CN101797662B - 铁路塞钉式接线端子焊接机具及其焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁路塞钉式接线端子焊接机具及其焊接方法，其焊接机具包括底部支撑系统和安装在底部支撑系统上的径向摩擦焊接装置；径向摩擦焊接装置包括控制器、主轴箱、安装在主轴箱内的主轴、同轴安装在主轴前端部的旋转夹具、安装在主轴箱后部的驱动电机和焊接过程中通过主轴箱对被焊接接线端子施加轴向顶锻压力的轴向施力机构；其焊接方法包括步骤：一、塞钉式接线端子加工制作；二、焊孔制作或选用；三、机具安装；四、焊前移位；五、径向摩擦焊接；六、机具拆除。本发明焊接机具体积小、便于搬运和携带且操作简便，所采用的焊接方法步骤简单、实现方便且焊接处理后获得的接线端子接线电阻率低且连接可靠。
Description
技术领域
本发明属于铁路钢轨接线端子固定安装技术领域，尤其是涉及一种铁路塞钉式接线端子焊接机具及其焊接方法。
背景技术
目前在铁路轨道电路中，与钢轨连接的各种引接线的连接方式主要包括以下几种：1、在钢轨上钻孔后打入塞钉线连接的机械连接方式，通常是先在钢轨中腰打孔，然后将钢轨引接线以紧配合方式打入孔中。2、在钢轨上钻孔后，镶铜套管用拉铆机实现紧配合后穿螺栓连接引接线的机械连接方式；3、爆炸焊、铝热焊等焊接固定方式。现如今，铁路客运专线、货运重载提速后的技术标准逐步向免维护方面发展，因而对各种轨道连接线使用时的安全可靠性要求更高，对轨道连接线的固定安装要求也相应提高标准，轨道连接线接线端子的牢固及安全可靠性显得至关重要。
上述塞钉线连接和镶铜套管两种机械连接方式中，所安装接线端子与钢轨之间必然存在至少0.08mm的接触间隙，长期使用使得接触电阻逐步增大，特别是在大电流作用下，接触电阻更大，这不仅导致铁路钢轨引接线的工作可靠性降低，而且所析出的电阻热增加，加剧了钢轨引接线端子接触部位的氧化腐蚀损坏，尤其在雨水侵入时氧化腐蚀损坏更加严重。而爆炸焊、铝热焊等焊接固定方式操作步骤繁杂，并且熔焊后所产生的夹渣、结晶物以及被焊材质的温度系数、焊后所存在的应力等在环境温度变化和列车高速运行所产生震动力的作用下，容易造成所固定的钢轨引接线端子松动和脱焊，接触不良现象也时有发生，从而不能实现轨道线路的日常免维护，并且影响行车安全。综上所述，现有铁路钢轨引接线的连接方式均不同程度地存在连接不可靠、易腐蚀氧化损坏、操作繁杂、易出现松动及接触不良现象等多种缺陷和不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、轻便、安装布设方便且使用操作简便、自动化程度高、能耗低、无污染的铁路塞钉式接线端子焊接机具。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种铁路塞钉式接线端子焊接机具，其特征在于：包括紧固且平稳安装在被处理钢轨上的底部支撑系统和安装在所述底部支撑系统上的径向摩擦焊接装置；所述径向摩擦焊接装置包括控制器、在所述底部支撑系统上水平左右移动的主轴箱、通过轴承机构水平安装在主轴箱内部的主轴、同轴安装在主轴前端部的随主轴同步转动且用于夹持被焊接接线端子的旋转夹具和安装在主轴箱后部的随主轴箱左右来回移动且驱动主轴进行连续转动的主轴转动驱动机构，以及带动主轴箱左右来回移动且焊接过程中通过主轴箱对被焊接接线端子施加轴向顶锻压力的轴向施力机构；所述主轴转动驱动机构为控制器控制的驱动电机，且驱动电机的动力输出轴与主轴的后端部同轴连接。
所述底部支撑系统包括底部支撑机构和安装在所述底部支撑机构前部且焊接过程中卡紧固定在钢轨下部的前端支架。
所述轴向施力机构包括固定安装在主轴箱外侧的轴向力施加装置和通过传动机构与轴向力施加装置相接的轴向力源。
所述底部支撑机构包括前部固定安装在前端支架上的水平底座板、布设在水平底座板后部的支撑底座和铺装在水平底座板上的水平直线导轨。
所述轴向力源为手动驱动装置或液压驱动装置。
同时，本发明还提供了一种工艺步骤简单、投资成本低、实现方便、可操作性强且焊接处理后的接线端子接触电阻率低、连接可靠的铁路塞钉式接线端子焊接方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、塞钉式接线端子加工制作：采用机加工设备加工制作塞钉式接线端子；所述塞钉式接线端子包括外径由前至后逐渐增大的圆锥状锥端体、接线端子柱和固定在锥端体正后方且供接线端子柱安装的接线端子体，所述锥端体和接线端子体组装或加工制作为一体且二者组成接线端子基体，所述接线端子柱安装在接线端子体后部，锥端体的材质为铜、铝或铁材料，且接线端子体的材质为硬质金属材料；所述锥端体的锥度为α；
步骤二、焊孔制作或选用：采用钻机在被处理钢轨的中腰钻取一个焊孔或选用钢轨上原有的标准通孔作为焊孔，所钻取的焊孔为通孔或盲孔且所述盲孔的深度为钢轨中腰厚度的70～80％，并且所钻取的焊孔为直孔或锥孔；所选用的焊孔为直孔；所述焊孔的尺寸与锥端体尺寸相对应；
步骤三、机具安装：先将所述底部支撑系统固定安装在钢轨上且对所述底部支撑系统进行调平后，再将所述径向摩擦焊接装置安装在所述底部支撑系统上且将所述径向摩擦焊接装置安装到位后应确保主轴正对步骤二中所述的焊孔，之后将所述接线端子基体夹持在旋转夹具上且使得所述接线端子基体前端部的锥端体正对步骤二中所述的焊孔，夹持时旋转夹具夹在接线端子体上；
步骤四、焊前移位：采用所述轴向施力机构或手动将步骤三中安装就位的所述径向摩擦焊接装置向靠近钢轨一侧水平移动，直至夹持在旋转夹具内的所述接线端子基体的锥端体插入步骤二中所述的焊孔内；
步骤五、径向摩擦焊接：通过驱动电机和轴向施力机构配合使用，且按照常规径向摩擦焊接工艺对钢轨和插入所述焊孔内的锥端体进行径向摩擦焊接；焊接之前，通过控制器对驱动电机的转速进行控制调整；
步骤六、机具拆除：焊接完成后，先打开旋转夹具，再采用所述轴向施力机构或手动将所述径向摩擦焊接装置水平向外移开，之后再将所述底部支撑系统从钢轨上拆除。
上述步骤一中所述锥端体的材质为紫铜或Q235钢材料，且接线端子体的材质为紫铜或Q235钢材料。
上述步骤五中所述的进行径向摩擦焊接时，采用一级或两级摩擦压力进行焊接。
上述步骤五中所述的进行径向摩擦焊接时，其焊接过程包括以下步骤：
501、根据锥端体和钢轨所用材料的热物理特性确定摩擦转速n和摩擦压力；当采用一级摩擦压力进行焊接时，确定摩擦压力P0；当采用两级摩擦压力进行焊接时，确定第一级摩擦压力P1和第二级摩擦压力P2；
502、通过控制器对驱动电机的转速进行设定；
503、启动驱动电机，并通过驱动电机相应带动锥端体在所述焊孔内高速旋转，且锥端体高速旋转的同时通过所述轴向施力机构向锥端体施加轴向顶锻压力，直至完成锥端体与钢轨间的径向摩擦焊接过程；当采用一级摩擦压力进行焊接时，整个焊接过程中所施加的轴向顶锻压力均为P0’＝tanα×P0；当采用两级摩擦压力进行焊接且当摩擦压力为第一级摩擦压力P1时，所施加的轴向顶锻压力为P1’＝tanα×P1，而当摩擦压力为第二级摩擦压力P2时，所施加的轴向顶锻压力为P2’＝tanα×P2。
上述步骤一中所述锥端体的锥度为α＝7～15°；步骤一中所述的接线端子柱和接线端子体间以焊接方式进行连接，所述接线端子柱为螺纹接线柱。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、所采用的焊接机具结构简单、体积小、重量轻、便于携带和搬运且安装布设方便。
2、所用的焊接机具使用操作简便、自动化程度高且可操作性强、控制方便。
3、所用焊接机具的使用效果非常好，具有能耗低、无污染等优良特性。
4、焊接方法步骤简单、实现方便且焊接处理后的接线端子质量高，接线端子与钢轨间的接触电阻率很低(接触电阻率与钢轨的电阻率相等或者低于钢轨的电阻率)，并且连接可靠，工作性能稳定，能实现铁路钢轨引接线的免维护技术要求。其焊接原理具体体现在：在铁路现场施工，使塞钉式接线端子与钢轨在固态下实现非轴向焊接，形成的接头材料不存在气孔、夹渣、熔化结晶等缺陷，可靠性极高，而且主要依赖塞钉式接线端子的椎端体与钢轨二者自身的机械摩擦热和粘塑性变形的耦合实现固态焊接，因而无需外加能量和辅助材料，其能耗仅为传统焊接方法的20％，并且焊接过程中没有任何污染。综上，本发明实现了铁路钢轨引接线的非轴向固态焊接，使得铁路钢轨引接线成为一种免维护的高质量焊接方式。
5、所采用的焊接方法设计新颖合理，其焊接原理是：采用驱动电机驱动接线端子的锥端体以转速n进行高速旋转，且锥端体在高速旋转同时，通过轴向施力机构驱动锥端体靠近钢轨侧直线移动并给锥端体施加一定的轴向顶锻压力，当高速旋转运动和轴向直线运动在焊孔中交织时，即在锥端体外圆周上产生机械摩擦热和粘塑性变形，这样径向摩擦焊接所需的热力耦合条件随之产生，即实现锥端体和钢轨之间的固态焊接。
6、所用焊接机具的工作参数为轴向顶锻压力，并且轴向顶锻压力的大小可以通过调整焊接参数进行简便、随机调整。
综上所述，本发明所用的焊接机具体积小、便于搬运和携带且操作简便，所采用的焊接方法步骤简单、实现方便且焊接处理后获得的接线端子接触电阻率低且连接可靠，能有效解决现有铁路钢轨引接线所存在的接触电阻大、可靠性差、难以适应大电流、高频信息的传递需求等缺陷和不足。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明铁路塞钉式接线端子焊接机具的结构示意图。
图2为本发明对铁路塞钉式接线端子进行焊接时所用塞钉式接线端子的结构示意图。
图3为本发明铁路塞钉式接线端子焊接方法的方法流程图。
附图标记说明：
1-钢轨； 2-主轴箱； 4-旋转夹具；
6-驱动电机； 7-轴向力施加装置；8-操作手柄；
9-1-前端支架； 9-2-水平底座板； 9-3-支撑底座；
9-4-水平直线导轨；10-控制器； 11-1-锥端体；
11-2-接线端子体； 11-3-接线端子柱； 11-4-铜垫片；
12-扣合件； 13-背紧螺母。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的一种铁路塞钉式接线端子焊接机具，包括紧固且平稳安装在被处理钢轨1上的底部支撑系统和安装在所述底部支撑系统上的径向摩擦焊接装置。所述径向摩擦焊接装置包括控制器10、在所述底部支撑系统上水平左右移动的主轴箱2、通过轴承机构水平安装在主轴箱2内部的主轴、同轴安装在主轴前端部的随主轴同步转动且用于夹持被焊接接线端子的旋转夹具4和安装在主轴箱2后部的随主轴箱2左右来回移动且驱动主轴进行连续转动的主轴转动驱动机构，以及带动主轴箱2左右来回移动且焊接过程中通过主轴箱2对被焊接接线端子施加轴向顶锻压力的轴向施力机构。所述主轴转动驱动机构为控制器10控制的驱动电机6，且驱动电机6的动力输出轴与主轴的后端部同轴连接。所述驱动电机6与控制器10相接。
本实施例中，所述底部支撑系统包括底部支撑机构和安装在所述底部支撑机构前部且焊接过程中卡紧固定在钢轨1下部的前端支架9-1。所述轴向施力机构包括固定安装在主轴箱2外侧的轴向力施加装置7和通过传动机构与轴向力施加装置7相接的轴向力源。并且前端支架9-1设置有从外侧对前端支架9-1和钢轨1进行卡紧固定的扣合件12，所述扣合件12前部设置有背紧螺母13。所述底部支撑机构包括前部固定安装在前端支架9-1上的水平底座板9-2、布设在水平底座板9-2后部的支撑底座9-3和铺装在水平底座板9-2上的水平直线导轨9-4。
所述轴向力源为手动驱动装置或液压驱动装置。本实施例中，所述轴向力源为手动驱动装置且所述手动驱动装置为设置在主轴箱2外侧的操作手柄8。实践中，也可以采用液压驱动机构作为轴向力源，并且液压驱动机构与控制器10相接且其由控制器10进行控制。所述驱动电机6的动力输出轴与主轴间通过联轴器进行连接。所述控制器10安装在主轴箱2上。
如图3所示的一种铁路塞钉式接线端子焊接方法，包括以下步骤：
步骤一、塞钉式接线端子加工制作：采用机加工设备加工制作塞钉式接线端子。结合图2，所述塞钉式接线端子包括外径由前至后逐渐增大的圆锥状锥端体11-1、接线端子柱11-3和固定在锥端体11-1正后方且供接线端子柱11-3安装的接线端子体11-2，所述锥端体11-1和接线端子体11-2组装或加工制作为一体且二者组成接线端子基体，所述接线端子柱11-3安装在接线端子体11-2后部，锥端体11-1的材质为铜、铝或铁材料，且接线端子体11-2的材质为硬质金属材料。所述锥端体11-1的锥度为α。
实际加工制作时，锥端体11-1可以选择铜、铝或铁材料中任一仲材料进行加工制作，并且所述锥端体11-1的锥度为α＝7～15°。本实施例中，所述锥端体11-1的材质为紫铜且锥度为10°，锥端体11-1前端部外径即细端外径为Φ9.5mm，接线端子体11-2的材质为紫铜或Q235钢材料，也可以选用其它相应材质的接线端子体11-2。所述钢轨1的材质为低碳钢。所述接线端子柱11-3和接线端子体11-2间以焊接方式进行连接，所述接线端子柱11-3为螺纹接线柱，同时所述螺纹接线柱与接线端子体11-2的连接处垫有铜垫片11-4。焊孔制作或选用之前，将加工制作好的接线端子柱11-3安装在接线端子体11-2后部。
步骤二、焊孔制作或选用：采用钻机在被处理钢轨1的中腰钻取一个焊孔或选用钢轨1上原有的标准通孔作为焊孔，所钻取的焊孔为通孔或盲孔且所述盲孔的深度为钢轨1中腰厚度的70～80％，并且所钻取的焊孔为直孔或锥孔；所选用的焊孔为直孔；所述焊孔的尺寸与锥端体11-1尺寸相对应。
本实施例中，采用钻机在被处理钢轨1的中腰钻取焊孔，并且钻孔时，所采用钻头的直径为Φ9.8mm。
步骤三、机具安装：先将所述底部支撑系统固定安装在钢轨1上且对所述底部支撑系统进行调平后，再将所述径向摩擦焊接装置安装在所述底部支撑系统上且将所述径向摩擦焊接装置安装到位后应确保主轴正对步骤二中所述的焊孔，之后将所述接线端子基体夹持在旋转夹具4上且使得所述接线端子基体前端部的锥端体1-1正对步骤二中所述的焊孔，夹持时旋转夹具4夹在接线端子体11-2上。
步骤四、焊前移位：采用所述轴向施力机构或手动将步骤三中安装就位的所述径向摩擦焊接装置向靠近钢轨1一侧水平移动，直至夹持在旋转夹具4内的所述接线端子基体的锥端体11-1插入步骤二中所述的焊孔内。
步骤五、径向摩擦焊接：通过驱动电机6和轴向施力机构配合使用，且按照常规径向摩擦焊接工艺对钢轨1和插入所述焊孔内的锥端体11-1进行径向摩擦焊接；焊接之前，通过控制器10对驱动电机6的转速进行控制调整。
实际焊接时，根据钢轨1和锥端体11-1所用材质的热物理特性，选择对应的摩擦工艺参数。且进行径向摩擦焊接时，采用一级或两级摩擦压力进行焊接；另外，根据具体实际需要，也可以采用三级摩擦压力进行焊接。
具体而言，进行径向摩擦焊接时，其焊接过程包括以下步骤：
501、根据锥端体11-1和钢轨1所用材料的热物理特性确定摩擦转速n和摩擦压力；当采用一级摩擦压力进行焊接时，确定摩擦压力P0；当采用两级摩擦压力进行焊接时，确定第一级摩擦压力P1和第二级摩擦压力P2；
502、通过控制器10对驱动电机6的转速进行设定；
503、启动驱动电机6，并通过驱动电机6相应带动锥端体11-1在所述焊孔内高速旋转，且锥端体11-1高速旋转的同时通过所述轴向施力机构向锥端体11-1施加轴向顶锻压力，直至完成锥端体11-1与钢轨1间的径向摩擦焊接过程；当采用一级摩擦压力进行焊接时，整个焊接过程中所施加的轴向顶锻压力均为P0’＝tanα×P0；当采用两级摩擦压力进行焊接且当摩擦压力为第一级摩擦压力P1时，所施加的轴向顶锻压力为P1’＝tanα×P1，而当摩擦压力为第二级摩擦压力P2时，所施加的轴向顶锻压力为P2’＝tanα×P2。
本实施例中，所确定的摩擦转速n即主轴的转速为1500rpm，且采用一级摩擦压力进行焊接，摩擦压力P0为139MPa。
实际焊接时，当锥端体11-1伸入所述焊孔内时，即开始进行摩擦焊接且通过所述轴向施力机构施加tan10°×139MPa的径向顶锻压力，当摩擦压力达到139MPa时，驱动电机6停转且此时锥端体11-1完全插入所述焊孔内，即在锥端体11-1的外圆周与钢轨1间实现径向摩擦焊接。
步骤六、机具拆除：焊接完成后，先打开旋转夹具4，再采用所述轴向施力机构或手动将所述径向摩擦焊接装置水平向外移开，之后再将所述底部支撑系统从钢轨1上拆除。
经检测，焊接后的塞钉式接线端子与钢轨1间接头的接触电阻率为4.2×10-6Ω·cm，剪切强度为159MPa。
实施例2
本实施例中，与实施例1中所述的铁路塞钉式接线端子焊接方法不同的是：步骤一中所述锥端体11-1前端部外径即细端外径为Φ13mm，并且步骤二中采用钻机在被处理钢轨1的中腰钻取焊孔时，所采用钻头的直径为Φ13.2mm，其余工艺步骤、工艺参数和焊接过程均与实施例1相同。
实施例3
本实施例中，与实施例1中所述的铁路塞钉式接线端子焊接方法不同的是：步骤一中所述锥端体11-1的材质为Q235钢材料，所述锥端体11-1前端部外径即细端外径为Φ9mm、长为20mm且α＝10°；步骤二中采用钻机在被处理钢轨1的中腰钻取焊孔时，所采用钻头的直径为Φ8mm；步骤五中所确定的摩擦转速n为1000rpm，且采用两级摩擦压力进行焊接，其中第一级摩擦压力P1为284MPa，第二级摩擦压力P2为681MPa，并且当摩擦压力为第一级摩擦压力P1时，所施加的轴向顶锻压力为P1’＝tan10°×284MPa，而当摩擦压力为第二级摩擦压力P2时，所施加的轴向顶锻压力为P2’＝tan10°×681MPa。本实施例中，其余工艺步骤、工艺参数和焊接过程均与实施例1相同。经检测，焊接后的塞钉式接线端子与钢轨1间接头的接触电阻率为8.7×10-6Ω·cm，剪切强度为59MPa。
实施例4
本实施例中，与实施例3中所述的铁路塞钉式接线端子焊接方法不同的是：步骤一中所述锥端体11-1前端部外径即细端外径为Φ13mm，并且步骤二中采用钻机在被处理钢轨1的中腰钻取焊孔时，所采用钻头的直径为Φ13.2mm，其余工艺步骤、工艺参数和焊接过程均与实施例3相同。
实施例5
本实施例中，与实施例3中所述的铁路塞钉式接线端子焊接方法不同的是：步骤二中所采用的焊孔为钢轨1上自带的标准通孔且所述标准通孔的直径为Φ10mm，因而在本步骤中无需在进行钻孔。本实施例中，其余工艺步骤、工艺参数和焊接过程均与实施例3相同。
实施例6
本实施例中，与实施例4中所述的铁路塞钉式接线端子焊接方法不同的是：步骤二中所采用的焊孔为钢轨1上自带的标准通孔且所述标准通孔的直径为Φ13.2mm，因而在本步骤中无需在进行钻孔。本实施例中，其余工艺步骤、工艺参数和焊接过程均与实施例3相同。
实施例7
本实施例中，与实施例1中所述的铁路塞钉式接线端子焊接方法不同的是：步骤一中所述锥端体11-1的材质为铝材料，所述锥端体11-1前端部外径即细端外径为Φ8mm、后端部外径为Φ13.5mm、长为16mm且α＝10°；步骤二中采用钻机在被处理钢轨1的中腰钻取焊孔时，所采用钻头的直径为Φ9.8mm；步骤五中所确定的摩擦转速n为1000rpm，且采用两级摩擦压力进行焊接，其中第一级摩擦压力P1为284MPa，第二级摩擦压力P2为567MPa，并且当摩擦压力为第一级摩擦压力P1时，所施加的轴向顶锻压力为P1’＝tan10°×284MPa，而当摩擦压力为第二级摩擦压力P2时，所施加的轴向顶锻压力为P2’＝tan10°×567MPa。本实施例中，其余工艺步骤、工艺参数和焊接过程均与实施例1相同。经检测，焊接后的塞钉式接线端子与钢轨1间接头的接触电阻率为15.0×10-6Ω·cm，剪切强度为159MPa。
实施例8
本实施例中，与实施例1中所述的铁路塞钉式接线端子焊接方法不同的是：步骤一中所述锥端体11-1的材质为铜材料，所述锥端体11-1前端部外径即细端外径为Φ8mm、后端部外径为Φ13.5mm、长为16mm且α＝10°；步骤二中采用钻机在被处理钢轨1的中腰钻取焊孔时，所采用钻头的直径为Φ9.8mm；步骤五中所确定的摩擦转速n为1500rpm，采用一级摩擦压力进行焊接，且摩擦压力P0为139MPa，所施加的轴向顶锻压力为P0’＝tan10°×139MPa。本实施例中，其余工艺步骤、工艺参数和焊接过程均与实施例1相同。经检测，焊接后的塞钉式接线端子与钢轨1间接头的接触电阻率为5.94×10-6Ω·cm，剪切强度为147MPa。
实施例9
本实施例中，与实施例8中所述的铁路塞钉式接线端子焊接方法不同的是：步骤一中所述锥端体11-1前端部外径即细端外径为Φ8mm、后端部外径为Φ10mm且α＝7°；步骤二中采用钻机在被处理钢轨1的中腰钻取焊孔时，所采用钻头的直径为Φ10.2mm。本实施例中，其余工艺步骤、工艺参数和焊接过程均与实施例1相同。经检测，焊接后的塞钉式接线端子与钢轨1间接头的接触电阻率为4.2×10-6Ω·cm，剪切强度为159MPa。
实施例10
本实施例中，与实施例1中所述的铁路塞钉式接线端子焊接方法不同的是：步骤一中所述锥端体11-1前端部外径即细端外径为Φ10mm且α＝15°；步骤二中采用钻机在被处理钢轨1的中腰钻取焊孔时，所采用钻头的直径为Φ10.2mm。本实施例中，其余工艺步骤、工艺参数和焊接过程均与实施例1相同。
实施例11
本实施例中，与实施例1中所述的铁路塞钉式接线端子焊接方法不同的是：步骤一中所述锥端体11-1前端部外径即细端外径为Φ10mm且α＝12°；步骤二中采用钻机在被处理钢轨1的中腰钻取焊孔时，所采用钻头的直径为Φ10.2mm。本实施例中，其余工艺步骤、工艺参数和焊接过程均与实施例1相同。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种铁路塞钉式接线端子焊接机具，其特征在于：包括紧固且平稳安装在被处理钢轨(1)上的底部支撑系统和安装在所述底部支撑系统上的径向摩擦焊接装置；所述径向摩擦焊接装置包括控制器(10)、在所述底部支撑系统上水平左右移动的主轴箱(2)、通过轴承机构水平安装在主轴箱(2)内部的主轴、同轴安装在主轴前端部的随主轴同步转动且用于夹持被焊接接线端子的旋转夹具(4)和安装在主轴箱(2)后部的随主轴箱(2)左右来回移动且驱动主轴进行连续转动的主轴转动驱动机构，以及带动主轴箱(2)左右来回移动且焊接过程中通过主轴箱(2)对被焊接接线端子施加轴向顶锻压力的轴向施力机构；所述主轴转动驱动机构为控制器(10)控制的驱动电机(6)，且驱动电机(6)的动力输出轴与主轴的后端部同轴连接。
2.按照权利要求1所述的铁路塞钉式接线端子焊接机具，其特征在于：所述底部支撑系统包括底部支撑机构和安装在所述底部支撑机构前部且焊接过程中卡紧固定在钢轨(1)下部的前端支架(9-1)。
3.按照权利要求1或2所述的铁路塞钉式接线端子焊接机具，其特征在于：所述轴向施力机构包括固定安装在主轴箱(2)外侧的轴向力施加装置(7)和通过传动机构与轴向力施加装置(7)相接的轴向力源。
4.按照权利要求2所述的铁路塞钉式接线端子焊接机具，其特征在于：所述底部支撑机构包括前部固定安装在前端支架(9-1)上的水平底座板(9-2)、布设在水平底座板(9-2)后部的支撑底座(9-3)和铺装在水平底座板(9-2)上的水平直线导轨(9-4)。
5.按照权利要求3所述的铁路塞钉式接线端子焊接机具，其特征在于：所述轴向力源为手动驱动装置或液压驱动装置。
6.一种利用如权利要求1所述的铁路塞钉式接线端子焊接机具对铁路塞钉式接线端子进行焊接的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、塞钉式接线端子加工制作：采用机加工设备加工制作塞钉式接线端子；所述塞钉式接线端子包括外径由前至后逐渐增大的圆锥状锥端体(11-1)、接线端子柱(11-3)和固定在锥端体(11-1)正后方且供接线端子柱(11-3)安装的接线端子体(11-2)，所述锥端体(11-1)和接线端子体(11-2)组装或加工制作为一体且二者组成接线端子基体，所述接线端子柱(11-3)安装在接线端子体(11-2)后部，锥端体(11-1)的材质为铜、铝或铁材料，且接线端子体(11-2)的材质为硬质金属材料；所述锥端体(11-1)的锥度为α；
步骤二、焊孔制作或选用：采用钻机在被处理钢轨(1)的中腰钻取一个焊孔或选用钢轨(1)上原有的标准通孔作为焊孔，所钻取的焊孔为通孔或盲孔且所述盲孔的深度为钢轨(1)中腰厚度的70～80％，并且所钻取的焊孔为直孔或锥孔；所选用的焊孔为直孔；所述焊孔的尺寸与锥端体(11-1)尺寸相对应；
步骤三、机具安装：先将所述底部支撑系统固定安装在钢轨(1)上且对所述底部支撑系统进行调平后，再将所述径向摩擦焊接装置安装在所述底部支撑系统上且将所述径向摩擦焊接装置安装到位后应确保主轴正对步骤二中所述的焊孔，之后将所述接线端子基体夹持在旋转夹具(4)上且使得所述接线端子基体前端部的锥端体(11-1)正对步骤二中所述的焊孔，夹持时旋转夹具(4)夹在接线端子体(11-2)上；
步骤四、焊前移位：采用所述轴向施力机构或手动将步骤三中安装就位的所述径向摩擦焊接装置向靠近钢轨(1)一侧水平移动，直至夹持在旋转夹具(4)内的所述接线端子基体的锥端体(11-1)插入步骤二中所述的焊孔内；
步骤五、径向摩擦焊接：通过驱动电机(6)和轴向施力机构配合使用，且按照常规径向摩擦焊接工艺对钢轨(1)和插入所述焊孔内的锥端体(11-1)进行径向摩擦焊接；焊接之前，通过控制器(10)对驱动电机(6)的转速进行控制调整；
步骤六、机具拆除：焊接完成后，先打开旋转夹具(4)，再采用所述轴向施力机构或手动将所述径向摩擦焊接装置水平向外移开，之后再将所述底部支撑系统从钢轨(1)上拆除。
7.按照权利要求6所述的铁路塞钉式接线端子焊接方法，其特征在于：步骤一中所述锥端体(11-1)的材质为紫铜或Q235钢材料，且接线端子体(11-2)的材质为紫铜或Q235钢材料。
8.按照权利要求6或7所述的铁路塞钉式接线端子焊接方法，其特征在于：步骤五中所述的进行径向摩擦焊接时，采用一级或两级摩擦压力进行焊接。
9.按照权利要求8所述的铁路塞钉式接线端子焊接方法，其特征在于：步骤五中所述的进行径向摩擦焊接时，其焊接过程包括以下步骤：
501、根据锥端体(11-1)和钢轨(1)所用材料的热物理特性确定摩擦转速n和摩擦压力；当采用一级摩擦压力进行焊接时，确定摩擦压力P0；当采用两级摩擦压力进行焊接时，确定第一级摩擦压力P1和第二级摩擦压力P2；
502、通过控制器(10)对驱动电机(6)的转速进行设定；
503、启动驱动电机(6)，并通过驱动电机(6)相应带动锥端体(11-1)在所述焊孔内高速旋转，且锥端体(11-1)高速旋转的同时通过所述轴向施力机构向锥端体(11-1)施加轴向顶锻压力，直至完成锥端体(11-1)与钢轨(1)间的径向摩擦焊接过程；当采用一级摩擦压力进行焊接时，整个焊接过程中所施加的轴向顶锻压力均为P0’＝tanα×P0；当采用两级摩擦压力进行焊接且当摩擦压力为第一级摩擦压力P1时，所施加的轴向顶锻压力为P1’＝tanα×P1，而当摩擦压力为第二级摩擦压力P2时，所施加的轴向顶锻压力为P2’＝tanα×P2。
10.按照权利要求6或7所述的铁路塞钉式接线端子焊接方法，其特征在于：步骤一中所述锥端体(11-1)的锥度为α＝7～15°；步骤一中所述的接线端子柱(11-3)和接线端子体(11-2)间焊接方式进行连接，所述接线端子柱(11-3)为螺纹接线柱。
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