专利名称：一种交流钢轨焊机的制作方法
技术领域：
一种交流钢轨焊机技术领域[0001]本实用新型涉及轨道交通工程领域，特别涉及钢轨焊机，尤其是一种交流钢轨 焊机。
背景技术：
[0002]轨道交通(高铁、普铁、地铁、轻轨、重轨)的高速发展导致了轨道机械质 高、量大的需求，其中轨道敷设已全面采用无缝焊接工艺，以致全球大量需求高质量的 轨道焊接设备。基于成本、效率与可靠性，目前世界上多采用交流闪光焊接工艺，采 用单相变压器降压至6 7V后直接碰焊，碰焊电流峰值超过10万安培，最大功率超过 500KVA。由于焊接过程的预闪、顶锻阶段，电源近似被短路而产生很大的冲击电流，另 外因焊接工艺的需要必须对输入电压进行调压/变流处理，通常是采用双向晶闸管进行 移相调压，从而导致电源的功率因素偏低，并产生较大的谐波电流，因而须配置高性能 的电源供给系统。当焊接在固定的施工场合，若由市电网供电，问题相对容易解决。但 轨道施工通常是移动作业，因而，移动式柴油发电机为常规配置。那么对该移动式柴油 发电机的容量、抗冲击能力、电压调节器的励磁能力与调节性能、可靠性均提出较高的 要求。[0003]现有技术中，在轨道施工中应用最多的是钢轨焊机的结构示意图如图2所示， 采用恒速运行的柴油发动机拖动恒压、恒频运行的三相交流电励磁同步发电机。通过大 电流的双向晶闸管与焊接设备的单相变压器的初级绕组连接，焊接的输出电流由系统程 序根据工艺要求控制双向晶闸管的导通角实现调压/变流。辅助液压动力由三相电动机 拖动的液压泵提供。由于采用晶间管进行移相调压，移相斩波导致电流产生大量的高次 谐波，高次谐波分量限制了变压器及发电机的输出功率，并导致相关部件、器件发热产 生损耗。另外移相调压使发电机的功率因数下降，进一步导致能耗增加。另外，一个更 大的技术缺陷是由单相变压器直接降压方式进行焊接，具有设备简单、抗大短路电流 冲击能力强的优点，但由于该变压器是单相运行，对普通的三相电源，特别是常用的柴 油机驱动的三相同步发电机，缺一相应用，电机的最高利用率只有0.577，而单相不对称 运行导致发电机产生大量的负序电流和零序电流，这些负序电流和零序电流会大大增加 发电机的功率损耗及震动，降低了发电机的效率与使用寿命。通常的同步发电机均须采 用自动电压调节器进行励磁/输出电压调节。当焊接在预闪阶段(变压器输出近似被短 路，将需求三倍以上的输入功率)，发电机被突加超过100%负载，由于励磁调节电流的 滞后，发电机输出电压必然会产生较大的瞬态下跌偏差(瞬态偏差大于_30%，恢复时间 1 2秒)，导致闪光焊接质量下降。为了提高焊接的成功率，通常是选配为单相变压器 3倍容量的发电机(例如50%暂载率设计，250KVA的焊接变压器，多配置750KVA 1000KVA的发电机)。发电机的功率选大了，拖动的发动机也须同时加大配给功率，当 然系统的能耗、体积及造价也同时增大了。[0004]现有的移动式钢轨焊机具有结构复杂、能耗大、造价高、体积大等缺陷。
实用新型内容本实用新型针对现有技术的不足，提供一种能耗低的交流钢轨焊机。一种交流钢轨焊机，包括液压泵、发电机、发动机以及单相变压器以及一对焊接电极；发电机由发动机驱动，液压泵由发电机驱动，发电机与单相变压器的初级绕组 电气连接，单相变压器的次级绕组与焊接电极电气连接，发动机包括调速器，其特征在 于发电机为单相永磁发电机，包括前输入轴和后输出轴，前输入轴与发动机的主轴机 械连接，后输出轴与液压泵机械连接。进一步的，还包括用于检测单相变压器的初级绕组的电流的电流互感器以及电 流-速度调节器，电流互感器与电流-速度调节器电气连接，电流-速度调节器与调速器 电气连接。调速器受电流-速度调节器控制，电流-速度调节器根据电流互感器检测的 电流来控制调速器，实现电流/速度闭环调节。进一步的，所述的电流_速度调节器为以电流/速度闭环调节的PID调节器。进一步的，还包括飞轮，飞轮通常设于发电机的前输入轴，也可以设于发电机 的后输出轴，也可以在发电机的前输入轴和后输出轴同时各设置一个飞轮。进一步的， 所述的飞轮为钢制蓄能惯性轮。进一步的，所述的发动机为柴油机或燃气机。配置于发动机中的调速器通常为电子控制调速器或电喷控制调速器。本实用新型的终端焊接工艺仍然采用由单相工频变压器直接降压进行钢轨闪光 焊接的方式，但供电的发电机采用了大功率的单相永磁发电机，因永磁发电机的输出电 压与转速成线性关系，由程序控制发动机的转速可达到精确调压/控流，满足各个阶段 变电流焊接的工艺要求。又由于永磁发电机不需要外给定励磁电流来建立电压而具有优 秀的瞬态响应特性，突加100%的负载时，其瞬态电压偏差基本等于稳态电压偏差。通 过优化永磁体的设计可使电机的稳态电压偏差达到^-2.5%。辅助液压动力由永磁发电机 的后输出轴直接拖动液压泵提供。本实用新型从根本上解决了三相发电机缺相运行的问 题，从而大大提高了发电机的效率。所以在同等焊接变压器的情况下，发电机、发动机 的容量比现有技术可大大降低，如按50%暂载率设计，250KVA的焊接变压器，本实用 新型配置400KVA 450KVA的单相永磁发电机就能满足工艺要求，而现有技术通常是配 置750 1000KVA的三相发电机。本实用新型利用包括前后两轴的发电机，液压动力由发动机通过发电机的后输 出轴直接拖动，省去了辅助动力的电动机及配电，结构更为简单且更为实用。与现有技术相比，本实用新型具有如下优点1、采用永磁同步发电机作焊接电源，除了比通常的电励磁同步发电机具有更强 的瞬态带载能力外，而且体积更小、更轻、效率更高。2、批量生产的永磁发电机比同功率的电励磁发电机制造成本更低。3、取消了极大影响发电机可靠性的电子式电压调节器，系统可靠性进一步得以提尚。4、由于直接采用调速实现调压，电流波形没有畸变，而使发电机、变压器的功 率因素大大提高，因谐波而导致的损耗也降到最低，焊接质量也更有保证。[0019]5、所配置的发动机功率也相比过往的设计大为下降，另外在小电流工作阶段， 发动机以相对较低转速运行，对能耗及延长发动机的寿命均有利。本实用新型的装备有 明显节能效益。[0020]6、液压泵由发电机的后输出轴直接驱动，省却相关的驱动电动机和配电设施。[0021]7、交流钢轨焊机的发动机输出配备飞轮，改善了发动机在预闪阶段的瞬态特 性，进一步提高焊接质量。[0022]8、系统结构相当简单，易于推广，而且成套设备的成本也大为下降。
[0023]图1是本实用新型的交流钢轨焊机的结构示意图。[0024]图2是现有交流钢轨焊机的结构示意图。
具体实施方式
[0025]
以下结合附图对本实用新型作详细描述。[0026]如图1所示，本实用新型的交流钢轨焊机包括液压泵1、单相永磁发电机2、飞 轮3、发动机4、调速器5、电流-速度调节器6、电流互感器7、单相变压器8、焊接电 极9。所述的交流钢轨焊机由发动机4的主轴机械连接飞轮3，飞轮3机械连接单相永磁 发电机2的前输入轴，单相永磁发电机2的后输出轴机械连接液压泵1，单相永磁发电机 2的电源输出端电气连接单相变压器8的初级绕组，单相变压器8的次级绕组电气连接焊 接电极9，焊接过程中，焊接电极9电气连接钢轨10。电流互感器7的感应端安装于单相 永磁发电机2的电源输出回路，用于检测单相变压器8的初级绕组的电流(单相永磁发电 机2的输出电流)，电流互感器7的输出端连接电流-速度调节器6的输入端，电流-速 度调节器6的控制输出端电气连接调速器5。[0027]本实用新型的工作原理为由柴油机4同轴驱动储能飞轮3、单相永磁发电机2 及液压泵1，单相永磁发电机2输出电源端电气连接单相变压器8初级绕组，单相变压器 8经次级绕组降压后通过焊接电极9对钢轨10进行闪光焊接。液压泵1所产生的液压动 力供给系统的液压站使用。电流-速度调节器6根据钢轨焊接工艺所需要的焊接电流由 程序进行设定。焊接工作时，电流-速度调节器6根据电流互感器7所感应单相永磁发 电机2的输出电流，反馈给调速器5，通过调速器5闭环调整发动机4的运行转速，满足 (变速一调压一)调节电流的工艺要求。[0028]图2是现有交流钢轨焊机的结构示意图。恒压、恒频、电励磁三相同步发电机 11由恒速运行发动机12驱动，三相电动机13由三相同步发电机11驱动，液压泵15由 三相电动机13驱动，恒速运行发动机12内置恒速调速器18;单相变压器19是焊接变压 器，初级绕组接三相同步发电机11的其中2相输出，次级线圈接焊接电极20，焊机作业 时，焊接电极20与钢轨21相连。晶闸管14和电流互感器17设置于单相变压器19的初 级绕组的回路中，电流互感器17用于检测电流，晶闸管14用于相移调压，电流检测与控 制系统16获取电流互感器17的电流信号后控制晶闸管14的导通角。[0029]从图1、图2对比可以看出，本实用新型系统结构相当简单，取消了极大影响发 电机可靠性的电子式电压调节器，系统可靠性得以提高。本实用新型由于直接采用调速实现调压，取消了大功率的晶闸管，除系统节能与可靠性提高，更因为电流波形没有畸 变，而使发电机、变压器的功率因素大大提高，因谐波而导致的损耗也降到最低，配套 容量也因此下降 ，焊接质量也更有保证。液压泵由发电机的后输出轴直接驱动，省却相 关的驱动电动机和配电设施，而且成套设备的成本也进一步下降。
权利要求1.一种交流钢轨焊机，包括液压泵(1)、发电机(2)、发动机(4)以及单相变压器(8) 以及一对焊接电极(9)；发电机(2)由发动机⑷驱动，液压泵(1)由发电机(2)驱动， 发电机⑵与单相变压器⑶的初级绕组电气连接，单相变压器⑶的次级绕组与焊接电 极(9)电气连接，发动机(4)包括调速器(5)，其特征在于发电机(2)为单相永磁发电 机，包括前输入轴和后输出轴，前输入轴与发动机(4)的主轴机械连接，后输出轴与液 压泵(1)机械连接。
2.根据权利要求1所述的交流钢轨焊机，其特征在于还包括用于检测单相变压器 ⑶的初级绕组的电流的电流互感器(7)以及电流-速度调节器(6)，电流互感器(7)与 电流-速度调节器(6)电气连接，电流-速度调节器(6)与调速器(5)电气连接。
3.根据权利要求2所述的交流钢轨焊机，其特征在于所述的电流-速度调节器(6)为 以电流/速度闭环调节的PID调节器。
4.根据权利要求1至3任一项所述的交流钢轨焊机，其特征在于还包括飞轮(3)， 飞轮(3)设于发电机(2)的前输入轴和/或后输出轴。
5.根据权利要求4所述的交流钢轨焊机，其特征在于所述的飞轮(3)为钢制蓄能惯性轮。
6.根据权利要求1至3任一项所述的交流钢轨焊机，其特征在于所述的发动机(4)为 柴油机或燃气机。
7.根据权利要求1至3任一项所述的交流钢轨焊机，其特征在于所述的调速器(5)为 电子控制调速器或电喷控制调速器。
专利摘要本实用新型公开了一种交流钢轨焊机，包括液压泵、发电机、发动机以及单相变压器以及一对焊接电极；发电机由发动机驱动，液压泵由发电机驱动，发电机与单相变压器的初级绕组电气连接，单相变压器的次级绕组与焊接电极电气连接，发动机包括调速器，其特征在于发电机为单相永磁发电机，包括前输入轴和后输出轴，前输入轴与发动机的主轴机械连接，后输出轴与液压泵机械连接。本实用新型结构简单，所配置的发动机功率相比过往的设计可大为下降，从而节能、造价低。
文档编号B23K11/24GK201799769SQ20102054861
公开日2011年4月20日 申请日期2010年9月28日 优先权日2010年9月28日
发明者郑全, 郑浩 申请人:广州三业科技有限公司