一种履带式起重机的履带板的感应淬火方法及装置

摘要

本发明提供了一种履带式起重机的履带板的感应淬火方法，包括：使用第一感应加热装置对履带板的啮合面进行表面淬火处理，使用第二感应加热装置对履带板的支承面和导向面进行表面淬火处理；所述履带板包括底板、啮合面，设置在所述底板上的、分别与支重轮及导向轮相接触的两个支承面和导向面；所述第一感应加热装置包括对所述啮合面进行加热的第一感应加热线圈，所述第二感应加热装置包括对所述两个导向面与支承面进行加热的第二感应加热线圈。与现有技术相比，本发明分别对啮合面、导向面和支承面进行表面淬火处理，该三个部位是履带板的高磨损部位，采用本发明的方法可以对上述区域进行有效的淬火处理，在上述三个区域的表面形成符合要求的淬硬层。

权利要求

1.一种履带式起重机的履带板的感应淬火方法，其特征在于，包括：

使用第一感应加热装置对履带板的啮合面进行表面淬火处理，使用第二感应加热装置对履带板的导向面和支承面进行表面淬火处理；

所述履带板包括底板、设置在所述底板中部的、与驱动轮相啮合的啮合面，设置在所述底板上的、与支撑轮相接触的两个支承面，设置在所述底板上的、与导向轮相接触的两个导向面；

所述第一感应加热装置包括对所述啮合面进行加热的第一感应加热线圈，所述第二感应加热装置包括对所述两个导向面和支承面进行加热的第二感应加热线圈；

所述使用第一感应加热装置对履带板的啮合面进行表面淬火处理为：沿着与所述驱动轮的轴向相平行的方向移动所述第一感应加热线圈对所述啮合面的表面进行加热；所述啮合面与所述第一感应加热线圈的间隙为2～6mm；喷淋冷却所述啮合面的表面；

所述第二感应加热装置对所述履带板的导向面和支承面进行表面淬火处理为：沿着垂直于所述驱动轮轴向相垂直的方向移动所述第二感应加热线圈对所述两个导向面和支承面的表面进行加热；所述导向面和支承面与所述第二感应加热线圈的间隙为2～6mm；喷淋冷却所述两个导向面和支承面的表面。

2.根据权利要求1所述的感应淬火方法，其特征在于，所述喷淋冷却所述啮合面时的冷却介质的喷淋方向与被喷淋面所成的角度为30°～60°。

3.根据权利要求2所述的感应淬火方法，其特征在于，所述第一感应加热线圈包括与所述啮合面的截面轮廓形状相一致的第一有效线圈，所述第一有效线圈由截面形状为矩形的铜管制成。

4.根据权利要求3所述的感应淬火方法，其特征在于，在所述第一有效线圈上加工有多个喷水孔，所述冷却介质从所述喷水孔喷出。

5.根据权利要求1所述的感应淬火方法，其特征在于，所述喷淋冷却所述导向面和支承面时的冷却介质的喷淋方向与被喷淋面所成的角度为30°～60°。

6.根据权利要求5所述的感应淬火方法，其特征在于，第二感应加热线圈包括与所述两个导向面和支承面的截面轮廓形状相一致的第二有效线圈，所述第二有效线圈由截面形状为矩形的铜管制成。

7.根据权利要求6所述的感应淬火方法，其特征在于，在所述第二有效线圈上加工有多个喷水孔，所述冷却介质从所述第二有效线圈的喷水孔喷出。

8.根据权利要求1至7任一项所述的感应淬火方法，其特征在于，对所述啮合面进行加

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热时的感应线圈的电流频率为1000Hz～2000Hz，比功率为2.0KW/cm ～4.0KW/cm。

9.根据权利要求1至7任一项所述的感应淬火方法，其特征在于，对所述导向面与支承

2 2

面加热时的感应线圈的电流频率为1000Hz～2000Hz，比功率为1.0KW/cm ～3.0KW/cm。

10.权利要求1至9任一项所述的感应淬火方法中使用的感应加热装置，其特征在于，包括：第一感应加热装置，对所述履带板的啮合面进行加热的第一感应加热线圈；

第二感应加热装置，对所述履带板的两个导向面和支承面进行加热的第二感应加热线圈。

11.根据权利要求10所述的感应加热装置，其特征在于，所述第一感应加热线圈包括与所述啮合面的截面轮廓形状相一致的第一有效线圈，所述第一有效线圈由截面形状为矩形的铜管制成，在所述第一有效线圈上加工有多个喷水孔。

12.根据权利要求11所述的感应加热装置，其特征在于，所述喷水孔的位置在所述制成所述第一有效线圈的铜管的感应面与侧面的棱边上。

13.根据权利要求10所述的感应加热装置，其特征在于，所述第二感应加热线圈包括与所述两个导向面和支承面的截面轮廓形状相一致的第二有效线圈，所述第二有效线圈由截面形状为矩形的铜管制成，在所述第二有效线圈上加工有多个喷水孔。

14.根据权利要求13所述的感应加热装置，其特征在于，所述喷水孔的位置在所述制成所述第二有效线圈的铜管的感应面与侧面的棱边上。

说明书

一种履带式起重机的履带板的感应淬火方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及金属热处理领域，具体涉及一种履带式起重机履带板的感应淬火方法及装置。

背景技术

[0002] 履带式起重机是现代工程和建设施工不可缺少的大型设备之一。履带行走机构是履带式起重机的重要工作单元，由驱动轮、导向轮、支重轮、拖链轮、履带板和履带架组成。履带行走机构的工作原理是，发动机功率通过减速机构传递给驱动轮，再通过啮合于其上的履带板将牵引力传到底面，借助底面反作用力驱动整车前进。

[0003] 履带板是履带式起重机的主要承载部件之一，起重机工作时，履带板除承受整车自身的重量和起吊物料的重量外，还将承受地面的反作用力和由于路面不平引起的附加应力等。此外，在起重机行走的过程中，履带行走机构的零部件之间相互接触和相对运动时都将导致履带板的严重变形和磨损，甚至发生早期断裂。

[0004] 履带板的结构包括底板，在所述底板的两侧分别设置有侧筋板，在所述侧筋板的外侧设置有用于与其它底板连接的联接套；在所述底板的中部设置有与起重机的驱动轮啮合的啮合块，在所述啮合块的两端的外侧分别设置有用于与起重机的导向轮及支重轮相接触的两个导向面和支承面。对于小吨位和大吨位的履带式起重机，导向面和啮合面的形状略有不同，但工作原理基本相同。研究结果表明，在履带板的上述部件中，啮合块、导向面和支承面是履带板上承受磨损最严重的部件，上述部件的磨损程度决定着履带板的使用寿命。

[0005] 现有技术中，为了提高履带板的使用性能，使其具有良好的强韧性、耐磨性和足够的承压能力，一般采用火焰淬火的热处理方式对履带板的表面进行淬火。与其它热处理方式相比，火焰淬火生产成本较低，便于操作，容易实施，但是却不容易保证淬火硬度和淬硬层厚度的均匀性。而且，火焰淬火一般是对履带板的整个表面进行淬火，但由于履带板不同部件在工作时承受的磨损程度并不一致，尤其是啮合面、导向面和支承面是高磨损部位，而采用火焰淬火的方式不能使啮合面、导向面和支承面的表面形成符合要求的淬硬层。

发明内容

[0006] 本发明要解决的问题在于提供一种履带式起重机的履带板的感应淬火方法，与现有技术相比，所述感应淬火方法可以对履带板的高磨损部位进行淬火处理，在履带板的高磨损部位形成符合要求的淬硬层。

[0007] 为了解决以上技术问题，本发明提供一种履带式起重机的履带板的感应淬火方法，包括：

[0008] 使用第一感应加热装置对履带板的啮合面进行表面淬火处理，使用第二感应加热装置对履带板的导向面和支承面进行表面淬火处理；

[0009] 所述履带板包括底板、设置在所述底板中部的、与驱动轮相啮合的啮合面，设置在所述底板上的、分别与导向轮及支撑轮相接触的两个导向面和支承面；

[0010] 所述第一感应加热装置包括对所述啮合面进行加热的第一感应加热线圈，所述第二感应加热装置包括对所述两个导向面和支承面进行加热的第二感应加热线圈。

[0011] 优选的，所述使用第一感应加热装置对履带板的啮合面进行表面淬火处理具体为：

[0012] 沿着与所述驱动轮的轴向相平行的方向移动所述第一感应线圈对所述啮合面的表面进行加热；

[0013] 所述啮合面与所述第一感应线圈的间隙为2～6mm；

[0014] 喷淋冷却所述啮合面的表面。

[0015] 优选的，所述喷淋冷却所述啮合面时的冷却介质的喷淋方向与被喷淋面所成的角度为30°～60°。

[0016] 优选的，所述第一感应线圈包括与所述啮合面的截面轮廓形状相一致的第一有效线圈，所述第一有效线圈由截面形状为矩形的铜管制成。

[0017] 优选的，在所述第一有效线圈上加工有多个喷水孔，所述冷却介质从所述喷水孔喷出。

[0018] 优选的，所述第二感应加热装置对所述履带板的导向面和支承面进行表面淬火处理具体为：

[0019] 沿着垂直于所述驱动轮轴向相垂直的方向移动所述第二感应线圈对所述两个导向面与和承面的表面进行加热；

[0020] 所述导向面和支承面与所述第二感应线圈的间隙为2～6mm；

[0021] 喷淋冷却所述两个导向面和支承面的表面。

[0022] 优选的，所述喷淋冷却所述导向面和支承面时的冷却介质的喷淋方向与被喷淋面所成的角度为30°～60°。

[0023] 优选的，所述第二感应线圈包括与所述两个导向面和支承面的截面轮廓形状相一致的第二有效线圈，所述第二有效线圈由截面形状为矩形的铜管制成。

[0024] 优选的，在所述第二有效线圈上加工有多个喷水孔，所述冷却介质从所述第二有效线圈的喷水孔喷出。

[0025] 优选的，对所述啮合面进行加热时的感应线圈的电流频率为1000Hz～2000Hz，比2 2
功率为2.0KW/cm ～4.0KW/cm。

[0026] 优选的，对所述导向面与支承面加热时的感应线圈的电流频率为1000Hz～2 2
2000Hz，比功率为1.0KW/cm ～3.0KW/cm。

[0027] 本发明还提供一种在上述感应淬火方法中使用的感应加热装置，包括：

[0028] 第一感应加热装置，对所述履带板的啮合面进行加热的第一感应加热线圈；

[0029] 第二感应加热装置，对所述履带板的两个导向面和支承面进行加热的第二感应加热线圈。

[0030] 优选的，所述第一感应加热线圈包括与所述啮合面的截面轮廓形状相一致的第一有效线圈，所述第一有效线圈由截面形状为矩形的铜管制成，在所述第一有效线圈上加工有多个喷水孔。

[0031] 优选的，所述喷水孔的位置在所述制成所述第一有效线圈的铜管的感应面与侧面的棱边上。

[0032] 优选的，所述第二感应加热线圈包括与所述两个导向面和支承面的截面轮廓形状相一致的第二有效线圈，所述第二有效线圈由截面形状为矩形的铜管制成，在所述第二有效线圈上加工有多个喷水孔。

[0033] 优选的，所述喷水孔的位置在所述制成所述第二有效线圈的铜管的感应面与侧面的棱边上。

[0034] 本发明提供一种履带式起重机的履带板的感应淬火方法，在所述感应淬火方法中，本发明使用第一感应加热装置对所述履带板的啮合面进行淬火，使用第二感应加热装置对履带板的导向面和支承面进行淬火。与现有技术相比，本发明使用感应加热装置分别对啮合面、导向面和支承面进行淬火处理，该三个部位是履带板的高磨损部位，采用本发明的方法可以对上述三个区域进行有效的淬火处理，在上述三个区域的表面形成符合要求的淬硬层。

附图说明

[0035] 图1为本发明中需要进行感应淬火处理的履带板的示意图；

[0036] 图2为图1中所示的履带板的啮合面的剖面示意图；

[0037] 图3为图1中所示的履带板的侧视图；

[0038] 图4为本发明提供的第一感应加热装置的示意图；

[0039] 图5为制成导磁体的硅钢片的示意图；

[0040] 图6为镶嵌有导磁体的第一有效线圈的截面示意图；

[0041] 图7为本发明提供的第二感应加热装置的示意图。

具体实施方式

[0042] 为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

[0043] 如图1-3所示，图1为本发明中需要进行淬火处理的履带板的一种实施方式的示意图，图2为履带板的啮合面的剖面示意图，图3为履带板的侧视图。所述履带板包括底板11，所述底板的中部有两个筋板12a、12b，在所述两个筋板的两侧分别有多个与其它底板连接的联接套12c；所述底板的中部设置有与履带式起重机的驱动轮啮合的啮合面13，在所述啮合面的两端的外侧分别设置有用于与起重机的导向轮相接触的两个导向面14a、14b及用于与起重机的支重轮相接触的两个支承面15a、15b。

[0044] 所述啮合面13包括齿顶部103a、两个齿根部103b、103c，分别连接齿顶部103a与所述两个齿根部103b、103c的两个齿侧面103d、103e。所述两个导向面与支承面对称设置在所述啮合面的两侧，具有相同的结构，所述导向面和支承面之间为圆角连接。

[0045] 如图4所示，图4为本发明提供的第一感应加热装置的示意图，所述第一感应加热装置用于对啮合面进行淬火，包括第一感应线圈201，所述第一感应线圈包括两个电极21a、21b，分别与所述两个电极连接的两个汇流管22a、22b，连接在所述两个汇流管之间的第一有效线圈23，所述第一有效线圈23具有与所述啮合面的截面轮廓形状相一致的形状，即第一有效线圈制成与所述啮合面的截面轮廓形状仿形的形状，这样可以对啮合面进行有效的加热；汇流管上连接有冷却水导管24，用于向汇流管及有效线圈内供入冷却水；所述两个电极之间用云母制作的绝缘板隔开。在本实施方式中，所述第一有效线圈和所述汇流管均使用截面形状为矩形的铜管制成，截面为矩形的铜管的优点是可以防止在面与面交接的死角部分形成软点，例如可以防止啮合面和导向面的连接面处形成死角。其中，汇流管的规格为30mm×20mm，有效线圈的规格为10mm×10mm，电极的厚度为5mm，上述汇流管、有效线圈和电极的规格可以根据实际需要进行调整。在本实施方式中，整个第一感应线圈的材质均为T2纯铜制成。

[0046] 在所述第一感应加热装置的第一有效线圈23上与所述啮合面103a的两个齿侧面103d、103e相对应的部分上设置导磁体，导磁体使用硅钢片和磁粉粘结形成，然后粘接在有效线圈上。如图5所示，为硅钢片41示意图，硅钢片的形状与有效线圈的形状相匹配，具有一个开口。

[0047] 本发明中，使用第一感应加热装置对啮合面进行加热淬火时，为了对啮合面进行冷却，在制成第一有效线圈的铜管上加工有多个喷水孔。为了达到理想的冷却效果，本实施方式中，将喷水孔设置在有效线圈的铜管的感应面与侧面相交的棱边上，喷水孔的方向与感应面成优选为30°～60°角，本实施方式中为45°角，这样喷水冷却时与喷水的方向与被冷却区域形成45°角，可以达到更好的冷却效果，有利于得到均匀的淬硬层。所述喷水孔的孔直径优选为1.0mm～2mm，更优选为1.2mm～1.8mm，本实施方式中为1.5mm。所述多个喷水孔的相邻喷水孔之间的距离优选为1mm～5mm，更优选为3～4mm，本实施方式中为3.5mm。请参见图6，为粘结有导磁体的有效线圈的截面示意图，喷水孔51设置在第一有效线圈的铜管的感应面和侧面的棱边上，这样可以对被冷却面以45°的角度喷出冷却时，达到更好的冷却效果。

[0048] 请参见图7，图7为本发明提供的第二感应加热装置的示意图，所述第二感应加热装置用于对导向面和支承面进行淬火，包括与履带板的导向面和支承面的截面形状相配合的第二感应线圈301，所述第二感应线圈包括两个电极31a、31b，分别与所述两个电极连接的两个汇流管32a、32b，连接在所述两个汇流管之间的第二有效线圈33，第二有效线圈与所述两个导向面和支承面的截面轮廓形状相一致，即第二有效线圈制成与所述导向面和支承面的截面轮廓形状仿形的形状，这样可以对导向面与支承面进行有效的加热；所述两个电极之间用云母制作的绝缘板隔开；汇流管上连接有冷却水导管35，用于向汇流管及有效线圈内供入冷却水。在本实施方式中，所述第二有效线圈和所述汇流管均使用截面形状为矩形的铜管制成，截面为矩形的铜管的优点是可以防止在面与面交接的死角部分软点。其中，汇流管的规格为30mm×20mm，有效线圈的规格为17mm×15mm，电极的厚度为5mm，上述汇流管、第二有效线圈和电极的规格可以根据实际需要进行调整。在本实施方式中，整个第二感应线圈的材质均为T2纯铜制成。

[0049] 在所述第二感应加热装置的有效线圈33上与所述导向面和支承面对应的部分上设置有导磁体，所述导磁体使用硅钢片和磁粉粘结形成，然后镶嵌在第二有效线圈上。第二感应加热装置的导磁体和硅钢片的形状与第一感应加热装置上的导磁体和硅钢片的形状相同，在此不再赘述。

[0050] 本发明中，使用第二感应加热装置对导向面和支承面进行加热淬火时，为了对导向面和支承面进行冷却，在制成第二有效线圈的铜管上加工有多个喷水孔。为了达到理想的冷却效果，本实施方式中，将喷水孔设置在有效线圈的铜管的感应面与侧面相交的棱边上，喷水孔的方向与感应面成优选为30°～60°角，本实施方式中为45°角，这样喷水冷却时与喷水的方向与被冷却区域形成45°角，可以达到更好的冷却效果，有利于得到均匀的淬硬层。所述喷水孔的孔直径优选为1.0mm～2mm，更优选为1.2mm～1.8mm，本实施方式中为1.5mm。所述多个喷水孔的相邻喷水孔之间的距离优选为1mm～5mm，更优选为3～4mm，本实施方式中为3.5mm。

[0051] 按照本发明，使用所述第一感应加热装置和第二感应加热装置对履带板进行淬火时，对于感应加热的参数，根据淬硬层深度要求进行调整即可。

[0052] 以下以具体实施例说明本发明的效果，但是本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

[0053] 实施例1

[0054] 需要处理的履带板的规格为SCC型，材质为ZG30CrMnNiMo，本实施例中使用的设备为GCK12200中频淬火机床。

[0055] 履带板表面硬化层深度根据其服役条件确定，在本实施例中，啮合面要求淬硬层深度3～5mm，导向面和支承面要求淬硬层深度5～8mm。

[0056] 本实施例中采用透入式加热，即使淬硬层深度D与电流热态透入深度Δ满足：D＜Δ，优选为D＝Δ/2。

[0057] 以导向面与支 承面为例，当8mm≥D≥5mm时，电流热态透入深 度16mm≥Δ≥10mm。

[0058] 电流热态透入深度Δ与电流频率满足公式(I)：

[0059]

[0060] 公式(I)中：ρ-导体的电阻率(Ω·cm)

[0061] ：μ-导体的磁导率(H/m)

[0062] ：f-电流频率(Hz)

[0063] 工件淬火设定温度一定时，磁导率与电导率为定值，公式(I)简化为公式(II)[0064]

[0065] 由于16mm≥Δ≥10mm，根据公式(II)可以计算出：975Hz≤f≤2500Hz，本发明所使用的电流频率优选为1000Hz～2000Hz，本实施例中将电流频率f设定为1500Hz。

[0066] 根据淬硬层深度及电流频率，本发明中对啮合面进行加热时的感应线圈的比功率优选为2.0KW/cm2～4.0KW/cm2，更优选为2.5KW/cm2～3.5KW/cm2，本实施例中对啮合面进行加热时的比功率定为3.0KW/cm2。按照本发明，对导向面和支承面加热时的感应线圈的比功率优选为1.0KW/cm2～3.0KW/cm2，更优选为1.5KW/cm2～2.0KW/cm2，本实施例中对导向面与支承面加热时的感应线圈的比功率定为1.6KW/cm2。

[0067] 比功率确定后，可以按照公式(III)计算感应加热功率：

[0068] PL＝Fρ(KW) (III)

[0069] 公式(III)中：F-一次加热淬火的面积(cm2)

[0070] ρ-比功率(KW/cm2)

[0071] 感应加热功率确定后，可按公式(IV)计算出设备的输出功率：

[0072] PE＝PL/ηtηi

[0073] 公式中(III)中：ηt-淬火变压器效率，一般ηt＝0.7～0.8(中频取上限)[0074] ηi-感应圈效率，一般ηt＝0.7～0.85(中频取上限)

[0075] 感应器移动速度即为单位时间的加热面，在本公司的中频淬火机床中，1％的移动速度相当于0.23mm/s的速度。

[0076] 本实施例中，冷却水温度为30℃，压力为0.2MPa。

[0077] 本实施例中，工件与感应圈的间隙，啮合面方向5mm，导向面与支承面方向3mm。

[0078] 本实施例中，对工件型号为Q50、Q80、Q100、Q150、Q250、Q320、Q400、Q630的工件进行了淬火，工艺参数请参见表1，其中啮合面的方向使用第一感应加热装置进行淬火，在导向面和支承面的方向使用第二感应加热装置进行淬火。

[0079] 表1 履带板淬火工艺参数

[0080]

[0081] 上述履带板均使用同样的回火工艺，具体为：150℃×3h。

[0082] 实验结果：

[0083] 1、表面裂纹：

[0084] 感应热处理后，对上述工件进行探伤处理，探伤剂检测表面无裂纹，宏观肉眼观察表面无灼伤、蚀坑等影响使用的缺陷。

[0085] 2、硬度检测

[0086] 采用便携式里氏硬度计来检测表面硬度，对啮合面和导向面与支承面的测量结果表明，表面硬度均在HRC50～55范围之内，波动范围小于5HRC，符合JB/T9201-1999《钢铁件的感应淬火回火处理》规定。

[0087] 3、淬硬层深度检测

[0088] 金相法测量工件的有效淬硬层深度，具体为：沿垂直淬硬面线切割工件得到试样，抛光后，用硝酸酒精溶液腐蚀后，然后测量淬硬层深度，检测结果如表2-表17[0089] 表2 Q50履带板啮合面淬硬层深度(mm)

[0090]

[0091] 表3 Q50履带板导向面和支承面淬硬层深度(mm)

[0092]

[0093] 表4 Q80履带板啮合面淬硬层深度(mm)

[0094]

[0095] 表5 Q80履带板导向面和支承面淬硬层深度(mm)

[0096]

[0097]

[0098] 表6 Q100履带板啮合面淬硬层深度(mm)

[0099]

[0100] 表7 Q100履带板导向面和支承面淬硬层深度(mm)

[0101]

[0102] 表8 Q150履带板啮合面淬硬层深度(mm)

[0103]

[0104] 表9 Q150履带板导向面和支承面淬硬层深度(mm)

[0105]

[0106] 表10 Q250履带板啮合面淬硬层深度(mm)

[0107]

[0108]

[0109] 表11 Q250履带板导向面和支承面淬硬层深度(mm)

[0110]

[0111] 表12 Q320履带板啮合面淬硬层深度(mm)

[0112]

[0113] 表13 Q320履带板导向面和支承面淬硬层深度(mm)

[0114]

[0115] 表14 Q400履带板啮合面淬硬层深度(mm)

[0116]

[0117] 表15 Q400履带板导向面和支承面淬硬层深度(mm)

[0118]

[0119]

[0120] 表16 Q630履带板啮合面淬硬层深度(mm)

[0121]

[0122] 表17 Q630履带板导向面和支承面淬硬层深度(mm)

[0123]

[0124] 表2-表17的测试结果表明，采用本发明的方法对履带板进行感应淬火后，啮合面、导向面和支承面的表面淬硬层深度均能满足要求。

[0125] 以上对本发明所提供的履带式起重机的履带板的感应淬火方法及装置进行了详细的介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。