有軌電車用槽型鋼軌焊接接頭焊后矯直作業(yè)系統(tǒng)

劉勇，宋宏圖

(1．沈陽鐵路局，遼寧沈陽110001;2．中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所，北京100081)

有軌電車用槽型鋼軌焊接接頭焊后矯直作業(yè)系統(tǒng)

劉勇1，宋宏圖2

(1．沈陽鐵路局，遼寧沈陽110001;2．中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所，北京100081)

我國在現(xiàn)代有軌電車用槽型鋼軌焊接過程中創(chuàng)新地采用了移動閃光焊接，并發(fā)展出了多種成套的新裝備。但槽型鋼軌焊后出現(xiàn)了一定數(shù)量的彎曲接頭，需要在焊后處理時進(jìn)行矯直。本文重點介紹了WJZ-1型有軌電車用槽形鋼軌焊接接頭焊后矯直作業(yè)系統(tǒng)的功能特點、工作原理、性能指標(biāo)和主要結(jié)構(gòu)，并介紹了其應(yīng)用情況。

有軌電車;槽型鋼軌;閃光焊;熱處理;焊后矯直

截止2015年末，現(xiàn)代有軌電車在上海、天津、廣州、南京、沈陽、長春、大連、蘇州、淮安等城市相繼開通，總里程161 km，占城市軌道交通線路總長的4.5%，有軌電車的建設(shè)正處于快速發(fā)展階段。中國城市軌道交通協(xié)會調(diào)查表明，各地規(guī)劃的現(xiàn)代有軌電車2020年將達(dá)到約2 000 km，遠(yuǎn)景規(guī)劃約8 000 km，在此巨大的建設(shè)規(guī)模下，需要配套的高效率、高質(zhì)量的建設(shè)方式，提升我國現(xiàn)代有軌電車的整體水平。

1　槽型鋼軌焊接現(xiàn)狀

城市軌道交通用槽型鋼軌斷面較特殊，其焊接方式主要有閃光焊和鋁熱焊。通過這2種焊接方式焊接后的焊接接頭作為整個軌道結(jié)構(gòu)的重要組成部分，一起隨鋼軌埋設(shè)于地面之下，槽型鋼軌軌面基本與地面平齊。焊接接頭歷來是整個焊接結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，對無縫線路來說鋼軌焊接接頭也屬于最易出現(xiàn)問題的地方。區(qū)別于歐美各國，近年來我國在發(fā)展現(xiàn)代有軌電車的過程中創(chuàng)新性地采用了移動閃光焊作為有軌電車線路焊接的主要方式。目前在開通現(xiàn)代有軌電車的城市中，蘇州、廣州、武漢、北京、淮安、青島、南京均采用移動閃光焊作為線路的主要焊接手段，其線路質(zhì)量和接頭服役狀態(tài)明顯優(yōu)于采用鋁熱焊的幾條線路。

使用移動閃光焊進(jìn)行軌道焊接主要分焊前準(zhǔn)備、焊接和焊后處理3個過程。YHG-1200TH型槽型鋼軌閃光焊機(jī)的使用已基本保證了鋼軌焊接接頭的內(nèi)在質(zhì)量，但由于國內(nèi)各大鋼廠槽型鋼軌生產(chǎn)經(jīng)驗尚在積累過程中，槽型鋼軌獨特的斷面和標(biāo)準(zhǔn)要求的寬泛造成了其母材的軋制質(zhì)量存在一定問題。這些問題造成焊后出現(xiàn)了一定數(shù)量的彎曲接頭，需要在焊后處理時進(jìn)行矯直。傳統(tǒng)的矯直設(shè)備主要針對標(biāo)準(zhǔn)型鋼軌，無法對槽型鋼軌進(jìn)行矯直，為此研發(fā)了WJZ-1型有軌電車用槽型鋼軌焊接接頭焊后矯直作業(yè)系統(tǒng)。

2　功能特點和工作原理

2.1功能特點

1)可對現(xiàn)場接頭進(jìn)行矯直處理，適用范圍包括位于承軌槽外的待換長軌上的焊接接頭和已鋪設(shè)于線路上的各種焊接接頭。

2)使用矯直功能時，既可用于對新焊接頭進(jìn)行矯直，又可用于對鋼軌硬彎進(jìn)行矯直。

2.2工作原理

矯直設(shè)備整車采用工作艙式結(jié)構(gòu)，作業(yè)時由軌道車等具有走行機(jī)構(gòu)的鐵路工程用車牽引。矯直系統(tǒng)采用液壓矯直方式，使用壓力和位移作為聯(lián)合控制參量，達(dá)到精確控制的目標(biāo)，解決現(xiàn)場對接頭上下、左右4向矯直的難題。矯直過程采用三點彎曲法進(jìn)行矯直，以U形卡口將鋼軌進(jìn)行固定，以彎曲最大點和其兩側(cè)各500 mm處構(gòu)成矯直彎矩施加的3點，針對不同的接頭彎曲狀態(tài)，分別在垂向和橫向施加矯直力，通過控制矯直力和矯直位移，形成合適的塑性變形，從而達(dá)到矯直目的。

3　主要技術(shù)參數(shù)

WJZ-1型有軌電車用槽型軌焊接接頭焊后矯直作業(yè)系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1　系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)

4　主要結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)組成

WJZ-1型有軌電車用槽型鋼軌焊接接頭焊后矯直作業(yè)系統(tǒng)(見圖1)安裝于艙室內(nèi)，置于軌道平車上，由軌道車牽引，艙體通過集裝箱箱角與平車連接。矯直裝置可從平車一端伸出后進(jìn)行作業(yè)。矯直艙分為工作艙和活動艙，工作時可將活動艙移到后部。系統(tǒng)包括矯直裝置、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、起重機(jī)、艙體、平車等，核心是矯直裝置和電氣系統(tǒng)。

圖1　系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)示意

4.1矯直裝置

矯直裝置由雙臂起重機(jī)掛載置于鋼軌焊接接頭部位，通過施加水平或垂直方向的雙向壓力，即可完成4向矯直。在操作的時候，操作人員可以通過電子顯示屏控制壓力大小，矯直變形可以通過激光位移傳感器測量顯示其結(jié)果。

鋼軌矯直裝置由主梁與輔梁構(gòu)成，主梁右端頂部是用于垂直方向加載的垂直油缸。在垂直油缸下面的活塞桿下部連接著垂直運動鋼軌卡具，垂直運動鋼軌卡具隨著活塞桿上下運動，帶動垂直運動鋼軌卡具及鋼軌上下彎曲。輔梁左端右面是用于水平方向加載的水平油缸。在水平油缸的活塞桿端部連接著水平運動鋼軌卡具，水平運動鋼軌卡具隨著活塞桿左右運動，帶動水平運動鋼軌卡具及鋼軌左右彎曲。以鋼軌焊接接頭垂直方向出現(xiàn)了低接頭為例，矯直時以一側(cè)支點和接頭部位為2個固定點，對垂直油缸進(jìn)行正向加油，使得垂直油缸活塞桿向下運動，帶動另一側(cè)鋼軌向下彎曲，并產(chǎn)生塑形變形，實現(xiàn)矯直。施加荷載的大小根據(jù)所需彎曲變形的大小來決定，變形大則施加的壓力也大，變形小則施加的壓力也相對較小。矯直裝置主要結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2　矯直裝置主要結(jié)構(gòu)示意

完成鋼軌固定后，對鋼軌平直度進(jìn)行測量，并根據(jù)測量結(jié)果對鋼軌不平順部位進(jìn)行反向彎曲。對于鋼軌水平方向的矯直也采用同樣的方法。矯直裝置的垂直和水平矯直最大行程為30 mm，其測量行程為±20 mm，測量精度為0.01 mm，可滿足平直度測量和矯直要求。矯直裝置機(jī)頭約1 t，尺寸為1 200 mm×700 mm× 900 mm，由雙臂起重機(jī)吊載。

4.2電氣系統(tǒng)

矯直裝置電氣控制系統(tǒng)框圖見圖3。電氣控制系統(tǒng)由電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)提供的交流380～400 V三相電作為電源。該系統(tǒng)的電氣控制柜是配電和控制的核心，將電源經(jīng)保護(hù)和控制后分配給各起重機(jī)油泵電動機(jī)、機(jī)頭油泵電動機(jī)、循環(huán)油泵電動機(jī)、冷卻風(fēng)扇、液壓油加熱器、工控機(jī)和直流開關(guān)電源，又將24 V的DC電源提供給控制面板、信號采集和處理系統(tǒng)，并控制各個閥門線圈，同時接壓力傳感器、位移傳感器、壓差開關(guān)等元器件提供的信號。矯直裝置中的位移和壓力通過傳感器轉(zhuǎn)換為電信號后直接進(jìn)入PLC的CJ1WAD081-V1模擬量采集模塊，再通過PLC的內(nèi)部通訊轉(zhuǎn)存到特定的存儲區(qū)域，經(jīng)CJ2M-CPU13模塊轉(zhuǎn)換成BCD編碼，最終通過PLC與工控機(jī)間的RS232串行通訊轉(zhuǎn)換成上位機(jī)軟件所需的數(shù)據(jù)格式，并顯示在界面中。液壓油溫度信號直接進(jìn)入E5EZ型溫度控制器的溫度輸入通道，實現(xiàn)對液壓油溫度的監(jiān)測。此處單獨形成一個閉環(huán)控制回路，不受其它控制回路的制約，能夠在停機(jī)狀態(tài)下單獨開啟油溫控制系統(tǒng)，從而以最少的電能消耗來實現(xiàn)液壓油溫度的維持。

圖3　電氣控制系統(tǒng)框圖

5　結(jié)語

針對有軌電車施工中的迫切需要，研制了WJZ-1型有軌電車用槽型鋼軌焊接接頭焊后矯直作業(yè)系統(tǒng)，力圖解決現(xiàn)場接頭的熱處理問題。經(jīng)過現(xiàn)場使用證明，該系統(tǒng)完全達(dá)到了質(zhì)量要求，作業(yè)效率和故障率均符合現(xiàn)場需要，成功地解決了有軌電車線路焊接接頭的矯直難題。

［1］李京增，李金華，李力，等．蘇州現(xiàn)代有軌電車槽型鋼軌移動閃光焊接質(zhì)量控制［J］．鐵道建筑，2015(5):147-150．

［2］宋宏圖，丁韋，高振坤，等．鋼軌焊接接頭焊后熱處理、矯直及外形精整綜合系統(tǒng)研究［J］．中國鐵路，2012(10):51-53．

［3］詹新偉．33 kg/m槽型護(hù)軌的感應(yīng)熱處理研究［J］．鐵道建筑，2016(2):139-141，145．

［4］王平，陳嶸，陳小平．高速鐵路道岔設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)［J］．西南交通大學(xué)學(xué)報，2010(1):28-33．

［5］梁旭，周清躍，張銀花，等．高強(qiáng)耐磨熱軋合金護(hù)軌的研制［J］．鐵道建筑，2013(12):113-117．

(責(zé)任審編 周彥彥)

Post-weld Straightening Operation System for Groove Rail Welding Joints Used in Tramway

LIU Yong1，SONG Hongtu2
(1．Shenyang Railway Bureau，Shenyang Liaoning 110001，China;2．Metals and Chemistry Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

Mobile flash butt welding technology was used in groove rail welding process of modern tramway in China and multiple sets of new equipment were developed．There were a certain number of bending joints after groove rail welding，which should be straightened during post-weld heat treatment．Functional characteristics，working principle，performance index and main structure for post-weld straightening operation system of groove rail welding joints used in WJZ-1 tramway and its application were introduced in this paper．

Tramway;Groove rail;Flash butt welding;Heat treatment;Post-weld straightening

TG432

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2016．11．30

1003-1995(2016)11-0114-03

2016-07-08;

2016-08-10

中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃(2016G004-G)

劉勇(1971—)，男，高級工程師，碩士。