钢轨焊后保压正火设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种钢轨焊后保压正火设备，包括发电机组、中频电源、电气控制系统和液压泵站，其中发电机组连接中频电源，所述钢轨焊后保压正火设备还包括：起重系统，所述起重系统设置在钢轨焊后保压正火设备的一端，并且起重系统与液压泵站相连；和正火主机，所述正火主机设置在起重系统的端部，并且正火主机与中频电源和液压泵站相连。本实用新型所提供的钢轨焊后保压正火设备可在热处理过程中对钢轨进行保压，同时具有加热能力强、效率高、截面温度均匀等特点。
【专利说明】钢轨焊后保压正火设备
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及钢轨焊接接头焊后热处理领域，尤其涉及一种钢轨焊后保压正火设备。
【背景技术】
[0002]目前正值我国轨道交通快速发展时期，随着铁路技术的发展和列车运营速度的不断提高，对钢轨无缝线路焊接接头机械性能的要求也要越来越高，只有这样才能保障列车运行的安全性。由于铁路建设施工现场的钢轨焊接接头热处理设备均为简易的人工火焰加热和手动测温方式，无法在热处理过程中为操作人员提供精确的数据、保压和控制手段，使操作过程极为不便，又影响最终热处理质量，所以必须在热处理过程中能够进行精确测量、保压和控制，才能保障钢轨焊接接头的质量。
[0003]现在国内铁路建设施工现场常用的钢轨焊接接头热处理设备多为普通气压焊加热器，其结构如图1所示。所述钢轨焊接接头热处理设备主要组成部分包括加热器101、气管(氧气、乙炔)102、水管103、加热器支架104、滑动小车105和摆动手柄106六部分，另外还需氧气、乙炔、氧气表、乙炔表、混合器、流量计、水泵、水箱和手持测温仪等材料和设备。该热处理设备主要工作原理是人工操作实现加热器挂载、对位、点火、调节气体配比及流量，通过加热器中的氧气乙炔火焰对钢轨焊接接头表面进行加热，利用摆动手柄拉、推滑动小车，使加热器火焰沿钢轨轴向一定范围内摆动，并利用手持测温仪对接头表面进行测温，再通过热传导使接头内部的温度升到工艺要求的范围内。
[0004]图1所示的热处理设备的热处理方式具有以下不足之处:1、设备没有拉伸钢轨装置，无法在生产过程中对钢轨进行保压，使得接头容易在钢轨温度应力的作用下产生变形和损伤；2、由于钢轨属于异型截面型材，各部分截面积很不均匀，因此在火焰加热时必须根据各部位的加热状态调整加热器火孔大小，从而调节各区域的加热状态，极易造成区域加热不均匀或者部分大截面部位心部无法达到加热温度，出现“未正透”的情况；3、现场火焰正火过程中，温度控制主要通过光电测温仪或红外测温仪进行测温或者比对加热时间是否在范围内来进行，由于受火焰的影响，测温结果和实际值相比波动很大，无法有效控制加热效果；4、各地各批次的氧气和乙炔的纯度和压力均有差异，进行过一些接头的正火之后，气瓶有时也无法提供流量稳定的气体，特别是在野外施工时，温度较低也会影响气体的稳定性，同样无法有效控制加热效果；5、由于现场工况和作业环境差，钢轨正火时的加热速度和冷却速度受人为因素影响较多，导致正火质量波动大，另有部分施工单位控制正火温度主要通过工人“看火”来掌握加热状态，受外界环境及人为经验影响极大，且无法自动形成施工纪录，无法追溯正火质量；6、火焰正火需要工人不断的搬运气瓶、冷水柜、氧气带以及加热器等等，劳动强度很大；7、乙炔气瓶属于装运危险品的压力容器，在火焰正火时还经常发生回火等，这都给乙炔的使用带来很大的危险因素。
【发明内容】
[0005]为了解决上述问题，本发明提供一种钢轨焊后保压正火设备，包括发电机组、中频电源、电气控制系统和液压泵站，其中发电机组连接中频电源，其特征在于，所述钢轨焊后保压正火设备还包括:起重系统，该起重系统设置在钢轨焊后保压正火设备的一端，并且起重系统与液压泵站相连；和正火主机，该正火主机设置在起重系统的末端，并且正火主机与中频电源和液压泵站相连。
[0006]进一步地，该钢轨焊后保压正火设备包括:
[0007]加热电源负载，该加热电源负载设置在正火主机内的中部，并且连接到中频电源以接收中频电源发送的中频交流电流并将该中频交流电流转换成低压强电流；
[0008]夹紧装置，该夹紧装置包括沿着钢轨长度方向分别设置在正火主机的前面和后面的前夹紧装置和后夹紧装置；
[0009]加热线圈，该加热线圈设置在正火主机的下部，并且连接到加热电源负载以从该加热电源负载接收所述低压强电流；
[0010]线圈驱动装置，该线圈驱动装置设置在正火主机的下部，并且线圈驱动装置分别与加热线圈和液压泵站相连接；
[0011]线圈对位装置，所述线圈对位装置设置在正火主机的下部，并且与加热线圈和线圈驱动装置相连接；和
[0012]保压伸缩装置，保压伸缩装置设置在正火主机下部的中间位置且与液压泵站相连，并且保压伸缩装置的前端与所述前夹紧装置相连接、后端与所述后夹紧装置相连接。
[0013]可选地，钢轨焊后保压正火设备还包括吊架，该吊架设置在正火主机的顶部并悬吊在起重系统的末端。
[0014]进一步地，保压伸缩装置包括互相连接的液压锁和保压伸缩油缸。
[0015]进一步地，钢轨焊后保压正火设备还包括测温装置，所述测温装置设置在前夹紧装置与加热电源负载之间并与电气控制系统相连接。
[0016]进一步地，钢轨焊后保压正火设备还可以包括风冷系统，风冷系统的一端与电气控制系统相连接，风冷系统的另一端连接到正火主机。
[0017]可选地，风冷系统包括储气罐和空气压缩机。
[0018]进一步地，电气控制系统可以包括在线数据采集及记录模块。
[0019]可选地，钢轨焊后保压正火设备还可以包括冷却系统，所述冷却系统的一端与电气控制系统相连接，冷却系统的另一端连接到加热线圈。
[0020]进一步地，冷却系统包括冷水机，所述冷水机连接到加热线圈以在加热过程中将冷却液输送到加热线圈。
[0021]通过采用本实用新型所公开的焊后保压正火设备可以达到以下技术效果:在钢轨焊接接头热处理过程中对钢轨进行保压，防止钢轨的温度应力对接头造成损伤和变形；采用电磁感应方式进行加热，提高了加热效率，截面温度均匀，同时解决了火焰加热等处理方式下火焰本身对温度测量的影响，进而提高温度测量的准确性；自动测量被加热轨头温度，具有实时性和数据完整性等特点；实现加热频率的无极调解，对提高截面温度的均匀性极为有利；采用数据采集和记录模块，实现了数据自动采集、自动记录、存储和管理，并生成便于技术人员分析使用的曲线和报表。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]本实用新型的上述及其它方面和特征将从以下结合附图对实施例的说明清楚呈现，其中:
[0023]图1是现有的气压焊加热器的结构示意图；
[0024]图2是根据本实用新型实施例的钢轨焊后保压正火设备的原理图；
[0025]图3是根据本实用新型实施例的钢轨焊后保压正火设备的整体结构立体图；
[0026]图4是根据本实用新型的钢轨焊后保压正火设备的正火主机的结构图；和
[0027]图5是根据本实用新型的钢轨焊后保压正火设备的数据采集及记录模块的操作流程图。
【具体实施方式】
[0028]下面参照附图详细描述本实用新型的说明性、非限制性实施例，对根据本实用新型的钢轨焊后保压正火设备进行进一步说明。
[0029]图2和图3分别是根据本实用新型的实施例的钢轨焊后保压正火设备的原理图和整机结构立体图。
[0030]参照图2和图3，根据本实用新型的钢轨焊后保压正火设备包括发电机组306、中频电源308、电气控制系统303和液压泵站307。发电机组306连接中频电源308，以为钢轨焊后保压正火设备提供稳定可靠的电能，供加热、控制和记录等操作过程使用。为了在钢轨焊接接头热处理过程中对钢轨进行保压以防止钢轨的温度应力对接头造成损伤，本实用新型的钢轨焊后保压正火设备还包括起重系统305和正火主机309。起重系统305设置在钢轨焊后保压正火设备的一端，同时，起重系统305与液压泵站307相连接，液压泵站307为起重系统305的运动提供相应的液压源。正火主机309设置在起重系统305的末端，以用于在电气控制系统303的控制下对焊后钢轨进行正火加热和保压。另外，正火主机还与中频电源308和液压泵站307相连。由此，中频电源308向正火主机提供所需的电流，并且液压泵站307向正火主机提供其驱动力所需的液压源。根据本实用新型，钢轨焊后保压正火设备通过起重系统调整正火主机的位置，从而完成正火主机的装卸和对位，并且通过正火主机进行加热和保压，以便能够在钢轨焊接接头处理过程中对钢轨进行保压。
[0031]电气控制系统303为本实用新型的钢轨焊后保压正火设备的控制单元，连接到钢轨焊后保压正火设备的每个部件，以用于采集设备运行过程中的频率、功率、时间、温度等数据，根据预先设定的工艺参数自动控制正火主机309的加热以及风冷系统和冷却系统的降温工作，消除了现有普通气压焊加热后热处理方式存在的原料因素、人为因素对加热过程的影响。
[0032]图4是本实用新型钢轨焊后保压正火设备的正火主机的结构示意图，其中，401为吊架，402为加热电源负载，403为测温装置，404为前夹紧装置，405为线圈对位装置，406为加热线圈，407为后夹紧装置，408为保压伸缩装置，409为线圈驱动装置。
[0033]下面参照图4对正火主机309的内部结构做详细说明。正火主机309包括加热电源负载402、夹紧装置、加热线圈406、线圈驱动装置409、线圈对位装置405和保压伸缩装置408。
[0034]加热电源负载402设置在正火主机309内的中部，并且连接到中频电源308，以接收中频电源308发送的中频交流电流，并将该中频交流电流转换为低压强电流(电压:0-50V，电流:0-3000A，此低压强电流范围为本领域技术人员通常采用的取值范围)以供给加热线圈406。例如，加热电源负载402可以采用本领域常用的方式通过震荡放大电路将中频交流电流转换为低压强电流，但电流的转换方式不限于此，而可以采用本领域常用的任何方式进行转换。在加热过程中，加热电源负载402与中频电源308配合完成外负载(被加热钢轨)的变化自适应功能，在电气控制系统的控制下根据负载和功率因数的改变实现加热频率的无极调节。
[0035]夹紧装置包括沿着钢轨长度方向分别设置在正火主机309的前面和后面的前夹紧装置404和后夹紧装置407，前后夹紧装置可将正火主机309的前后两端固定在待加热焊缝的两侧钢轨的轨腰部位，保证正火主机309工作时不会相对于钢轨发生移动，从而提高工作状态的稳定性，进一步保证保压正火的质量。
[0036]加热线圈406设置在正火主机309的下部，并且连接到加热电源负载402以从该加热电源负载接收转换后的低压强电流，从而形成强大的交变电磁场，以对钢轨焊缝进行加热。这种采用电磁感应进行加热的方式，可以有效地提高加热效率，并且加热的截面温度更加均匀，另一方面，电磁加热也解决了火焰加热方式下不易实时、准确测量温度的问题。
[0037]线圈驱动装置409设置于正火主机309的下部，分别与液压泵站307、加热线圈406相连接。线圈对位装置405设置在正火主机309的下部，并且与加热线圈406和线圈驱动装置409相连接。正火主机309开始加热工作前，线圈驱动装置409从液压泵站307获得液压驱动力，驱动线圈对位装置405帮助加热线圈406相对于钢轨焊缝位置对中并驱动加热线圈406的张开、闭合以控制加热线圈406的加热。
[0038]保压伸缩装置408设置在正火主机309的下部的中间位置。保压伸缩装置408的前端与前夹紧装置404相连接、后端与后夹紧装置407相连接，又分别与液压泵站307、电气控制系统303相连接。当正火主机309对钢轨焊接处进行加热时，前夹紧装置404和后夹紧装置407分别夹紧待加热焊缝的两侧的钢轨，电气控制系统303根据温度情况控制液压泵站307向保压伸缩装置408提供一定的液压，从而使保压伸缩装置408的前端和后端分别对前夹紧装置404和后夹紧装置407施加一定的液压预应力，同时锁定保压伸缩装置408的状态，从而抵消加热时钢轨因温度变化伸长或缩短而产生的应力，进而保证前后夹紧装置相对于钢轨不会移动，达到保压的功能。
[0039]可选地，保压伸缩装置408可以包括相互连接的液压锁和保压伸缩油缸(图中未示出)。在所述可选实施例中，在保压伸缩装置施加一定的液压预应力时，通过液压锁锁定保压伸缩油缸的装填，进而锁定保压伸缩装置408的状态，以达到保压的功能。
[0040]如图4所示，根据一个可选实施例，正火主机309还可以包括吊架401，该吊架设置在正火主机的顶部并悬吊在起重系统305的末端(如图3所示)，以用于承载正火主机309的其它各功能部件，在起重系统的作用下起到支撑和移动正火主机309的作用。
[0041]优选地，正火主机309可以进一步包括测温装置403，所述测温装置与电气控制系统303相连接，以用于在线监测加热过程中轨头部位的温度变化数据，并将数据实时传输给电气控制系统303。在图4所示的实施例中，测温装置403设置在前夹紧装置404与加热电源负载402之间。因本实用新型的钢轨焊后保压正火设备采用电磁感应加热方式，所以测温装置303的工作不会受到火焰等因素影响，使测量温度准确；又因为测温装置403靠近轨头部位设置，所以可实时测量，具有实时性，保证数据完整性。然而，测温装置在正火主机内的安装位置不限于此，只要保证测温装置能够测量钢轨焊接接头被加热过程中轨头部位的温度变化即可。
[0042]参见图2和图3，根据本实用新型的钢轨焊后保压正火设备优选地可以还包括风冷系统，风冷系统的一端与电气控制系统303相连接，而另一端连接到正火主机309，从而在电气控制系统303的控制下对加热后的钢轨焊接接头加速冷却。进一步地，例如，风冷系统可以包括储气罐301和空气压缩机302，电气控制系统303控制储气罐301向空气压缩机提供气体，并通过空气压缩机302将冷却气体供应到正火主机。此外，根据本实用新型的钢轨焊后保压正火设备优选地可以还包括冷却系统，所述冷却系统的一端与电气控制系统303相连接，而另一端连接到加热线圈406。例如，冷却系统可以包括冷水机304，冷水机连接到加热线圈406以用于在加热过程中不断向加热线圈输送冷却液(例如，冷水)，降低加热线圈406的温度，从而减小线圈热损耗。
[0043]图2是本实用新型的钢轨焊后保压正火设备的原理图。如图所示，电气控制系统303为正火管理系统，通过控制中频电源308，向正火主机提供中频交流电源，同时控制中频电源308调节频率和负载功率；通过控制冷却系统，将冷却液输送到加热线圈406，从而降低加热线圈406的热量，防止线圈受损；通过控制风冷系统，来降低加热后轨头温度；控制液压系统，为起重系统305、保压伸缩装置408和线圈驱动装置409提供液压源。
[0044]进一步地，电气控制系统303包括在线数据采集和记录模块。图5为在线数据采集及记录模块的操作流程图。数据采集及记录模块设置于电气控制系统303中，例如，可以设置在电气控制系统中的工业控制计算机中。具体工作流程如下:登录系统；检查数据串口是否连接，若连接成功，则设置初始参数，若连接不成功，则重新连接；参数设置完毕后开始串口通讯，发送开始信号并接收频率、时间、温度等数据，若检测到数据接收失败，则重新开始串口通讯，若数据接收成功，则实时地对所接收数据进行分析处理；对数据分析结束后，转化数据并在显示器的显示界面上显示数据(所需显示器可以是本领域通常采用的显示器)；将处理结果存储在通用存储器(所需存储器为本领域通常采用的存储器)；存储结束后，向电气控制系统303发送结束信号，并停止串口通讯；根据操作人员选择，可以对所存储的数据分析结果生成参数曲线、参数报表或退出系统。通过设置该数据采集及记录模块，可以实现数据的自动采集、自动记录、存储和管理，并生成便于技术人员分析的曲线和报表形式。
[0045]本实用新型的钢轨焊后保压正火设备的操作过程如下:a.启动发电机组306，待发电机组306输出电压稳定后接通焊后保压正火设备的总电源；b.启动电气控制系统303和数据采集及记录模块、空气压缩机302、冷水机304和液压泵站307 ;c.打开集装箱3侧门和液压泵站307，通过起重系统305将正火主机309放置在待加热钢轨焊缝处；d.操作人员设置初始参数；e.由电气控制系统303控制线圈驱动装置409，使加热线圈406的中心与焊接接头中心相对应；f.由电气控制系统303控制测温装置403对正测温点，通常为待处理钢轨的轨头位置；g.夹紧加热线圈406，并确认线圈与待处理钢轨不接触；h.前夹紧装置404和后夹紧装置407分别夹紧待加热焊缝两侧的钢轨；1.启动中频电源308; j.启动正火主机309按钮，启动线圈加热程序，同时系统开始记录加热过程中的时间、温度、频率和功率等数据；k.当监测到轨头温度或加热时间达到预定数值后，加热程序自动停止，电气控制系统303控制储气罐301、空气压缩机302打开阀门对焊接接头处喷风，直至喷风结束；1.喷风结束后，热处理过程完成，张开加热线圈406、前后夹紧装置，以及保压伸缩装置;m.启动起重系统305将正火主机309收回集装箱。
[0046]尽管对本实用新型的典型实施例进行了说明，但是显然本领域技术人员可以理解，在不背离本发明的精神和原理的情况下可以进行改变，其范围在权利要求书以及其等同物中进行了限定。
【权利要求】
1.一种钢轨焊后保压正火设备，包括发电机组、中频电源、电气控制系统和液压泵站，其中所述发电机组连接所述中频电源，其特征在于，所述钢轨焊后保压正火设备还包括: 起重系统，所述起重系统设置在所述钢轨焊后保压正火设备的一端，并且所述起重系统与所述液压泵站相连；和 正火主机，所述正火主机设置在所述起重系统的末端，并且所述正火主机与所述中频电源和所述液压泵站相连。
2.根据权利要求1所述的钢轨焊后保压正火设备，其特征在于，所述正火主机包括: 加热电源负载，所述加热电源负载设置在所述正火主机内的中部，并且连接到所述中频电源以接收所述中频电源发送的中频交流电流并将所述中频交流电流转换成低压强电流； 夹紧装置，所述夹紧装置包括沿着钢轨长度方向分别设置在所述正火主机的前面和后面的前夹紧装置和后夹紧装置； 加热线圈，所述加热线圈设置在所述正火主机的下部，并且连接到所述加热电源负载以从所述加热电源负载接收所述低压强电流； 线圈驱动装置，所述线圈驱动装置设置在所述正火主机的下部，并且所述线圈驱动装置分别与所述加热线圈和所述液压泵站相连接； 线圈对位装置，所述线圈对位装置设置在所述正火主机的下部，并且与所述加热线圈和所述线圈驱动装置相连接；和 保压伸缩装置，所述保压伸缩装置设置在所述正火主机下部的中间位置且与所述液压泵站相连，并且所述保压伸缩装置的前端与所述前夹紧装置相连接、后端与所述后夹紧装置相连接。
3.根据权利要求2所述的钢轨焊后保压正火设备，其特征在于，所述正火主机还包括: 吊架，所述吊架设置在所述正火主机的顶部并悬吊在所述起重系统的所述末端。
4.根据权利要求2所述的钢轨焊后保压正火设备，其特征在于，所述保压伸缩装置包括互相连接的液压锁和保压伸缩油缸。
5.根据权利要求2所述的钢轨焊后保压正火设备，其特征在于，所述正火主机还包括: 测温装置，所述测温装置设置在所述前夹紧装置与所述加热电源负载之间并与所述电气控制系统相连接。
6.根据权利要求1所述的钢轨焊后保压正火设备，其特征在于，所述钢轨焊后保压正火设备还包括: 风冷系统，所述风冷系统的一端与所述电气控制系统相连接，所述风冷系统的另一端连接到所述正火主机。
7.根据权利要求6所述的钢轨焊后保压正火设备，其特征在于，所述风冷系统包括储气罐和空气压缩机。
8.根据权利要求1所述的钢轨焊后保压正火设备，其特征在于，所述电气控制系统包括在线数据采集及记录模块。
9.根据权利要求2所述的钢轨焊后保压正火设备，其特征在于，所述钢轨焊后保压正火设备还包括:冷却系统，所述冷却系统的一端与所述电气控制系统相连接，所述冷却系统的另一端连接到所述加热线圈。
10.根据权利要求9所述的钢轨焊后保压正火设备，其特征在于，所述冷却系统包括冷水机，所述冷水机连接到所述加热线圈以在加热过程中将冷却液输送到所述加热线圈。
【文档编号】C21D1/28GK204251656SQ201420622656
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年10月24日 优先权日:2014年10月24日
【发明者】高振坤, 丁韦, 李力, 高文会, 宋宏图, 田甜, 李金华, 赵国, 胡玉堂, 王贵山 申请人:中国铁道科学研究院, 中国铁道科学研究院金属及化学研究所