一种快速保压推凸的直流铁路钢轨闪光对焊机的制作方法

本发明涉及铁路行业中钢轨焊接领域，尤其是一种快速保压推凸的直流铁路钢轨闪光对焊机。

背景技术：

目前轨道交通所使用的钢轨都是将钢厂生产的定尺长钢轨焊接后铺设到线路上，从而构成无缝线路。钢轨焊接最主要的方法是采用效率高且接头质量稳定的固定式钢轨闪光焊设备来焊接钢轨，从而获得质量可靠的焊接接头。

已知的一种底架连接的固定式钢轨闪光焊设备，见美国专利us5270514，其主要特点是焊机的动架轨道设置于动架底部，而待焊钢轨在轨道的上方，动架与静架上端处于开放状态。这类焊机的结构缺点在于焊接顶锻时机架的受力不均匀，机架底部会承受较大的弯矩，当变形加剧时，会使得钢轨的焊接接头出现上拱现象。另一方面，焊机没有专用的推凸油缸，无法实现宝压推凸。又由于没有独立的钢轨夹持和电极夹持，无法进行预拱度调节，因此，应用的范围较为有限。

已知的一种水平纵梁连接的固定式钢轨闪光焊设备的专利(中国专利98105796.9)是由乌克兰巴顿电焊研究所开发的。该焊机的特点是动架和静架是通过两个水平方向的轴相互连接，在静架一侧上下分别放置一个变压器，变压器的初级与焊接电源连接，另一端与钢轨的代换端连接，钢轨两端通过接触产生火花并加热钢轨端面，加热完成后进行顶锻和推凸。由于这是一种采用交流焊接电源的焊机，其机构与本发明存在较大差异。这种焊机的缺点是：1)该焊机的钢轨对中方式过于简单，无法进行预拱量的设定，难以实现钢轨轨头侧面工作边的对正；2)不能实现钢轨在静架和动架夹紧钢轨情况下完成推凸(去毛刺)，或称为保压推瘤；3)另一缺点是三相不平衡(三相电流幅值不一致)，由于交流焊接变压器只能是单相使用，因此有一相电流较大，另外两相负载很小，对网电的冲击较为严重；4)由于上下双梁结构均位于钢轨对称线上下，当实际钢轨端面偏离中心线式，在焊接顶锻力的作用下，会产生水平方向的附加弯矩，由于该结构抗弯的效果较差，因此容易出现焊接接头水平弯曲的现象。

已知的一种框架连接的固定式钢轨闪光焊设备的专利(中国专利cn100396421c)是中国铁道科学研究院研发，与上述发明比较，动架和静架采用了三轴连接方式，不仅机架的稳定性有所提高，同时，抗顶锻弯曲性能提高，钢轨对中性能有所改善，但由于属于交流焊接，也没有保压推凸，总体性能与本发明存在较大差别。

已知的另一种框架连接的固定式钢轨闪光焊机是瑞士施拉特公司发明(欧洲专利ep0499019b1)，此焊机的主体结构由框架、静架、动架、电极、钢轨夹紧、接头推凸和对中部分组成。其主要特点在于钢轨电极夹紧采用多重杠杆铰接结构，优点在于电极夹紧方向为垂直，而夹紧油缸沿水平方向放置。但是，该结构的缺点在于杠杆铰接结构过于复杂，多重连接轴结构使得可靠性下降，保养和维修均十分困难；钢轨的对中机构采用四臂结构，可实现了机械设置钢轨轨头双侧工作边位置的对中调节。缺点在于，采用机械设置工作边对齐的方法较为复杂，精度也相对有限，因此，在实际使用中还需要进行手工精对完成。另外，由于中间两个对中臂在焊接电极的回路中，其中的铁磁性物质容易被磁化；钢轨轨腰夹紧采用油缸直接加力方式，夹紧力无法通过机械方法调节；推凸刀位于焊机电极的外侧，焊接完成后，首先需要将对中臂以及电极分别松开，然后将推凸刀合拢，穿过电极，将焊瘤推掉。由于此时的钢轨的电极已经松开，垂直方向无保压可能，因此，推凸时接头只处于水平轨腰夹紧保压状态。但是，由于推凸等待对中臂和电极松开到位，然后推凸刀穿过电极到达推凸部位，时间需要15s以上，时间较长，推凸时接头温度下降较多，推凸过程中钢轨焊接接头容易产生微小缺陷。

技术实现要素：

为克服现有的缺陷，本发明提出一种快速保压推凸的直流铁路钢轨闪光对焊机。

一种快速保压推凸的直流铁路钢轨闪光对焊机，包括框架、动架、静架、轨腰夹持机构、垂直电极夹紧机构、钢轨水平调节机构和钢轨焊接接头推凸机构,所述静架固定连接于框架内，所述动架一侧上端设置第一水平滑道；动架一侧下端设置第二水平滑道，第一水平滑道通过第一顶锻油缸连接框架；第二水平滑道通过第二顶锻油缸连接框架。

动架一侧设置第一垂直吊板；动架另一侧设置第二垂直吊板，第一垂直吊板和第二垂直吊板分别连接框架。

框架上部为两根方管，每根方管分别焊接两对立板，每对立板之间焊接水平圆管，所述方管靠近动架一端设置一长方形的方孔，方孔内设置螺栓座，第一垂直吊板上端与螺栓座绝缘栓接。

框架下部由两根底梁组成，底梁两端下方分别安装四个用于焊机行走的轮座，每个轮座上安装一个行走轮，轮座与底梁外侧通过两个长孔连接，框架下部一端，连接纵向水平的焊机行走油缸，焊机行走油缸的另一端与地面固定连接。

动架一侧安装垂直电极夹紧机构，垂直电极夹紧机构上下两端分别设置两个油缸，动架另一侧设置轨腰夹持机构，所述动架中垂直电极夹紧机构与轨腰夹持机构中部安装焊接接头推凸机构，所述动架轨腰夹持一侧上下端分别与第一顶锻油缸和第二顶锻油缸活塞杆铰接。

静架内侧设置垂直电极夹紧机构，上下两端分别设置两个油缸，静架中的垂直电极夹紧与钢轨轨腰水平夹持机构中部安装焊接变压器和整流模块，其中，变压器及整流模块分为上下两个部分，整流后的电极分别连接到钢轨的上下电极处。

轨腰夹持机构中，夹持臂中部设置轴，轴与动架、静架基座连接，夹持臂的一端与夹紧连杆连接，夹持臂另一端与轨腰夹紧块连接；夹紧连杆的另一端与轨腰夹紧油缸的活塞杆连接，其中，轨腰夹紧油缸另一端上的轨腰夹紧油缸体座与与动架、静架基座连接。

垂直电极夹紧机构中，夹紧机构一侧为动架电极，另一侧为静架电极，动架电极一侧设置第一轨顶夹紧油缸和轨顶定位油缸，其中，动架轨底夹紧油缸的推力小于轨顶油缸；静架电极一侧设置第二轨顶夹紧油缸和轨顶定位螺栓。

钢轨水平调节机构设置于静架和动架中部，其中，水平调节机构底座与动架、静架固定连接；水平调节机构中，水平对中臂起落油缸伸缩带动水平对中臂围绕对中臂转动轴转动，对中夹紧油缸伸缩使得对中夹紧臂围绕对中臂转动轴的辅助轴转动带动第一轨头夹紧点和第二轨头夹紧点运动；水平对中调节油缸伸缩，带动对中调节臂围绕对中臂转动轴转动，所述水平对中臂与对中臂转动轴的辅助轴连接，其中，对中臂转动轴的辅助轴与对中臂转动轴是偏心设计，其中，水平对中臂上安装水平位置记录机构。

焊接接头推凸机构包括吊架、推凸刀架、推凸刀臂、推凸刀、推凸刀夹紧油缸和推凸油缸，所述吊架下端固定水平纵向轴，所述推凸刀架上端设置两个轴承架与水平纵向轴连接，推凸刀架内设置两个对称安装的推凸刀臂，并通过垂直方向的轴与推凸刀架连接，推凸刀臂一端安装推凸刀，另一端与推凸刀夹紧油缸活塞杆连接，推凸油缸活塞杆与推凸刀架铰接。

通过本发明的一种快速保压推凸的直流铁路钢轨闪光对焊机，通过直接垂向油缸夹紧结构，实现垂向液压油缸结构的钢轨电极夹紧，简化电极夹紧结构，提高了焊机的可靠性，同时也方便了维修；通过新型水平对中臂系统，同时采用对中夹紧、水平夹紧移动和设置水平位置信息系统分析的方式，实现轨头双边工作边对齐；通过研发带机械放大结构的钢轨轨腰夹紧系统，实现钢轨夹紧力的调节，以及夹持对中点的调节；通过发明前置推凸刀结构，将推凸刀放置于电极内侧，焊接顶锻完成后可直接进行推凸，时间间隔可缩小至5s以内，钢轨处于垂直和水平夹紧状态，推凸后的接头内在质量有所提高，为防止微观缺陷的产生创造了条件；通过发明动架与静架沿水平滑道或吊臂摆动连接方式，使动架移动更加平稳和抗扭，实现精确的定位以及接头平顺。

附图说明

图1为钢轨闪光焊机滑道动架框架结构示意图。

图2为钢轨闪光焊机吊板动架框架结构示意图。

图3为轨腰夹持机构示意图。

图4为垂直电极夹紧机构示意图。

图5为钢轨水平调节机构示意图。

图6为钢轨焊接接头推凸机构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种快速保压推凸的直流铁路钢轨闪光对焊机行详细描述。

图1和图2示出，一种快速保压推凸的直流铁路钢轨闪光对焊机包括框架100、动架200、静架300、轨腰夹持机构400、垂直电极夹紧机构500、钢轨水平调节机构600和钢轨焊接接头推凸机构700。框架100与静架300固定连接，动架200与框架100连接有两种可选形式，一是通过一组绝缘的水平滑道111和112相连接，如图1所示，动架200通过水平滑道111和112，可以沿水平方向与静架300产生相对运动；二是通过绝缘的垂直吊板121和122相连接，如图2所示，动架200通过吊板121和122弯曲，可以沿水平方向与静架300产生相对运动。动架200与框架100通过顶锻油缸131和132相连接，顶锻油缸131和132的伸缩控制动架200与静架300的位移距离，从而带动钢轨产生相对运动或实现顶锻。

框架100上部由两根方管组成，每根方管分别焊接两对立板151，每对立板151之间焊接水平圆管152方管靠近动架一端有一个长方形孔123，方孔内有螺栓座，吊板上端与螺栓座绝缘栓接，连接后的动架可以沿着水平方向短距离移动。框架100下部由两根底梁组成，底梁两端下方分别安装有四个用于焊机行走的轮座140，每一轮座上安装一个行走轮141，轮座与底梁外侧通过两个长孔连接，轮子的高低可通过螺栓与长孔位置调节。在框架100下部一端，连接一个纵向水平的焊机行走油缸160，焊机行走油缸160的另一端与地面固定连接，当焊机行走油缸160伸缩，可带动焊机沿钢轨纵向行走。

动架200的电极一侧安装有垂直电极夹紧机构500，上下两端分别有两个油缸，用以夹紧钢轨并导电。动架200另一侧为轨腰夹持机构400，用以夹紧钢轨，使得钢轨随动架同步运动。在动架200中的垂直电极夹紧500与钢轨轨腰水平夹持机构400的中部安装了焊接接头推凸机构700，推凸刀位于电极前端，焊接完成后可以直接推凸(去毛刺)，无需上下电极打开。动架200轨腰夹持一侧上下端分别与顶锻油缸131和132活塞杆铰接，动架随着油缸伸缩做水平运动。

同样，静架300电极一侧安装有垂直电极夹紧机构500，上下两端分别有两个油缸，用以夹紧钢轨并导电。动架200另一侧为轨腰夹持机构400，用以夹紧钢轨，使得钢轨随静架同步固定。在静架300中的垂直电极夹紧500与钢轨轨腰水平夹持机构400的中部安装有焊接变压器以及整流模块1100，变压器及整流模块分为上下两个部分，整流后的电极分别连接到钢轨的上下电极处。在静架电极端中部有吊板底座，长吊板中部绝缘固定与该处。

轨腰水平夹持机构示意图如图3所示。夹持臂430中部的轴431与静架或动架基座连接，夹持臂430的一端与夹紧连杆440连接，另一端与轨腰夹紧块432连接。夹紧连杆440的另一端与轨腰夹紧油缸410的活塞杆413连接，轨腰夹紧油缸体座412也与静架或动架基座连接。轨腰夹紧油缸410伸长时，带动夹紧连杆440转动，使得两夹紧连杆的角度增大，并推动夹持臂430转动，使得轨腰夹紧块432夹紧钢轨，由于机械放大作用，钢轨轨腰夹紧力使油缸推力的三倍，并且通过调整两夹紧连杆的角度，可以调节钢轨夹紧力的大小。

如图4所示，电极垂直夹紧机构示意图如图4所示，图中右边为动架一侧电极，左边一侧为静架一侧电极。右上油缸分为轨顶夹紧油缸531和轨顶定位油缸532，轨顶夹紧油缸带动垂直轴521向下运动使得动架一侧的电极到达钢轨轨顶，用顶定位油缸532可以调整电极所需要的高度位置。动架轨底夹紧油缸550的推力小于轨顶油缸，这样轨底油缸夹紧钢轨后不能到达最大行程，这样，上面的油缸行程就能起到定位作用，同时，伸缩轨顶定位油缸532，就可以调整轨头的高低位置。左上油缸分为轨顶夹紧油缸541和轨顶定位螺栓542，同样，轨顶夹紧油缸带动垂直轴521向下运动使得静架一侧的电极到达钢轨轨顶，用轨顶定位螺栓542可以在焊前预先调整电极所需要的高度位置，焊前对轨可以通过调节轨顶定位油缸532实现焊接时的最终调节。

钢轨水平对中调节机构600如图5所示。钢轨水平对中调节机构600分别安装于静架和动架靠近电极一侧，如图2所示，其中对中调节机构的底座610与静架和动架固定连接。水平对中臂起落油缸625伸缩带动水平对中臂620围绕对中臂转动轴632转动，其结果是对中臂620围绕钢轨轨头抬起或放置于轨顶。对中夹紧油缸621伸缩使得对中夹紧臂622围绕对中臂转动轴632的辅助轴转动带动轨头夹紧点623和624靠拢或分开，其效果是将钢轨轨头对中夹紧或松开。水平对中调节油缸631伸缩，带动对中调节臂633围绕对中臂转动轴632转动，由于水平对中臂620是与对中臂转动轴632的辅助轴连接，并且对中臂转动轴632的辅助轴与对中臂转动轴632是偏心设计，因此，其效果是对中调节油缸631伸缩带动水平对中臂620沿大致水平方向移动，从而达到水平调节的效果。水平对中臂620上同步安装有水平位置记录机构，因此，水平位移的绝对地址可以有效记录。

如图6所示的钢轨焊接接头推凸机构700，钢轨焊接接头推凸机构700由吊架710、推凸刀架720、推凸刀臂730、推凸刀732、推凸刀夹紧油缸740和推凸油缸750组成。吊架710下端固定一个水平纵向轴721，推凸刀架720上端有两个轴承架与水平纵向轴721连接，推凸刀架720可以沿着水平纵向活动。在推凸刀架内有两个对称安装的推凸刀臂730，通过垂直方向的轴与推凸刀架720连接，推凸刀臂730一端安装有推凸刀732，另一端与推凸刀夹紧油缸740活塞杆连接，推凸刀夹紧油缸740伸缩带动推凸刀臂730张开或闭合。推凸油缸750活塞杆与推凸刀架720铰接，推凸油缸伸缩带动推凸刀架730以及推凸刀732沿焊机水平纵向移动，推凸刀通过焊接接头凸起位置时，将焊瘤切除。

实施例

在实际工作中，焊接前钢轨通过滚道从动架一侧进入焊机，钢轨待焊接部位分别进入动架和静架电极一侧。此时，为了将钢轨待焊接部位对齐电极中部位置，需要启动焊机的行走油缸160，带动焊机沿地面上的轨道纵向行走，直至钢轨待焊部位对准动、静架中位。由于钢轨处于焊机上下纵梁的中部，因此，钢轨在焊接受力时产生水平和垂直弯矩分量极小，对于接头平直度的付影响很小。

然后，启动焊机两端的起拱轮油缸220和320以及轨顶夹紧油缸531和541，使得钢轨轨顶与上电极相接触，同时，处于焊机两端的钢轨高度达到预拱要求数值，此时，启动钢轨水平调节机构600中的水平对中臂起落油缸625，将水平对中臂放下，然后启动对中夹紧油缸621，使得钢轨轨头处于夹持状态。由于钢轨轨头夹持方式为对中夹持，即触点623和624同时向中心移动，因此，夹持自然处于中位。水平夹持完成后，如果钢轨工作边有错口，则启动动架或静架一端水平调节机构600中的水平对中调节油缸631，将钢轨轨头工作边对齐。水平对齐完成后，启动动架轨底夹紧油缸550和静架轨底夹紧油缸560，将钢轨上下夹紧，由于电极上油缸推力大于下面的油缸，因此上下夹紧时不会出现上下移动问题。启动焊机两端的轨腰夹紧机构400中的轨腰夹紧油缸410，使其推动夹紧连杆440改变转动角度，由于夹紧连杆440的另一端与夹持臂430连接，因此，带动夹持臂430围绕轴431转动，造成夹持臂另一端的轨腰夹紧块432相互靠拢，从而夹紧待焊接钢轨。由于夹紧连杆440之间的夹角对夹持力大小有影响，当角度增加时，夹持力也相应增加，为此，选择适当的夹持角度即可调整钢轨夹持力。另外，轨腰夹紧油缸410的活塞杆413前端穿过油缸导向块414轴套，因此，可以承受轨腰夹紧油缸410和夹紧连杆440的部分重量，同时，油缸导向块414轴套可以围绕焊机中心面在水平方向上进行偏移调整，使得钢轨轨腰的夹持点进行横向调整，这样，可以实现焊机两端轨腰夹持点的对中调节。上下和轨腰夹紧后的钢轨，如果出现上下错口，则启动轨顶定位油缸532，油缸缩短则动架一侧的钢轨向上移动，油缸伸长则动架一侧的钢轨向下移动，调整到轨头顶面也对齐之后即可完成对中。钢轨接头预拱度调节是利用焊机两端的水平位置记录机构测量轨头位置高度，与电极处钢轨轨头高度差计算，静架一侧的预拱度是由轨顶夹紧油缸541上的轨顶定位螺栓542完成调节，动架一侧则是通过调节轨顶夹紧油缸531上的轨顶定位油缸532完成调节。夹紧钢轨并完成对中调节后则可以进行钢轨焊接。

电极通电后，钢轨两端处于不同电位，此时，由于钢轨两端分别被动架和静架的电极垂直夹紧机构500和轨腰水平夹持机构400夹紧，当顶锻油缸131和132伸缩，带动动架200移动时，就会使得焊接钢轨相互接触产生闪光以及加热。首先完成连续闪光，然后完成预热闪光，然后再次进行连续闪光和顶锻。顶锻完成后，焊机还处于电极垂直夹紧机构500和轨腰水平夹持机构400夹持状态，钢轨焊接接头还处于锁定状态下，此时，启动推凸机构700中的推凸油缸750，使得推凸刀架720带动推凸刀732沿钢轨纵向移动，当推凸刀732通过焊接接头的顶锻凸起部分后，就将焊瘤推平。由于发明焊机的推凸刀置于焊机动架200与静架300的电极之间，推凸时无需动架一侧的电极张开(躲开推凸刀)，因此，从顶锻完成到推凸进行的时间可以在5s以内完成，此时焊接接头的温度很高，塑性良好，对推凸造成的剪切变形有良好的承受能力，大大降低了推凸引起的过热区微裂纹的产生概率。另一方面，接头在高温状态下钢轨的垂直和水平方向均处于锁定状态，因此，接头在高温并强度较低的状态下不会收到拉伸作用，接头质量得到了良好保证。

通过本发明的快速保压推凸的直流铁路钢轨闪光对焊机，使得焊接顶锻时，接头上下受力均匀，消除顶锻造成的弯矩，从而确保了钢轨闪光焊接头的平直度；通过发明独立推凸机构和采用专门的推凸油缸，实现了接头垂直和水平位移锁定(接头保压)状态下的推凸，避免了高温下接头受拉情况的发生；通过发明的钢轨轨腰连杆夹持机构，使得钢轨轨腰夹紧效率进一步增加，并且，可以通过调整连杆角度来调节夹紧力；通过发明电极垂直夹紧机构，简化了结构，提高了对轨精度以及结构可靠性；通过发明水平对中机构，采用水平位置记录机构确定实际位置绝对地址，实现双工作边的高精度对中，有效解决了机械限位开关对中产生的缝隙误差；通过发明推凸刀前置，实现了焊接完成后立刻推凸，减少了顶锻后到推凸的等待时间，接头推凸温度的提高，减小了轨底过热区出现微裂纹的概率。

最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。