CN103318055B - 一种焊接型钢包铝式的钢铝复合接触轨及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种焊接型钢包铝式的钢铝复合接触轨及其制造方法，属于城市轨道交通供电领域，由铝轨，不锈钢带，2根不锈钢条组成，其制造工艺为不锈钢带经过专用设备冷弯成C型，扣置于铝轨面上，将2根不锈钢条嵌入铝轨两侧的凹槽内，将不锈钢带与铝轨压紧后焊接，形成两条焊缝，使不锈钢带和2根不锈钢条连接成一体，并与铝轨紧密贴合。本发明经济、可靠，保证了钢铝贴合面的结合性及整体的电气性能。

Description

一种焊接型钢包铝式的钢铝复合接触轨及其制造方法

技术领域

本发明是一种焊接型钢包铝式的钢铝复合接触轨及其制造方法，属于城市轨道交通供电设备。

背景技术

接触轨又称第三轨，是城市轨道交通中的一种供电方式，较传统的架空接触网系统，因为其良好的安全性能和对城市景观影响较小等特性，而被越来越多的国内城市所采用。例如：北京地铁10号线、9号线、5号线、大兴线、亦庄线、房山线等。钢铝复合接触轨是近年来在国内兴起的一种新型的接触轨供应材料，相比低碳钢接触轨有着重量轻、载流量大、耐腐蚀、可回收等很多优势，国内的钢铝复合接触轨的制造还处于起步阶段，并多采用德国、法国和英国的技术，通过焊接或铆接的方法将钢包覆在铝表面。

中国专利CN200610004806.3提到的一种钢包铝式结构，钢条水平的嵌入铝轨头部，由焊接产生的应力会将钢条从凹槽中拽出，从而影响焊接的连续性，其次焊缝很容易焊透，将焊缝处的铝轨熔化，铝材质融入焊缝当中会降低焊缝的强度。

发明内容

本发明需要解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种经济、可靠的焊接型钢包铝式的钢铝复合接触轨及其制造方法，保证钢铝贴合面的结合性及整体的电气性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种焊接型钢包铝式的钢铝复合接触轨，其特征在于：由铝轨（1）、不锈钢带（2）和两根不锈钢条（3）组成；不锈钢带（2）经过冷弯成型机冷弯成C型紧扣在铝轨（1）上表面；铝轨（1）采用工字型，上端头部两侧开设有倾斜向上的凹槽，将两根不锈钢条（3）分别嵌入倾斜的凹槽中，使不锈钢条（3）的侧面与不锈钢带（2）两端的内侧面形成搭接；利用MIG自动焊机在两侧形成的搭接处同时起焊，形成两道角焊缝（4）；在铝轨（1）腰两侧面中心线处和底面中心线处开设基准槽线（5）。

所述倾斜向上的凹槽的角度为10°～15°。

所述不锈钢带（2）的内侧面搭接不锈钢条（3）外侧面1mm。

所述开设的基准槽线（5）的弧度为R0.2，在不影响铝轨（1）整体强度的前提下，可以起到良好的辅助安装定位作用。

一种焊接型钢包铝式的钢铝复合接触轨轨制造方法，其特征在于实现步骤如下:

第一步，研制钢铝复合轨焊接生产线设备，所述钢铝复合轨焊接生产线设备，如图4所示，由6组辊道输送架（21）、侧向定位架（22）、焊接机组（23）、电机组件（24）、传动链条（25）、控制操作台（26）、2个焊枪固定架（27）、主工作台（28）和3组辊轮传动组（29）组成；

主工作台（28）为普通操作平台，前后各放置3组辊道输送架（21），辊道输送架（21）由传动辊轮（211），横向导轮（212）、调节螺钉（213）、支架（214），调节支脚（215）组成，如图5、6所示；传动辊轮（211）均匀排布在支架（214）上，横向导轮（212）固定在支架（214）中部的横梁上，调节螺钉（213）焊接在传动辊轮（211）中轴两侧下方，调节支脚（215）固定在支架（214）的4个支撑脚底部；传动辊轮（211）选用尼龙材料，有效地减少了复合轨被输送时的表面划伤，并通过调节螺钉（213）来调节传动辊轮（211）两边的高度，使传动辊轮（211）的平面度保持一致，保证每组传动辊轮（211）都能与复合轨底面接触；横向导轮（212）起到快速定位的作用，将装配好C型钢带和两侧钢条的复合轨头部朝下放置在传动辊轮（211）上，然后再向侧向推动直到贴紧横向导轮（212），就能保证复合轨能顺利进入侧向定位架（22）；调节支脚（215）可以调节整个支架（214）的高度，使所有辊道输送架（21）高度一致；

主工作台（28）上安置有侧向定位架（22），限制复合轨的横向位移，保证复合轨垂直进入辊轮传动组（29）；

在主工作台（28）上安装3组辊轮传动组(29)，每组辊轮传动组（29）由手轮（291）、丝杠（292）、上辊轮（293）、主框架（294）、下辊轮（295）组成，如图7所示；主框架（294）上部两侧开设有滑槽，手轮（291）通过丝杠（292）与上辊轮（293）相连，下辊轮（295）固定在主框架（294）下部；转动手轮（291）调节上辊轮（293）的高度，从而改变上辊轮（293）对复合轨的压力，上辊轮（293）为从动轮，辊轮面包裹一层耐热橡胶（296），不仅能够增大上辊轮（293）与复合轨之间的摩擦力，防止上辊轮（293）打滑，还能防止焊接产生的高温对其造成的损害，下辊轮（295）为主动轮，辊轮面与接触轨头部外轮廓吻合，限制复合轨的横向位移，保证了焊缝位置的稳定，下辊轮（295）面作为传送的基准面，不能有任何上下的波动，所以选用耐磨性好，硬度较高的Gcr15为材料；

在第1组辊轮传动组（29）和第2组辊轮传动组（29）之间安装有2个焊枪固定架（27），焊接机组（23）的焊枪通过焊枪固定架（27）固定在主工作台（28）上；取在两组相近的辊轮传动组（29）之间焊接，是为了焊接时复合轨的钢带和铝轨处于被辊轮传动组（29）压紧的状态，保证钢带和铝轨的贴合度；焊枪固定架（27）由L滑块（271）、焊把托杆（272）、微调手轮（273）、竖直调节手轮（274）、转向手轮（275）、水平调节手轮（276）、焊枪头（277）、竖直丝杠（2780、水平丝杠（279）组成，如图8所示，微调手轮（273）与焊把托杆（272）相连，安装在L滑块（271）上，转向手轮（275）将焊枪头（277）固定在L滑块（271）上，L滑块（271）与竖直丝杠（278）相连，竖直丝杠（278）顶端连接竖直调节手轮（274），水平丝杠（279）末端与水平调节手轮（276）相连；焊枪固定架（27）可以调节焊枪头（277）水平、竖直方向的位置及旋转角度，为各个角度的焊接提供了方便，确保了焊接的可行性；第3组辊轮传动组（29）安装在距离焊枪固定架（27）稍远端的主工作台（28）上，起到焊后定位、矫直的作用；

用传动链条（25）将辊轮传动组（29）与电机组件（24）连接在一起，将电机组件（24）和焊接机组（23）与控制操作台（26）相连；

第二步，铝轨（1）选用6063（T6）材料，在铝厂通过单轨挤压模具挤压成型；

第三步，将两根不锈钢条（3）热轧成型后，在不锈钢条（3）上下两宽面压印横向条纹；

第四步，不锈钢带（2）经过冷弯成型机成型为C型；

第五步，将铝轨（1）头部朝下放置在C型不锈钢钢带（2）内；

第六步，将两根不锈钢条（3）分段嵌入铝轨（1）两侧倾斜向上的凹槽内；

第七步，将装配好的铝轨（1）吊起放入辊道输送架（21），手动向前输送铝轨直到铝轨端部进入辊轮传动组（29），调节辊轮传动组（29）的手轮（291），使上辊轮（293）压紧铝轨；

第八步，启动电机组件（24），辊轮传动组（29）在保持钢带与铝轨紧密贴合的情况下带动铝轨向前运动，经过焊接机组（23）时，两侧焊机同时启弧，进行焊接，铝轨继续向前输送，直至整个轨道焊接完毕；

第九步，将焊接好的铝轨吊入双头锯床，两端定尺切断，并去除毛刺。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

（1）本发明中的铝轨凹槽倾斜向上的角度为10°～15°，焊接时产生的应力会使不锈钢条沿凹槽方向移动如图2中A所示，使不锈钢带向下移动如图2中B所示，可见二者向下方向的合力要比不锈钢条沿凹槽水平方向移动的力大，因此不锈钢带将铝轨包络得会更加紧密，提高了整体的导电性。

（2）本发明中的C型不锈钢带的内侧面搭接不锈钢条外侧面1mm，如图3中C所示，可以防止由于焊接应力而导致的不锈钢条窜出，同时搭接的焊法也使得焊缝不容易焊透，从而保护了内部的铝轨不会被焊接时产生的热量熔化，确保了焊缝质量。

（3）本发明中在铝轨轨腰两侧面中心线处和底面中心线处开设基准槽线，如图1所示，槽线有助于多段铝轨水平和竖直方向上的定位，为后期的整体施工和检测提供了便利的条件。

（4）本发明采用焊接的结合方式，将焊缝分置于不锈钢带两端，使焊缝避开电刷的直接摩擦和震动，从而提高接触位置的强度，将凹槽设计成向上的倾角，能够增大钢带对铝轨的包覆力，防止钢条的窜出。

（5）本发明在钢带表面施加预紧力的情况下，利用铝轨两侧焊接形成的热张力，使钢带和铝轨抱紧，从而保证钢铝的贴合性。

附图说明

图1为本发明结构剖视图；

图2为本发明中焊接处应力分析图；

图3为本发明中焊接处搭接位置图；

图4为本发明中焊接复合设备结构图；

图5为本发明中焊接复合设备的辊道输送架俯视图；

图6为本发明中焊接复合设备的辊道输送架结构图；

图7为本发明中焊接复合设备的辊轮传动组剖视图；

图8为本发明中焊接复合设备的焊枪固定架结构图。

具体实施方式

如图1-3所示，本发明的钢包铝式结构的钢铝复合接触轨由铝轨1、不锈钢带2和两根不锈钢条3组成；不锈钢带2经过冷弯成型机冷弯成C型紧扣在铝轨1上表面；铝轨1采用工字型，上端头部两侧开设有倾斜向上的凹槽，倾斜向上的凹槽的角度为10°～15°；将两根不锈钢条3分别嵌入倾斜的凹槽中，使不锈钢条3的侧面与C型不锈钢带2两端的内侧面形成搭接；利用MIG自动焊机在两侧形成的搭接处同时起焊，形成两道角焊缝4；在铝轨1腰两侧面中心线处和底面中心线处开设基准槽线5。

C型不锈钢带2的内侧面搭接不锈钢条3外侧面1mm。开设的基准槽线5的弧度为R0.2。

本发明的焊接型钢包铝式的钢铝复合接触轨轨制造方法实现步骤为：

（1）设计铝轨1为工字型，上端头部两侧开设有倾斜向上的凹槽,倾斜角度为10°，C型不锈钢带2的内侧面搭接不锈钢条3外侧面1mm，铝轨1开设的基准槽线5，弧度为R0.2；

（2）铝轨1选用6063（T6）铝镁硅合金材料，具有良好导电性和耐腐蚀性，在铝厂通过单轨挤压模具挤压成型，不锈钢带2选用10Cr17铁素体不锈钢，通过冷弯成型机冷弯成C型；

（3）不锈钢条3热轧成型后，在上下两宽面压印横向条纹，可以增加钢铝复合轨沿轨道方向上的结合力；

（4）将不锈钢带2置于装配平台上，C型开口朝上，检验C型内径尺寸，清洁钢带的内径表面并均匀的涂上导电油脂；

（5）清洁铝轨1的上表面，将铝轨1头部朝下放置在C型钢带2内，保证钢带2紧扣在铝轨1头部。将不锈钢条3分段嵌入铝轨1两侧的凹槽内，两段钢条3的端面保持紧密贴合，间隙不要超过1mm，避免连续焊接时造成熄弧；

（6）将装配好的铝轨吊起放入辊道输送架21，手动向前输送铝轨直到铝轨端部进入辊轮传动29，调节辊轮传动组29的手轮291，使上辊轮293压紧铝轨；

（7）启动电机组件24，辊轮传动组29在保持钢带与铝轨紧密贴合的情况下带动铝轨向前运动，经过焊接机组23时，两侧焊机同时启弧，进行焊接，铝轨继续向前输送，直至整个轨道焊接完毕；

（8）将焊接好的铝轨1吊入双头锯床，两端定尺切断，并去除毛刺。

至此，复合接触轨的制做完成，过程中采用冷弯成型机对购置的钢带进行冷弯加工；采用复合焊接设备完成钢带与钢条的自动焊接。整个生产过程简捷流畅，生产出的复合接触轨质量稳定，钢铝的贴合性强，且能够满足工程大批量的生产要求。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种焊接型钢包铝式的钢铝复合接触轨，其特征在于：由铝轨（1）、不锈钢带（2）和两根不锈钢条（3）组成；不锈钢带（2）经过冷弯成型机冷弯成C型紧扣在铝轨（1）上表面；铝轨（1）采用工字型，上端头部两侧开设有倾斜向上的凹槽，将两根不锈钢条（3）分别嵌入倾斜的凹槽中，使不锈钢条（3）的侧面与不锈钢带（2）两端的内侧面形成搭接；利用MIG自动焊机在两侧形成的搭接处同时起焊，形成两道角焊缝（4）；在铝轨（1）腰两侧面中心线处和底面中心线处开设基准槽线（5）。

2.根据权利要求1所述的复合接触轨，其特征在于：所述倾斜向上的凹槽的角度为10°～15°。

3.根据权利要求1所述的复合接触轨，其特征在于：所述不锈钢带（2）的内侧面搭接不锈钢条（3）外侧面1mm。

4.根据权利要求1所述的复合接触轨，其特征在于：所述基准槽线（5）的弧度为R0.2。

5.一种制造权利要求1所述焊接型钢包铝式的钢铝复合接触轨的方法，其特征在于实现步骤如下:

第一步，研制钢铝复合轨焊接生产线设备，所述钢铝复合轨焊接生产线设备由6组辊道输送架（21）、侧向定位架（22）、焊接机组（23）、电机组件（24）、传动链条（25）、控制操作台（26）、2个焊枪固定架（27）、主工作台（28）和3组辊轮传动组（29）组成；

主工作台（28）为普通操作平台，前后各放置3组辊道输送架（21），辊道输送架（21）由传动辊轮（211），横向导轮（212）、调节螺钉（213）、支架（214），调节支脚（215）组成；传动辊轮（211）均匀排布在支架（214）上，横向导轮（212）固定在支架（214）中部的横梁上，调节螺钉（213）焊接在传动辊轮（211）中轴两侧下方，调节支脚（215）固定在支架（214）的4个支撑脚底部；传动辊轮（211）选用尼龙材料，有效地减少了复合轨被输送时的表面划伤，并通过调节螺钉（213）来调节传动辊轮（211）两边的高度，使传动辊轮（211）的平面度保持一致，保证每组传动辊轮（211）都能与复合轨底面接触；横向导轮（212）起到快速定位的作用，将装配好C型钢带和两侧钢条的复合轨头部朝下放置在传动辊轮（211）上，然后再向侧向推动直到贴紧横向导轮（212），就能保证复合轨能顺利进入侧向定位架（22）；调节支脚（215）可以调节整个支架（214）的高度，使所有辊道输送架（21）高度一致；

主工作台（28）上安置有侧向定位架（22），限制复合轨的横向位移，保证复合轨垂直进入辊轮传动组（29）；

在主工作台（28）上安装3组辊轮传动组(29)，每组辊轮传动组（29）由手轮（291）、丝杠（292）、上辊轮（293）、主框架（294）、下辊轮（295）组成；主框架（294）上部两侧开设有滑槽，手轮（291）通过丝杠（292）与上辊轮（293）相连，下辊轮（295）固定在主框架（294）下部；转动手轮（291）调节上辊轮（293）的高度，从而改变上辊轮（293）对复合轨的压力，上辊轮（293）为从动轮，辊轮面包裹一层耐热橡胶（296），不仅能够增大上辊轮（293）与复合轨之间的摩擦力，防止上辊轮（293）打滑，还能防止焊接产生的高温对其造成的损害，下辊轮（295）为主动轮，辊轮面与接触轨头部外轮廓吻合，限制复合轨的横向位移，保证了焊缝位置的稳定，下辊轮（295）面作为传送的基准面，不能有任何上下的波动，所以选用耐磨性好，硬度较高的Gcr15为材料；

在第1组辊轮传动组（29）和第2组辊轮传动组（29）之间安装有2个焊枪固定架（27），焊接机组（23）的焊枪通过焊枪固定架（27）固定在主工作台（28）上；取在两组相近的辊轮传动组（29）之间焊接，是为了焊接时复合轨的钢带和铝轨处于被辊轮传动组（29）压紧的状态，保证钢带和铝轨的贴合度；焊枪固定架（27）由L滑块（271）、焊把托杆（272）、微调手轮（273）、竖直调节手轮（274）、转向手轮（275）、水平调节手轮（276）、焊枪头（277）、竖直丝杠（2780、水平丝杠（279）组成，微调手轮（273）与焊把托杆（272）相连，安装在L滑块（271）上，转向手轮（275）将焊枪头（277）固定在L滑块（271）上，L滑块（271）与竖直丝杠（278）相连，竖直丝杠（278）顶端连接竖直调节手轮（274），水平丝杠（279）末端与水平调节手轮（276）相连；焊枪固定架（27）可以调节焊枪头（277）水平、竖直方向的位置及旋转角度，为各个角度的焊接提供了方便，确保了焊接的可行性；第3组辊轮传动组（29）安装在距离焊枪固定架（27）稍远端的主工作台（28）上，起到焊后定位、矫直的作用；

用传动链条（25）将辊轮传动组（29）与电机组件（24）连接在一起，将电机组件（24）和焊接机组（23）与控制操作台（26）相连；

第二步，铝轨（1）选用6063（T6）材料，在铝厂通过单轨挤压模具挤压成型；

第三步，将两根不锈钢条（3）热轧成型后，在不锈钢条（3）上下两宽面压印横向条纹；

第四步，不锈钢带（2）经过冷弯成型机成型为C型；

第五步，将铝轨（1）头部朝下放置在C型不锈钢钢带（2）内；

第六步，将两根不锈钢条（3）分段嵌入铝轨（1）两侧倾斜向上的凹槽内；

第七步，将装配好的铝轨（1）吊起放入辊道输送架（21），手动向前输送铝轨直到铝轨端部进入辊轮传动组（29），调节辊轮传动组（29）的手轮（291），使上辊轮（293）压紧铝轨；

第八步，启动电机组件（24），辊轮传动组（29）在保持钢带与铝轨紧密贴合的情况下带动铝轨向前运动，经过焊接机组（23）时，两侧焊机同时启弧，进行焊接，铝轨继续向前输送，直至整个轨道焊接完毕；

第九步，将焊接好的铝轨（1）吊入双头锯床，两端定尺切断，并去除毛刺。