CN101985822A - 根治钢轨塑形变形的切割装置 - Google Patents

Abstract

一种根治钢轨塑形变形的切割装置，其内燃等离子切割中频电源是只有一个转子一个定子的内燃式中频发电机，能够输出三组独立的中频电流，满足等离子电弧切割所需电气特性和钢轨自动行走切割小车的动力控制。该三组独立中频电流，不仅电压适应范围宽，还与工作气体输气管和引弧电流电路集束在同一电缆中，对现场操作更为简便。本发明简化、体积更小，操作简单、可靠性高、效率高。通过电子整流技术，改变机电转换模式、提高电气响应速度、减少能源转化损失，保证100A的稳定切割电流。彻底解决动力输出功率转化为切割功率最大化及其稳定性问题。符合高精度、高效率的钢轨塑形变形根治要求。

Description

根治钢轨塑形变形的切割装置

技术领域

本发明涉及一种根治重载、高速铁路运营线路的钢轨塑形变形的切割装置。

背景技术

钢轨是铁路运营线路的基础，承受通过车轮传递来的机车车辆及其荷载的压力、冲击和磨损，其对钢轨的不断挤压，使钢轨轨顶不可避免地产生塑形变形，从而在钢轨轨顶两侧产生钢轨“肥边”现象。在钢轨弯道处，由于离心力的影响，产生的“肥边”更甚，严重破坏钢轨的几何尺寸、轨道的正常轨距。随着我国铁路客运提速、货运重载战略的实施，钢轨“肥边”产生的频次在加快、周期在缩短，对列车的安全运行造成了严重的威胁。所以，人们积极研究和实施对超出容许范围的钢轨“肥边”进行及时、高效根治的装置。

对运营状态下钢轨“肥边”的根治，人们主要采用以下三种根治方法：

一是采用角磨机磨削。

实施该方法的工序是：在野外运营线路现场，内燃工频发电机组为手持式电动角磨机提供现场作业动力电源，由砂轮磨头对钢轨“肥边”进行磨削。该方法对磨削施工人员技术要求低，所需设备配置简单、携带轻便、类型单一，但作业精度低，磨削效率慢，劳动强度大。

此后，人们又研制了一种类似于CN2621190Y公开的“肥边”根治方法，应用一种能在钢轨上人工推行的砂轮打磨小车。虽然一定程度上减轻了工人劳动强度，提高了磨削效率，但这种应用砂轮磨削钢轨的粗糙工艺，非常容易因人工操作不当，磨“糊”钢轨，即对该部位的钢轨退火，严重降低钢轨硬度。

总之，采用砂轮磨削原理对钢轨“肥边”的根治方法，一般只在钢轨塑形变形发生的初期或区间行车密度不大的早期营运时期实施。

二是采用通用车床切削。

实施该方法的工序是：通过营运线路“开天窗”， 在封锁行车的时间段里，用替补新轨将塑形变形量达到或超过最大极限值的整根“肥边”钢轨换下，搬运进钢轨加工专用设备厂，在厂房内再由通用的车削机床对换回的整根“肥边”钢轨，进行焊补和切削。该方法在通用车床上切削作业，切削时精度高、效率快、劳动强度低。但该方法实施时，涉及人员、部门众多，对施工人员的专业技术要求高，所需设备笨重，配套设备较多、较复杂，而且占用昂贵的营运线路行车时间，费时费力。目前铁路工务系统基本上不再采用此方法。

三是采用等离子切割。

实施该方法的基本设备主要包括：割炬（俗称电弧等离子体发生器、切割枪）、向割炬提供气体离子源的供气装置、向割炬提供等离子弧的维弧电流和主弧切割电流的等离子切割电源。由于维弧电流、主弧切割电流是工频电流，为此，在野外无市电电网或工作场地频繁变换地点的工况下，人们按照以下两个方向进行积极的研究应用：

第一种方法是“发电机组+等离子切割机+空压机+割炬小车”的钢轨“肥边”根治方法。

实施该方法的工序是：在野外运营线路现场，采用内燃发电机组为向割炬提供等离子弧的维弧电流、主弧切割电流的等离子切割主机提供现场作业工频电源；采用内燃机或电动机驱动的小型通用空压机为割炬提供气体离子源；通过人工推行安装有割炬的作业小车，对钢轨“肥边”进行快速切割。该方法采用的工频内燃发电机、内燃机或电动机驱动的空压机，均为通用定型产品，而所应用的常规空气等离子切割机，类似于CN101391340A、CN101602137A和CN201491363 U报道的等离子切割机，稍加改动就可适合铁路工务现场作业。设备通用性好，涉及人员、部门少，对施工人员的专业技术要求不高，切割时效率快、劳动强度低。但该方法实施时，所需设备数量较多，特别是内燃工频发电机组，重量较重，现场搬运困难，人工推行割炬切割钢轨“肥边”，切割精度受人为因素影响较多。

第二种的方法是“等离子电源+空压机+自自行走小车”的实施方法。

实施该方法的工序是：在野外运营线路现场，由较内燃工频发电机组轻得多的内燃式双转子双定子发电机，输出独立的中频电流和工频电流。其中：一组转子、定子输出中频电流经整流后，为割炬提供等离子弧的维弧电流、主弧切割电流。另一组转子、定子输出工频电流，则为向割炬提供气体离子源的通用空压机和安装有切割嘴的轨行作业小车提供动力电源；内燃机驱动的空压机，为割炬提供气体离子源；钢轨自自行走小车上安装等离子割炬。通过以上设备组合，实现钢轨“肥边”快速切割，类似于CN2797424Y、CN2818046Y和CN201342547Y报道的等离子切割机。

该方法的现场作业动力电源设备，替代了只能输出工频电流的体积大、重量重的内燃工频发电机组，合并了通用等离子切割机，相对减少了现场作业所需设备数量，并且改推行作业小车为自行走作业小车，减少了人为因素对钢轨“肥边”快速切割的精度影响。但该方法实施的工作电源由双转子双定子结构的轻型内燃式发电机组提供，在实际应用中，这种复式结构在增加了单台设备功能的同时，仍然存在设备体积大、重量重，机电故障点相应多的问题。同时，由于受动力输出功率限制，导致最大切割电流较小、切割速度慢、工作效率低，同时所配套的小车，需要中频整流后提供工频电源，使整套系统很复杂、故障率高、可靠性降低。

实用新型内容

本发明的目的是克服现有钢轨塑形变形根治工艺及装置的不足，提供一种实施设备简化、体积更小，操作简单、可靠性高、效率高的钢轨塑形变形的切割装置，可提供100A的稳定切割电流，实现高精度、高效率的钢轨塑形变形根治。

本发明采用的技术方案是：

一种根治钢轨塑形变形的工艺及装置，它包括内燃等离子切割中频电源、内燃空气压缩机和带割炬的自行走小车。

所述内燃等离子切割中频电源是由设计有一个转子一个定子的中频发电机与内燃汽油发动机同轴联结构成；所述中频发电机采用中频同步发电技术，分别输出三组独立的中频电流，形成三路独立的720HZ交流电流，其中一路交流电流经整流后，输出空载电压为直流240V～280V，成为主弧电流，另一路交流电流经整流后，输出空载电压为直流260V～310V，成为维弧电流，所述主弧电流和维弧电流通过二极管UR4并联，为切割电流输出电流，通过集束电缆与等离子割炬的对应接口连接；所述内燃汽油发动机连接高频发生控制器，由内燃汽油发动机的电瓶提供直流控制电源，经高频发生控制器处理后，与维弧电流并联成为带割炬的自行走小车的割炬的引弧电流，通过集束电缆与等离子割炬的对应接口连接；最后一路交流电源的输出电压整流后，空载电压为直流40V～60V，成为行走控制电流，通过集束电缆与带割炬的自行走小车的电源输入接口连接；

所述内燃空气压缩机产生的压缩空气，通过气管与内燃等离子切割中频电源的气管输入接口连接，经内燃等离子切割中频电源控制减压阀减压后，通过包含有气管的集束电缆与等离子割炬的对应接口连接。

所述内燃等离子切割中频电源和内燃空气压缩机分别安装有绝缘走行轮，再安装在钢轨上，通过连接杆相互连接，并保证内燃等离子切割中频电源和内燃空气压缩机的绝缘走行轮之间的距离等于两根钢轨之间的距离。

所述带割炬的自行走小车设计有绝缘导轮，由小车自带的调速电机驱动，带割炬的自行走小车通过绝缘导轮安装在钢轨上，并在内燃等离子切割中频电源前面，实现在钢轨上的平滑稳定行走。其速度可以从20cm/s～200cm/s连续调节，以更适应不同厚度、大小的钢轨肥边切割。

本发明具有以下优点：

1、采用内燃等离子切割中频电源，由于其是由只有一个转子一个定子的中频发电机与内燃汽油发动机同轴联结构成，并且能够直接输出三组独立的中频电流，通过整流后，能满足等离子电弧切割所需要的电气特性，显著简化装置的结构，降低设备故障率。

2、内燃等离子切割中频电源直接输出的三组独立中频电流，不仅电压适应范围宽，而且使内燃等离子切割电源与带割炬的自行走小车之间的电路精简为三路，并与工作气体输气管和引弧电流电路，集束在同一电缆中，现场使用更为简便。

3、带割炬的自行走小车由绝缘导轮固定在钢轨上，实现在钢轨上平滑稳定行走。其速度可以从20cm/s～200cm/s连续调节，以更适应不同厚度、大小的钢轨肥边切割。

4、内燃等离子切割中频电源和内燃空气压缩机分别安装有绝缘走行轮，通过连接杆相互连接，并保证内燃等离子切割中频电源和内燃空气压缩机之间的距离等于两根钢轨之间的距离，可实现由一人在钢轨上稳定搬运、推动行走。

可见采用本根治钢轨塑形变形的切割装置，不仅充分发挥了中频电源结构的小型化、轻型化，优化了设备的系统配置、简化了设备结构，还通过电子整流技术，改变机电转换模式、提高电气响应速度、减少能源转化损失，可保证100A的稳定切割电流，彻底解决了动力输出功率转化为切割功率最大化及其稳定性问题。符合高精度、高效率的钢轨塑形变形根治要求。

附图说明

图1所示为本发明的内燃钢轨肥边切割机的结构示意图。

图2所示为本发明的工作原理示意框图。

图3为本发明的中频电源输出及流向示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。

参见图1，本切割装置包括内燃等离子切割中频电源1、内燃空气压缩机2、带割炬的自行走小车3。内燃等离子切割中频电源1和内燃空气压缩机2分别安装有绝缘走行轮8，通过连接杆5相互连接，并保证内燃等离子切割中频电源1和内燃空气压缩机2的之间的绝缘走行轮8之间距离等于两根钢轨4之间的距离，安装在钢轨4上，实现由一人在钢轨上稳定搬运、推动行走。内燃等离子切割中频电源1和内燃空气压缩机2之间通过气缸7连接，内燃等离子切割中频电源1与带割炬的自行走小车3通过集束电缆6进行电源和气路连接。带割炬的自行走小车3由绝缘导轮9固定在钢轨4上，并在内燃等离子切割中频电源1前面，绝缘导轮9由小车自带的调速电机和变速器驱动。另外，还可以在带割炬的自行走小车3的侧面固定一根伸到对面铁轨之上的平衡轴，该平衡轴通过绝缘滚轮支撑在对面钢轨上。

结合图2，内燃等离子切割中频电源1是由设计有一个中频转子一个发电机定子的轻型移动式中频发电机与内燃汽油发动机同轴联结构成，其输出三组独立的中频电流，经整流等处理后，通过集束电缆6连接带割炬的自行走小车3，分别提供等离子弧的引弧电流、主弧电流和为安装有割炬的钢轨自行走切割小车的行走控制电流。由固定在带割炬的自行走小车3上的等离子割炬汇集成等离子切割电流，实施对钢轨4肥边工件的切割。内燃空气压缩机2产生的压缩空气，通过气管7与内燃等离子切割中频电源1的气管输入接口连接，经内燃等离子切割中频电源1控制减压阀减压后，通过包含有气管的集束电缆6，为带割炬的自行走小车3上的等离子割炬提供工作气体。

参见图3，发电机采用中频同步发电技术，分别输出三路720HZ交流电源，分别适应维弧电流、主弧电流和带割炬的自行走小车3的行走控制电流。其中一路交流电源的输出电压经整流桥UR1整流后，空载电压为直流240V～280V，成为主弧电流；另一路交流电源的输出电压经整流桥UR2整流后，空载电压为直流260V～310V，成为维弧电流；最后一路交流电源的输出电压经整流桥UR3整流后，空载电压为直流40V～60V，成为行走控制电流。当主弧点燃后，绕组2输出电源经整流桥UR2整流后形成的维弧电流与绕组1输出电源经整流桥UR1整流后形成的主弧潜流，通过二极管整流桥UR4并联，为切割电流输出电源。内燃汽油发动机电瓶提供的直流控制电源经高频发生控制器处理后，与维弧电流并联成为带割炬的自行走小车的割炬的引弧电流。

Claims (2)

1.一种根治钢轨塑形变形的切割装置，它包括内燃等离子切割中频电源（1）、内燃空气压缩机（2）、带割炬的自行走小车（3），等离子割炬安装在带割炬的自行走小车（3）上；

其特征在于，所述内燃等离子切割中频电源（1）是由设计有一个转子一个定子的中频发电机与内燃汽油发动机同轴联结构成；所述中频发电机采用中频同步发电技术，分别输出三组独立的中频电流，形成三路独立的720HZ交流电流，其中一路交流电流经整流后，输出空载电压为直流240V～280V，成为主弧电流，另一路交流电流经整流后，输出空载电压为直流260V～310V，成为维弧电流，所述主弧电流和维弧电流通过二极管UR4并联，为切割电流输出电流，通过集束电缆（6）与等离子割炬的对应接口连接；所述内燃汽油发动机连接高频发生控制器，由内燃汽油发动机的电瓶提供直流控制电源，经高频发生控制器处理后，与维弧电流并联成为带割炬的自行走小车的割炬的引弧电流，通过集束电缆（6）与等离子割炬的对应接口连接；最后一路交流电源的输出电压整流后，空载电压为直流40V～60V，成为行走控制电流，通过集束电缆（6）与带割炬的自行走小车（3）的电源输入接口连接；

所述内燃空气压缩机（2）产生的压缩空气，通过气管（7）与内燃等离子切割中频电源（1）的气管输入接口连接，经内燃等离子切割中频电源（1）控制减压阀减压后，通过包含有气管的集束电缆（6）与等离子割炬的对应接口连接；

所述带割炬的自行走小车（3）设计有绝缘导轮（9），由小车自带的调速电机驱动，带割炬的自行走小车（3）通过绝缘导轮（9）安装在钢轨（4）上，并在内燃等离子切割中频电源（1）前面。

2.根据权利要求1所述的根治钢轨塑形变形的切割装置，其特征在于，内燃等离子切割中频电源（1）和内燃空气压缩机（2）分别安装有绝缘走行轮（8），通过绝缘走行轮（8）安装在钢轨（4）上，内燃等离子切割中频电源（1）和内燃空气压缩机（2）之间通过连接杆（5）相互连接，并保证绝缘走行轮（8）之间的距离等于两根钢轨（4）之间的距离。

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