钢轨进行夹持，避免长度较短钢轨从料架上掉落，可以满足6-25米轨件的送料需求。

在设计方案时对上料架可摆放钢轨的最大数量进行了研究，确定同时放置3根钢轨，可一次完成3根AT轨跟端的吹风热处理，然后将轨件整体吊运至料区进行自然冷却，再进行下
一个周期的循环。

3.3自动加热及温控系统方案
对于热处理，加热温度是一个重要参数，本方案
的加热炉依旧采用感应加热方式，但要对现有加热炉加热不
均匀的问题进行改进，通过改变线圈缠绕方式、增加磁场约
束等手段保证加热效率和均匀性。

通过传感器的应用，在计
算机的控制下，实现钢轨入炉后自动启动加热炉，达到工艺
温度要求后自动停止。

现有吹风热处理设备的测温位置为轨腰中间部位，因热处理的部位为轨头，且感应加热方式在轨头、轨腰和轨
底会有温度差，所以本次测温部位选择轨头，确保轨头加热
温度的准确性。

自动加热系统应具备保温功能，可记录整个
加热过程的温度曲线，并进行存储。

3.4智能喷风系统方案
钢轨热处理后的性能除了受温度影响之外，冷却
速度对其影响也很大，并要求风冷后自然冷却时不发生回火，避免使轨头硬度和强度降低，因此喷风系统设计时要全面研究，对机械结构和风压智能控制进行全新设计，考虑噪音控制，喷风冷却时进行温度监控，记录初始温度、喷风结束温度、喷风时间及冷却温度曲线。

设计新型喷风盒，考虑到AT轨跟端成型段加长产品，总长按1500mm设计，可覆盖锻压加热产生的热影响区。

采用U型结构，轨顶和轨头两侧三面喷风，各面喷风独立控制。

因本方案采用轨头向上的方式，各型号AT轨的高度不同，为了使风嘴相对轨头的距离不变，设计升降式风盒，在控制
系统中设置好不同轨型需要升降的距离参数，喷风时可根据
所选轨型自动完成升降。

轨头两侧的风盒也设计成可调式的，也就是侧面出风嘴和轨头的距离可变化。

在工艺参数试验时，可验证不同喷风距离对AT轨跟端热处理性能的影响，探索出最佳喷风距离。

喷风盒安装在密闭的箱体中，箱体内侧贴上
耐高温隔热棉，降低噪音。

在箱体内增加氧化皮收集装置，
将冷却过程中脱落的氧化皮及时清理干净。

喷风系统三维效
果如图3所示。

图3.喷风系统三维效果图
因现有吹风线的风压不稳定，且不便调节。

本方
案对此进行重新设计，在供风管路上采用压力传感器和比例
阀对风压进行控制，其风压自动调节原理如图4所示，保证
风压稳定。

增加风压智能调节系统，可通过显示屏进行风压设定，方便风压调节。

图4.自动调压原理图
4 结论
（1）AT轨跟端自动化吹风热处理方案设计的研究，充分分析了现有跟端热处理方法的特点，并且针对既有吹风热处理设备存在的问题，研究制定了相应的改进措施。

根据现有吹风设备的使用情况和产品质量情况，以及相关自动化技术的应用情况，AT轨跟端自动化吹风热处理方案可行。

（2）该方案可满足6-25米钢轨的吹风热处理，满足不同长度AT轨跟端吹风热处理的需求。

（3）该设计方案实施后，可降低作业环境的噪音，减少人工成本，提高生产效率。

（4）新方案可自动记录存储吹风热处理相关工艺参数，并可将数据上传到ERP系统，实现对工艺执行情况的监督和产品质量追溯。

（5）AT轨跟端自动化吹风热处理方案的设计，符合道岔行业自动化、智能化发展方向，在生产实践中推广应用，既
可达到“降本增效”的发展目的，又可以提升产品质量，有
效保证AT轨跟端的使用寿命和列车行车安全。

参考文献：
[1] 王树青，詹新伟. 高速道岔尖轨热处理新工艺研究. 铁道建筑，2012.
[2] 张大伟，高凡，等.60AT1-U75V钢轨压型跟端感应热处理.金属热处理，2016.
[3] 马菲. AT尖轨跟端锻压段正火喷风工艺研究.石家庄铁路职业技术学
院学报，2016.
[4] 蒋红亮，智学元，等.客运专线道岔尖轨热处理工艺与装备的优化.金
属热处理，2011.
[5] 中华人民共和国铁道部. TB/T 3307.1-2014《高速铁路道岔制造技术
条件》，2014.
[6] 中华人民共和国铁道部. TB/T 412-2014《标准轨距铁路道岔技术条件》，2014.。