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甲板压淬热处理中淬火压床的设计

耿文新^①，白洁，魏玉春，李密，金涛

(北京北方车辆集团有限公司 北京 100072)

摘 要：甲板的热处理技术是将甲板加热到一定温度后，对甲板进行喷水冷却处理。根据目前甲板热处理设备的现状分析了淬火压床系统的结构及工艺的缺陷，对淬火压床系统进行结构及加工工艺优化设计，使压头及框架结构趋于合理，保证了甲板淬火后平面度达到生产工艺要求，经过近几年的使用，取得了良好的效果。

关 键 词：淬火压床；传动系统；液压系统；喷水系统；控制系统

1 前言

对于大尺寸甲板进行表面淬火处理时，由于工件体大量重，需采用专用设备。甲板加热、压淬热处理生产线主要包括上料装置、炉体加热装置、淬火压床、卸料及转运装置、压力机、燃烧系统及控制系统等七大部分。淬火压床是该设备中的关键部分，对甲板的夹紧及喷水冷却决定着甲板压淬的质量。该设备采用新兴清洁的天然气代替燃油，每年可为公司节约成本700多万，提高了甲板热处理的生产效率，取得了较好的经济效益和社会效益。

2 淬火压床系统的工作流程

甲板经炉体加热后，由传动系统将工件运送到压床的合适位置，经液压系统将工件举升到位并压紧，然后启动喷水系统进行冷却。传动系统通过电机带动链条、链轮及托辊转动将甲板移动到位；上压头固定在上框架上，下压头安装在举升框架上，随框架一起带动甲板上升在5～8秒之内将甲板与上、下压头压紧；上、下压头采用多点接触，压头侧面及底部开有多处φ3mm喷水孔，确定压紧后开启控水蝶阀给水，给水时间按相应工艺确定。完成淬火后，关闭控水蝶阀停止给水，下压头下降，传动系统将工件送入出料装置。

3 淬火压床系统的组成

淬火压床系统包括压床台架、传动系统、液压系统、喷水系统及控制系统五大部分构成。压床台架由立柱连接形成立体框架结构，具备足够的刚度，活动框架移动时滚轮在立柱导轨上滚动。上、下压头共有58个，分别安装在固定框架和活动框架上，均采用空腔整体铸造，压紧面为小平面，上、下压头压紧位置均可调整后对中。装甲板移动到位后，活动框架通过液压机构抬升并用压头压紧，压力可以根据甲板厚度的不同进行调整。托辊两端采用调心轴承支撑，轴承固定在框架结构的两端横梁上。托辊传动时，托辊的转速可根据需要进行调整。喷水系统通过压头两侧及底面的喷水孔进行淬火。所有控制均采用PLC变频控制。

3．1 压床台架的设计压床台架包括上下固定框架、活动框架、上下压头等组成。

1)上下固定框架的设计上下固定框架由立柱连接形成立体框架结构，立柱均采用方钢焊接而成，具备足够的强度及刚度要求；底座是压床的基础，它是槽钢焊接形成的框架结构，直接焊接到地基中的预埋钢板上，焊后安装面的平面度要求10m长度上不大于0．4mm。上固定框架分为四个部分，通过立柱与下固定框架连接形成整体框架结构。上框架各部分均为焊接结构，焊接后要求各安装面均进行加工，确保最终安装要求。

2)活动框架的设计活动框架由工字钢及槽钢焊接而成，焊接后各安装面需进行加工，以保证安装后平面度的要求。活动框架由六个油缸托起，与油缸浮动连接，位置可通过四周的调整机构进行调整。油缸安装在底座上，经液压系统带动油缸进行上下移动，从而带动框架移动。调整机构上装有滚轮，框架上下移动时滚轮在立柱的导轨上滚动，起到活动框架的导向和限制作用；四周的滚轮可通过转动偏心轴调整移动框架前后左右的位置，偏心轴上有花键，通过固定臂及插销将调整后的位置固定。

3)上下压头的设计上下压头采用整体铸造结构，压头压紧处为“梯形结构”，每一个压头在长度方向上直线度不大于0．25mm，分别固定在上框架和活动框架上，压头为空腔设计，压头两侧及底面设φ3mm喷水孔，方向交错布置，压头两端装有橡胶垫密封，上下压头接触面严格对中，位置可单独进行调整。

压头结构示意如图4所示。

3．2 传动系统设计

传动系统包括托辊(包括轴承和轴承座)、电机、减速机、链轮链条、撑紧机构、链条压紧机构；输送托辊位于上下压头之间，两端采用调心轴承支撑，轴承固定在主体结构的两端横梁上。电机采用变频控制可正反转，托辊的转速可根据需要调整，电机可靠性、安全性高；托辊采用壁厚8mm的无缝钢管，保证受热后不发生变形，传动平稳、顺畅；每个托辊中心高的高度差不超过0．5mm；轴承采用带座外球面球轴承，有密封装置，保证在长时间的使用过程中不出现锈死、停转等现象。

3．3 液压系统设计

液压系统包括液压站、压紧油缸(6个)、蝶阀油缸(8个)；液压系统保证框架的上升速度可以调整；上下压头保压时间也可调整；液压行程≥200mm；下框架整体抬升时6个顶升油缸速度保持同步；夹紧工件的压力在工作过程中保持恒定，压力可以根据甲板厚度的不同而变化。

3．4 喷水系统设计

淬火压床喷水系统由冷却水管路、控水蝶阀、调节阀、蓄水池、泵等组成。操作台上设有水温数字化显示仪表，可以实时显示水温；淬火压床下部蓄水池保证淬火时有足够的周转储存量；水池内安装有液位控制系统、水泵设有过滤装置，减少杂质在管道内的流动，同时方便清渣处理；喷水时间与流量应该根据甲板的厚度进行方便调整；冷却水控水蝶阀为不锈钢材质，液压驱动，在PLC控制下可以同时开启与关闭；所有压头同时向产品喷冷却水；喷水管路连接牢固，不发生跑水、漏水。

3．5 控制系统设计

所有控制均采用PLC变频控制、计算机全程控制，具有检测、控制、自动记录和文档资料查询功能。控制系统具备手动/自动控制功能，采用一套工控机作为该系统的工作站，实时监视系统工艺参数变化、设备运行、故障发生等情况，具备正反转功能，可采用手动/自动两种选择。

4 结语

随着科学技术日新月异的发展，新兴工艺技术也越来越先进、越来越成熟，甲板的热处理技术已由人工手动操作迈向自动智能控制、一体化集成控制，并开始由污染大、能耗高的烧油改为低能耗低污染的天然气，取得显著效益。淬火压床是该系统重要组成部分之一，经过对其设计方案及重要零部件结构的优化设计，考虑到加工及安装的要求，使压头及框架结构设计合理，安装方便可靠。保证了甲板压淬的平面度要求，取得了较好的社会效益和经济效益。

参 考 文 献：

[1]   成大先主编．机械设计手册1－5[M]．北京：化学工业出版社，2002．

[2]   蔡春源，杨文通，等．机械零件设计手册(上、下)[M]．北京：冶金工业出版社，1994．

[3]   芩军健，赵菊初，张秉政，等．非标准设备设计手册1－4[M]．北京：国防工业出版社，1980．