增程式移动闪光焊轨机的制作方法

本实用新型涉及移动闪光焊轨机，具体为增程式移动闪光焊轨机。

背景技术：

无缝钢轨焊接技术对于保证列车运行安全和旅客乘坐的舒适度至关重要。目前我国高速铁路的无缝钢轨焊接普遍采用的是移动闪光焊轨机设备，这种设备具有体积小、能耗低、焊接效率高、焊接接头质量好的特点。

由于在钢轨焊接过程中，负载的功率因数、所需的电压、电流在剧烈的变化，谐波含量较大且还会出现瞬时短路的工况，因此对移动闪光焊轨机供电系统的可靠性和稳定性要求很高。

图1所示是现有柴油发电机组供电的移动闪光焊轨机技术方案。整个系统由三相四线制的柴油发电机组、移动闪光焊轨机、与焊接相关的辅助系统三部分组成，其中柴油发电机组额定输出三相交流400v电压。当移动闪光焊轨机工作时，只需要在三相中取两相作为单相电源向移动闪光焊轨机供电。另一方面，三相四线制式的柴油发电机组还向与焊接相关的辅助系统提供电源，这包括三相400v、单相220v电源，满足辅助供电需求。现有柴油发电机组供电的移动闪光焊轨机存在如下缺点：

（1）由于移动闪光焊轨机负荷具有电压、电流、功率因数变化剧烈、谐波分量较大并伴有瞬时短路情况，这就导致柴油发电机组无论是输出频率还是输出电压都不能保持长期恒定，尤其是焊接工艺的预闪和顶锻阶段,柴油发电机组的输出频率、输出电压、功率因数cosφ都会有不同程度的短暂下降，影响焊接质量。

（2）焊接过程中，柴油发电机组长期在三相负荷严重不平衡的状态下运行，造成柴油发电机组额外的发热损耗、油耗增大以及寿命缩短，增加了运用及维护成本。

（3）焊接作业时，柴油发电机组缺相超负荷运行带来的噪声污染也比较严重，会对作业人员听力造成危害，同时也会诱发其他方面的疾病。

（4）柴油发电机组在负荷不平衡的工况下运行，其排放的黑雾、氮氧化物、碳氧化物等有害气体较正常运行时明显增多，不仅严重污染环境，更对现场工作人员的身心健康产生危害，这在地铁施工中显得格外明显。

图2所示是现有纯蓄电池储能供电的移动闪光焊轨机技术方案。该技术方案采用纯蓄电池组供电的模式，整个系统由蓄电池组、储能变流器、隔离变压器、焊轨机等组成。焊轨机工作时，蓄电池组输出的直流电经过双向储能变流器变成三相400v交流电，经过隔离变压器的隔离作用，转换成400v交流电，给焊轨机提供两相交流电源。当蓄电池组的电量低时，可通过柴油发电机组连接隔离变压器的输出端，经过储能变流器的逆变作用，将三相交流电转换成直流电给蓄电池组充电。也可通过地面电源进行充电，充电期间不能进行施工作业。现有纯蓄电池储能供电的移动闪光焊轨机存在如下缺点：

（1）对蓄电池组及隔离变压器容量需求大，设计及一次性投入成本较高。

（2）相对于柴油发电机组供电技术方案，由于很大程度上受限于蓄电池组循环使用寿命，产品使用寿命较短，更换蓄电池组成本也较高。

（3）焊接作业过程中，当检测到蓄电池组电量低时，需要停止施工给蓄电池组充电，降低了焊接施工作业效率。

（4）在实际线路施工过程中蓄电池组往往存在充电不方便，续航短的问题，较大程度的限制了其应用范围。

技术实现要素：

本实用新型解决现有柴油发电机组供电的移动闪光焊轨机和现有纯蓄电池储能供电的移动闪光焊轨机存在的缺陷，提供一种增程式移动闪光焊轨机。该增程式移动闪光焊轨机包括三相柴油发电机组和蓄电池组双电源。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：增程式移动闪光焊轨机，包括三相柴油发电机组、可控三相整流器、蓄电池组、单相逆变器、主控制器和移动闪光焊轨机本体；柴油发电机组输出端连接可控三相整流器，可控三相整流器输出端与单相逆变器的输入相连，蓄电池组的输出端也与单相逆变器的输入相连，单相逆变器输出端为移动闪光焊轨机本体供电；主控制器用于监测蓄电池组放电时电量是否达到下限值和充电时电量是否达到上限值。

该增程式移动闪光焊轨机有三种工作模式：纯电动工作模式、柴油发电机组供电工作模式，增程式供电工作模式。

一、纯电动工作模式

在该工作模式下，移动闪光焊轨机本体所需的电量全部由蓄电池组提供。柴油发电机组仅仅为蓄电池组充电，不参与焊接供电过程。系统焊接作业时，蓄电池组放电，蓄电池组通过单相逆变器给移动闪光焊轨机本体提供单相400v交流电源。主控制器实时监测蓄电池组的电量，当检测到电量达到下限值时，提示用户充电。在焊接作业停止时，启动柴油发电机组，经过可控三相整流器，将柴油发电机组发的三相交流电转换为可控的直流电给蓄电池组充电。

二、柴油发电机组供电工作模式

在该工作模式下，移动闪光焊轨机本体所需的电量主要由柴油发电机组提供，蓄电池组进行辅助放电。焊接作业时，柴油发电机组输出三相交流电经过可控三相整流器给单相逆变器供电，单相逆变器给移动闪光焊轨机本体供电。当需要大电流支撑时，蓄电池组进行辅助放电，经过单相逆变器给移动闪光焊轨机供电，提高焊接电流。当在负载间隙，电流稳定阶段，柴油发电机组给蓄电池组充电，蓄电池组无需单独充电，可长期运行。

三、增程式供电工作模式

在该工作模式下，移动闪光焊轨机本体首先工作在纯电动工作模式。主控制器实时监测到蓄电池组电量达到下限值时，（人为）启动柴油发电机组，一方面经过可控三相整流器给蓄电池组充电，一方面经过单相逆变器给移动闪光焊轨机本体提供电源。主控制器监测到蓄电池组的电量充到上限值时，关闭柴油发电机组，转为纯电动工作模式。

从上述的工作过程可以看出，主控制器的作用只在于监测蓄电池组放电时电量是否达到下限值和充电时电量是否达到上限值；主控制器即使是软硬件一体的部件，为完成上述任务，其硬件结构及软件编制也是计算机领域的技术人员容易实现的；因此，本实用新型不涉及复杂软件程序的编制，满足实用新型专利的客体要求。

本实用新型的有益效果为：

1.本实用新型采用基于电力电子技术的单相逆变器给闪光焊机供电，较常规柴油发电机组直接供电模式相比，彻底避免了焊接过程中三相负荷不平衡问题，使输出的单相400vac更加稳定，谐波含量大大下降，提高了输出电压的品质。

2.采用本实用新型供电的移动闪光焊轨机本体，可取消移动闪光焊轨机本体内部的自耦变压器和双向可控硅调压电路，有利于节约移动闪光焊轨机本体设计成本和降低原有调压电路高低压转换过程中产生的谐波含量，消除零电压对焊接质量不利影响，提高焊接质量与合格率。

3.在本实用新型的三种工作模式下，柴油发电机组可恒功运行在最佳效率点，较柴油发电机组缺相超负荷运行工况，其缸体磨损量大大减小，积碳与冒黑烟现象得到有效遏制，排放的有毒废气和噪声也大大降低。这在地铁等隧道焊接时，效果格外明显，有利于操作人员身心健康。

4.在增程式供电工作模式下，较常规柴油发电机组供电相比，除了排放和噪声下降外，其油耗和维护成本也有所降低，同时提升了柴油发电机组的使用寿命。较纯蓄电池供电相比，大大增强了其焊接的连续性，不用担心线路充电问题，提高了生产效率。

附图说明

图1为现有柴油发电机组供电的移动闪光焊轨机的结构框图；

图2为现有纯蓄电池储能供电的移动闪光焊轨机的结构框图；

图3为本实用新型所述增程式移动闪光焊轨机的结构框图。

具体实施方式

增程式移动闪光焊轨机，包括三相柴油发电机组、可控三相整流器、蓄电池组、单相逆变器、主控制器和移动闪光焊轨机本体；柴油发电机组输出端连接可控三相整流器，可控三相整流器输出端与单相逆变器的输入相连，蓄电池组的输出端也与单相逆变器的输入相连，单相逆变器输出端为移动闪光焊轨机本体供电；主控制器用于监测蓄电池组放电时电量是否达到下限值和充电时电量是否达到上限值。

柴油发电机组的功率为300-350kw。

蓄电池组采用磷酸铁锂电池组，电量为250-300kwh。

单相逆变器输出400v单相交流电；采用单相逆变器给焊轨机供电，可以有效避免焊轨机工作时负载不平衡对供电电压稳定性的影响，有效提高输出电压的品质及焊接的合格率。