CN102395444A - 用于导轨焊接的焊接头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于焊接导轨的两个节段的末端的焊接头，该焊接头包括两个半头(10)，该两个半头(10)沿纵向方向相对于彼此对齐并滑动。每个半头均包括夹紧装置(12、13)以抓紧导轨的相应节段、和适于与导轨的相应节段接触的两个电极(16)以进行闪光对焊。该焊接头还包括牵引致动器装置(20)，该牵引致动器装置(20)沿纵向方向延伸，并且连接至所述两个半头(10)而使所述两个半头沿纵向方向朝向彼此移动，所述牵引致动器装置(20)具有适于在焊接导轨的两个节段的周期过程中允许同时调节导轨张力的行程。

Description

用于导轨焊接的焊接头

技术领域

本发明涉及用于借助于闪光对焊或感应焊接过程进行导轨焊接的焊接头。

背景技术

已知类型的焊接头通常包括可以借助于一个或多个液压牵引千斤顶移动的两个对齐的滑动半头。每个半头通常均包括具有夹紧元件的框架，该夹紧元件例如包括两个杠杆件，这两个杠杆件可以借助于其自身的液压千斤顶启动，以抓紧要焊接在一起的两个导轨中的一个的相应末端。此外，半头配备有用于在导轨的末端施加焊接电流的适当的电极。

在焊接过程中，由于电流引起的高感应，两个导轨末端被加热至熔点，而在初始预热阶段之后，两个末端被挤压在一起，使得结合区域的所谓镦制或锻造与两个末端的连续渐进熔合同时地进行。借助于启动液压牵引千斤顶执行的这种将两个导轨末端合在一起需要非常高的拉力或牵引力，该拉力或牵引力主要取决于导轨本身的长度以及导轨与枕木和/或砾石道碴之间的摩擦。

两个导轨末端的熔合及挤压导致要被去除的过量材料的形成，而在结合区域内的金属仍然是可锻的。为此，焊接头配备有也被称为刀的切割装置，该切割装置在焊接阶段结束时沿着结合区域运行并且剪切掉过量材料。

通常，刀设置在两个半头中的一个内，从而利用半头的滑动可能性。然而，由于焊接头的有限的行程，在焊接两个导轨末端的过程结束时，两个半头已经完成了其行程，所以为了剪切过量材料，必须打开至少一个半头，从而释放各导轨轮廓并收回半头以便再次进行。但此过程具有严重的缺点：由于当导轨的末端被用于半头的收回的夹紧元件释放时金属仍为塑性状态并受到重的张力，故而这些张力能够导致新焊接的接头的变化，从而导致例如裂缝的形成。

为了消除此问题，已经设置了例如外置于焊接头的附件。当两个导轨的末端已经刚刚焊接而焊接头执行剪切过量材料的操作时，该附件挡住两个导轨的末端。然而，此解决方案涉及焊接头制造和功能更大的复杂性，最重要的是相当大的总体妨碍。

焊接操作的另一结果是所谓的张力调节，也就是说根据外部温度调节轨道的弹性。此操作必须在每次更换一段轨道时和/或在一定数量的焊接后执行。

当前，张力调节不通过焊接头本身而是借助于特殊夹具或外置于焊接头的其他系统执行，该特殊夹具或其他系统根据预先确立的参数将导轨置于张力下，并通过铝热剂焊接来稳定此调节，也就是说在与导轨的材料不同的材料内焊接。合拢轨道并通过铝热剂焊接来调节张力的这个过程缓慢、昂贵并且有时是无效的，因为其并不总是在焊接时而是在稍后的日期进行，这期间可能出现周围气候条件的变化，由此使轨道受到更大的损坏以及造成列车脱轨的风险。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于导轨焊接的焊接头，其消除了上文提到的关于现有技术的焊接头的缺点。

本发明的另一目的是提供一种可以在焊接操作的同时执行轨道张力调节的焊接头。

所述目的通过一种焊接头实现，该焊接头包括两个半头，该两个半头沿纵向方向相对于彼此对齐并滑动，其中每个半头均包括：用于接合导轨的相应节段的夹紧装置；电焊接回路，该电焊接回路包括适于与导轨的相应节段接触的至少两个电极；以及致动器牵引装置，该致动器牵引装置沿纵向方向延伸，并且连接至两个半头而使两个半头沿纵向方向朝向彼此移动。

根据本发明的一个方面，所述牵引致动器装置具有适于在导轨的两个节段的焊接周期过程中允许同时调节牵引张力的行程。例如，牵引致动器装置具有至少240mm的行程。

根据优选实施方式，所述牵引致动器装置包括在水平平面内平行延伸的两个液压千斤顶。

根据本发明的另一方面，该焊接头包括两个半头，该两个半头沿纵向方向相对于彼此对齐并滑动，其中每个半头均包括：用于接合导轨的相应节段的夹紧装置；电焊接回路，该电焊接回路包括适于与导轨的相应节段接触的至少两个电极；致动器牵引装置，该致动器牵引装置沿纵向方向延伸，并且连接至两个半头而使两个半头沿纵向方向朝向彼此移动；以及适于在焊接结束时去除过量材料的切割单元，所述切割单元设置在半头之间，并且由于其自身的移动装置而独立于两个半头的位置在两个半头之间沿纵向方向滑动。

有利地，所述切割单元能够借助其自身的在两个半头之间延伸的致动器机构纵向地移动。

有利地，切割单元包括与致动器机构连为一体的支承板、和一对切割刀片，所述一对切割刀片安装成在所述支承板上在不活动的打开位置与围绕导轨轮廓合拢的活动位置之间来回摆动。

因此，去除由焊接产生的过量材料的切割装置完全独立于半头，使半头能够保持其在导轨节段上的夹紧，由此在剪切过量材料的同时保持被牵引的导轨处于期望的张力下。

附图说明

根据本发明的焊接头的特征和优点从下面参照附图以指示性而非限制性的方式给出的优选实施方式的描述中将变得清楚，图中：

图1是在焊接周期之前处于打开位置的焊接头的立体图；

图2示出了处于图1位置的焊接头的仰视图；

图3是处于打开位置的焊接头在切割单元的水平处的的横截面；

图4是焊接周期之前焊接头的侧视图；

图5是的焊接头的仰视立体图，其中半头处于合拢位置；

图6是焊接周期后焊接头的侧视图；

图7是焊接后并且切割单元仍然打开的焊接头的仰视立体图；

图8是焊接后并且切割单元合拢的焊接头的仰视立体图；

图9是清理过量材料结束时焊接头的侧视图；

图10是图9中的位置下焊接头的仰视立体图；

图11是图9中的位置下焊接头的俯视立体图；

图12是与前图类似但角度不同的视图；

图13是同样在切割操作结束时焊接头的端视图；

图14是两个半头合拢并间隔开且切割单元处于合拢位置时焊接头的仰视立体图；

图15是半头处于打开位置而切割单元处于合拢位置时焊接头的端视图；以及

图16是半头处于打开位置而切割单元处于合拢位置时在切割单元水平处的焊接头的横截面。

具体实施方式

参照附图，参考数字1总体指示根据本发明的用于焊接导轨的两段或两节导轨的末端的焊接头。焊接头1包括沿纵向方向X相对彼此对齐并滑动的两个半头10。每个半头10均包括夹紧装置12以抓紧导轨的相应节段。例如，所述夹紧装置12包括由两个杠杆件13产生的夹具元件，两个杠杆件13借助于致动器机构14控制打开和合拢以抓紧导轨节段的轮廓，致动器机构14例如通过夹具的液压千斤顶实现。

焊接头还包括电焊接回路，该电焊接回路包括至少两个电极16，该至少两个电极16适于与各导轨轮廓接触，从而产生导轨的两个节段的末端之间的电短路，从而执行闪光对焊过程；一旦借助于两个半头将这些末端置于接触状态，该过程将导致这些末端的熔合。

根据优选实施方式，电极16由与要抓紧的导轨的节段接触的夹具12的内表面获得。换言之，每个夹紧夹具12均带有(bear)一对电极16，所述一对电极16沿纵向方向延伸并适于抓紧导轨节段的末端的侧部。

一个半头10能够借助于至少一个但优选为两个液压牵引千斤顶20相对于彼此沿纵向移动，该两个液压牵引千斤顶20连接两个半头10并在同一水平平面内相互平行地延伸。根据一个实施方式，每个液压牵引千斤顶20均具有缸体21，该缸体21连接至半头10并具有自由部22，该自由部22大致沿纵向方向X从所述半头10伸出。此外，每个千斤顶20均包括活塞23，该活塞23在缸体21内滑动，并借助于牵引杆24与另一半头10连接，使得千斤顶20可以使两个半头10沿纵向方向X合在一起。

牵引千斤顶20具有允许焊接头在导轨的两个节段焊接的同时还执行轨道张力的调节的行程。例如，千斤顶的行程以环境条件和轨道长度的函数来计算。优选地，所述牵引千斤顶行程至少为240mm。

根据优选实施方式，焊接头1配备有至少一个附件26，优选为每个牵引千斤顶20均有一个，附件26适于增加所述牵引千斤顶20的拉力。此附件在同一申请人名下的专利申请No.EP1690624中进行了描述，其包括辅助的液压千斤顶28，该液压千斤顶28与牵引千斤顶20的缸体的自由部操作性地连接，并且包括用于将辅助活塞与牵引杆24连接的装置，使得辅助液压千斤顶可以将辅助的牵引力传递至牵引杆。

与现有技术的焊接头的产生的最大100吨的力相比，由此构想的焊接头可以施加大于200吨的牵引力(“Int.System”)。

因此，具有上文描述的行程及牵拉特性的焊接头1能够在不使用外置于焊接头的辅助系统的情况下执行导轨的张力调节。换言之，同一焊接头可以执行导轨的两个节段上的简单焊接以及带张力调节的焊接两者，而不用增设外置于焊接头的系统。

此外，焊接头1包括切割单元30，该切割单元30适于在焊接周期结束时去除过量材料。

根据本发明的一个方面，所述切割单元30设置在半头10之间，并且使用其自身的移动装置32在它们之间沿纵向方向X滑动。因此，切割单元30设计为与焊接半头10功能性地分离并且独立于焊接半头10移动的装置。切割单元30在任何情况下都设置并能够在两个半头10之间移动，并且因此结合至焊接头1的结构中。所以，有利地，切割单元30的存在对焊接头1的体积没有影响，因此焊接头1仍然非常紧凑。

更详细地，切割单元30能够借助于在两个半头之间延伸的其自身的致动器机构32沿纵向移动。

根据一个实施方式，所述致动器机构是液压千斤顶32，该液压千斤顶32具有容纳在两个半头10中的一个内的缸体34，并且具有在所述缸体内滑动并连接至另一半头10的活塞，使得活塞用作用于操纵切割单元30的引导件。

在一个实施方式中，切割单元30包括支承板40，该支承板40与致动器机构32的移动部分连为一体。在所述支承板40上，一对切割刀片42安装成来回摆动，能够在不活动的打开位置与围绕导轨节段的轮廓合拢的活动位置之间移动。因此，每个切割刀片42均具有大致对应于导轨的半个轮廓的轮廓，使得当处于合拢位置时，两个刀片限定出导轨轮廓的形状。所以当支承板在叶片合拢的情况下沿导轨滑动时，过量材料被去除。

在优选实施方式中，每个切割叶片42均连接至其自身的转手臂44，转手臂44由例如液压千斤顶的相应驱动单元46驱动而来回摆动。

因此，驱动单元46、转手臂44和切割刀片42在与纵向方向X成直角的平面内运动。由于驱动单元46、转手臂44和切割刀片42安装在其上的支承板40，所有这些装置42、44、46还能够借助于致动器机构32同时沿纵向方向X移动。

应当注意，尽管切割单元30与半头10功能性地分离并且独立于半头10，但切割单元30是焊接头的一部分，并且结合至焊接头的结构中。换言之，切割单元30不是如在某些现有技术的焊接头中那样手动应用于导轨的附加装置。这意味着焊接头可以设定为更快速地工作，而且过量材料的剪切更精确，这是因为切割单元刚性地连接至两个半头并且其由焊接头结构本身引导而滑动。

可以在切割单元30的支承板40中钻出通孔48，以用于移动半头的液压千斤顶的牵引杆。

焊接头如下工作。

起初，切割单元30设置在开始位置，靠近两个半头中的一个。切割刀片42打开。半头10的夹具12打开(图1至图4)。

随后，指令两个半头10抓紧各导轨节段，使切割单元的切割刀片在不活动的位置下保持打开(图5)。

此时，实际焊接操作借助于为电极通电并且同时使两个半头进入适当位置、使得导轨的两个节段的相邻末端熔合来实现(图6至图7)。

焊接周期完成时，保持两个半头静止并且处于夹紧其相应的轮廓的位置下，切割刀片绕导轨轮廓(图8)合拢，并指令切割单元30相对于半头沿纵向移动，从而从导轨轮廓去除过量材料(图9至图14)。应当强调，切割单元的移动独立于半头的移动，半头在切割过程中静止在夹紧导轨节段的位置以消除张力的恢复。

在除了焊接导轨的两个节段之外必须进行张力调节的情况下，所需要的是根据环境条件和轨道长度为两个半头设定行程。由于切割单元与两个半头分离的事实，而且由于机器的特殊结构，可以设定大于240mm的行程。

特别地，应当注意，切割单元与半头分离并且独立于半头意味着可以在保持导轨的焊接节段受到牵拉并且结合区域的材料仍处于未完全固化的塑性阶段的同时去除过量材料。因此，导轨的两个节段以所需的轨道张力结合，即没有由于夹紧的释放而使张力返回。

因此，仅仅通过设定适当的行程就能够直接并且与焊接导轨的两个节段的操作同时地进行张力的调节。因此，不再需要进行特殊的铝热剂焊接操作，并且张力的调节在与焊接导轨的两个节段相同的环境条件下同时地进行。这意味着铁路或有轨电车轨道的安全性和可靠性的极大提高，而且显然减小了维护成本和时间。

简言之，根据本发明的焊接头的优点可以总结如下：

与当前的焊接头相比，行程显著增大，因此焊接周期过程中调节张力的可能显著增大；

强度大于200T的高拉力；

切割单元与半头分离且独立，所以可以在不释放导轨的焊接节段的情况下剪切过量焊接材料：这意味着在不影响头的体积或其可靠性的情况下更高质量的焊接；

关于上文描述的焊接头的实施方式，本领域普通技术人员可以通过进行修改和改动或以功能性等效的元件替换某些元件来满足可能的要求，这不超出权利要求的保护范围。描述为属于可能的实施方式的每个特征均可以独立于所描述的其他实施方式来实现。

Claims (16)

1.一种用于焊接导轨的两个节段的末端的焊接头，包括：

两个半头(10)，所述两个半头(10)沿纵向方向相对于彼此对齐并滑动，其中每个所述半头均包括夹紧装置(12、13)以抓紧导轨的相应节段；

电焊接回路，所述电焊接回路包括适于与导轨的相应节段接触的至少两个电极(16)；

牵引致动器装置(20)，所述牵引致动器装置(20)沿纵向方向延伸，并且连接至所述两个半头(10)，以使所述两个半头沿纵向方向朝向彼此移动；

其特征在于，所述牵引致动器装置(20)具有适于在焊接导轨的两个节段的周期过程中允许同时调节轨道张力的行程。

2.如权利要求1所述的焊接头，其中，所述牵引致动器装置具有至少240mm的行程。

3.如权利要求1或2所述的焊接头，其中，所述牵引致动器装置包括在水平平面内平行延伸的两个液压千斤顶。

4.如前述权利要求中任一项所述的焊接头，还包括用于在焊接操作结束时去除过量材料的切割单元(30)，所述切割单元设置在所述半头之间并且通过其自身的移动装置(32)沿纵向方向在所述半头之间滑动。

5.如权利要求4所述的焊接头，其中，所述切割单元能够借助于其自身的在所述两个半头之间延伸的致动器机构(32)沿纵向移动。

6.如权利要求5所述的焊接头，其中，所述致动器机构是液压千斤顶。

7.如权利要求4至6中任一项所述的焊接头，其中，所述切割单元(30)包括与所述致动器机构连为一体的支承板(40)、和一对切割刀片(42)，所述一对切割刀片(42)安装成在所述支承板上在不活动的打开位置与围绕导轨轮廓合拢的活动位置之间来回摆动。

8.如权利要求7所述的焊接头，其中，每个所述切割刀片(42)均连接至其自身的转手臂(44)，所述转手臂(44)通过相应的驱动单元(46)驱动而来回摆动。

9.如权利要求6至8中任一项所述的焊接头，其中，所述切割单元的支承板(40)具有通孔(48)，所述通孔(48)供所述半头的所述液压牵引千斤顶的牵引杆通过。

10.如前述权利要求中任一项所述的焊接头，其中，所述半头的夹紧装置包括夹具机构(12)，所述夹具机构(12)由其自身的致动器装置(14)驱动，能够在不活动的打开位置与抓紧导轨的节段的合拢位置之间移动。

11.如权利要求10所述的焊接头，其中，所述电极(16)制成为所述夹具机构的内夹紧表面。

12.借助于如前述权利要求中任一项所述的焊接头焊接导轨的两个节段的方法，其中，在焊接周期开始时，所述两个半头相距以外部温度和导轨长度的函数计算出的相互距离定位，从而与焊接同时地还执行导轨张力的调节。

13.如权利要求12所述的焊接方法，其中，在焊接导轨的两个节段的阶段结束时，由焊接产生的过量材料被去除，同时保持所述两个半头处于相对于导轨的相应节段的夹紧和牵引位置。

14.如权利要求13所述的焊接方法，包括如下步骤：

将所述切割单元设置在靠近所述两个半头中的一个的开始位置；

驱动所述两个半头以夹紧导轨的相应节段，保持所述切割单元的刀片在不活动的位置打开；

向所述电极通电，同时使所述两个半头合在一起，以使导轨的两个节段的相邻末端熔合；

保持所述两个半头静止并处于夹紧其相应的轮廓的位置，绕导轨的轮廓合拢所述切割刀片，并且使所述切割单元相对于所述半头沿纵向移动，从而从轨道轮廓去除过量材料。

15.如权利要求14所述的焊接方法，其中，使所述切割刀片通过其相应的液压千斤顶在与所述焊接头的纵向方向成直角的平面内来回摆动。

16.如权利要求13至15中任一项所述的焊接方法，其中，通过所述切割单元沿所述焊接头的纵向方向的运动来去除过量材料。

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