CN1907629B - 钢轨气压焊接设备及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢轨气压焊接设备及其使用方法。包括焊接机头、控制柜、液压泵站和冷却泵站，其特征在于，所述控制柜、液压泵站和冷却泵站设置在平板车上，所述平板车上部设有可前后伸缩和左右摆动的吊臂，所述焊接机头悬吊在所述吊臂的端部；固定端总成、加热器架、推凸机构总成、移动端总成和端板总成由导向轴顺次连接在一起组成所述焊接机头；所述固定端总成和移动端总成分别设有钢轨夹持机构，所述钢轨夹持机构与控制计算机相连；所述固定端总成两侧及端板一侧夹持钢轨部位的上方设有定位块，三个定位块的底面处于同一水平面。本发明用于铁路钢轨的焊接，具有运输和使用方便、自动化程度高、焊接质量好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢轨气压焊接设备，特别涉及一种由焊接机头、控制柜、液压泵站和冷却泵站组成的钢轨气压焊接设备。本发明还涉及钢轨气压焊接设备的使用方法。
背景技术
目前铁路既有的钢轨气压焊接设备是由沈阳铁路局锦州科研所研制的，该设备由主机(压接机)、液压泵站、冷却泵站、气体流量控制箱组成。成套设备以及焊接耗材(耗材主要是燃气瓶)运到施工现场后，在现场将各部件组装起来。主机(压接机)是气压焊接设备的核心部件，其主机重量140-260公斤。作业时由4-6名工人靠人力将压接机抬放到钢轨上，靠人力拧动钢轨顶部螺栓以抬升压接机，使压接机的底部螺栓与钢轨底面接触，靠这种方式实现两根钢轨在高度方向的对正；通过人力使用大锤打紧夹持钢轨腰部的四块斜铁来夹紧钢轨，并通过这种方式实现两根钢轨在左右方向的对正；全部作业完全由人工操作。
西南交通大学将锦州科研所设计的气体流量控制箱、液压泵站进行了改造，采用计算机控制氧气和乙炔气体的流量和加热器摆动过程，取名为“移动式数控气压焊接设备”，对于压接机(主机)则没有进行实质性的改进。
上述设备具有以下缺点：
1)因为全部靠手工作业，所以焊接质量受人为因素的影响很大。钢轨的夹紧和定位不可靠，很难控制焊接接头的内部质量和外观质量。
2)设备刚度差。因为主要依靠人力作业，设计时考虑设备不能做得太重，减轻重量的结果是牺牲了刚度。因为设备刚度差，所以焊接质量不稳定。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种运输和使用方便、自动化程度高、焊接质量好的钢轨气压焊接设备，以及使用该设备的方法。
本发明的钢轨气压焊接设备，包括焊接机头、控制柜、液压泵站和冷却泵站，所述控制柜、液压泵站和冷却泵站设置在平板车上，所述平板车上部设有可前后伸缩和左右摆动的吊臂，所述焊接机头悬吊在所述吊臂的端部；固定端总成、加热器架、推凸机构总成、移动端总成和端板总成由导向轴顺次连接在一起组成所述焊接机头；所述固定端总成和移动端总成分别设有钢轨夹持机构，所述钢轨夹持机构与控制计算机相连；所述固定端总成两侧及端板一侧夹持钢轨部位的上方设有定位块，三个定位块的底面处于同一水平面。将控制柜、液压泵站和冷却泵站设置在平板车上，焊接机头悬吊在吊臂下方，不用时吊臂缩回，焊接机头也放在平板车上，可以由轨道车等动力工具将平板车牵引至作业现场，使用时吊臂伸出，焊接机头置放在钢轨上即可进行焊接作业，吊臂可左右摆动，以适应左右两根钢轨。夹持钢轨机构通过计算机控制，节约人力，调节精度高。
所述的夹持机构的结构为：所述固定端总成和移动端总成分别有一个下部有缺口的支架，所述缺口为夹持钢轨的部位，所述定位块设置在该缺口上方，缺口一侧的支架上设有基准夹持块，另一端设有活动夹持块，对应于活动夹持块的一侧的支架上设有夹持油缸，夹持油缸的活塞杆端部连接在活动夹持块尾端。
为了方便的调节钢轨的左右位置，所述基准夹持块的尾端与一个基准调节块通过斜面接触，所述基准调节块中心套有垂直丝杠，丝杠一端设有步进电动机；在所述固定端总成和端板总成的支架的缺口的一侧分别设有激光测距装置，所述步进电动机和激光测距装置分别与控制计算机相连。
所述推凸刀总成的结构为：由刀座、轨头推凸刀、轨腰推凸刀、轨底推凸刀和推凸刀合拢油缸组成的推凸机构总成设置在移动端总成的支架上，左右各一套；所述刀座设置在所述推凸刀合拢油缸的活塞杆的端部；所述轨头推凸刀、轨腰推凸刀和轨底推凸刀按自上至下的顺序安装在刀座上，所述轨腰推凸刀比起轨头推凸刀和轨底推凸刀向内错开；所述端板总成的外侧设有顶锻油缸，顶锻油缸的活塞杆端部与移动端总成的支架相连；所述推凸刀合拢油缸和顶锻油缸分别与控制计算机相连。
作为对本发明的进一步改进，所述平板车的下方设有千斤顶，所述平板车上方还设有控制室及机头存放间、发电机间和材料间。
一种利用上述钢轨气焊接设备焊接钢轨的方法，包括以下步骤：
1)利用动力设备将平板车牵引至作业现场；
2)将吊臂从车内伸出，将悬吊在吊臂端部的焊接机头放置于待焊接的两根钢轨的接口处；
3)将一根钢轨置于固定端总成的支架的缺口处，钢轨的上表面与支架上的定位块下表面接触；启动固定端总成上的夹持油缸，将该钢轨夹牢；
4)将另一根钢轨置于移动端总成的支架和端板总成的缺口处，钢轨的上表面与端板总成上的定位块下表面接触；启动移动端总成上的夹持油缸，将该钢轨夹牢；
5)固定端总成和端板总成上的激光测距装置分别测量两根钢轨到激光测距装置的距离，并将测量数据传送给控制计算机；控制计算机将两个数值进行比较，当两个数值不一致时，启动步进电动机，调节钢轨的水平位置，直到两个数值相等；
6)对两根钢轨的接口进行焊接；
7)松开移动端总成上的夹持机构，由顶锻油缸推动推凸刀总成将焊瘤切除；
8)松开固定端总成上的夹持机构，进行另一根钢轨接头的焊接；
9)作业完成后收回吊臂，将焊接机头放回到平板车上。
本发明所产生的有益效果是：
1、钢轨气压焊接的成套设备集成在作业车上，机械化程度大大提高，减轻了劳动强度，提高了生产效率；
2、焊接机头的设备刚度大大提高，机械化、自动化程度大大提高，焊接质量受人为因素的影响大大降低；
3、焊机头具有检测接头错边的功能，实现了接头错边量的数控调整；
5、焊接的整个过程受计算机的控制和监视；
6、推凸操作可以按照预先设定的程序自动完成，无须人工干预。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的钢轨气压焊接设备的一种实施例的整体结构示意图；
图2为本发明的钢轨气压焊接设备的一种实施例的焊接机头的主视图；
图3为图2所示的焊接机头的俯视图；
图4为图2所示的焊接机头的左视图；
图5为图2所示的焊接机头的夹持机构的结构示意图。
图6为图2所示的焊接机头的推凸刀总成的结构示意图。
图7为图6所示的推凸刀总成的刀头部位的立体图。
图8为图2所示的焊接机头的立体图。
图中：1.焊接机头，2.吊臂，3.控制室及机头存放间，4.发电机间，5.材料间，6.钢轨，7.千斤顶，8.平板车，9.导向轴，10.夹持油缸，11.支架，12.推凸刀合拢油缸，13.加热器架，14.定位块，15.活塞杆，16.顶锻油缸，17.端板总成，18.激光测距装置，19.基准夹持块，20.推凸刀总成，21.丝杠，22.基准调节块，23.步进电动机，24.活动夹持块，25.轨头推凸刀，26.轨腰推凸刀，27.轨底推凸刀，28.刀座，29.斜面。
具体实施方式
如图1所示，在平板车8上设有控制室及机头存放间3、发电机间4和材料间5，控制室及机头存放间3的作用是存放焊接机头1、控制柜、液压泵站和冷却泵站；发电机间4的作用是存放发电机，此发电机为备用，因钢轨气压焊接作业不需要大功率发电机组，因此也可以使用轨道车发电；材料间5的作用是存放焊接用的耗材(如砂轮片、砂轮机、千斤顶等辅助施工的小机具，氧气瓶、乙炔瓶等)。平板车8的上部设有一根可前后伸缩和左右摆动的吊臂2，吊臂2的端部悬吊有焊接机头1。吊臂2的前后伸缩可以采用滑轨式结构来实现，也可以采用类似于汽车吊的伸缩结构来实现；吊臂2的左右摆动可以通过类似于建筑塔吊的旋转机构实现，也可通过挖掘机臂等采用的摆动机构实现。在平板车8的下方设有千斤顶7，以便在作业时提供可靠的支撑力。
如图2、图3、图4和图7所示，焊接机头1由固定端总成、加热器架13、推凸机构总成20、移动端总成和端板总成17构成，四根导向轴9的两端分别固定在固定端总成和端板总成17上，加热器架13和推凸机构总成20穿套在导向轴9上并可在导向轴9上滑动；固定端总成和移动端总成分别设有钢轨夹持机构，夹持机构与控制计算机相连；固定端总成的支架10两侧及端板总成17一侧夹持钢轨部位的上方设有定位块14，三个定位块14的底面处于同一水平面，可以方便的控制两根钢轨使之处于同一水平面上，通过更换定位块14的厚度，可以焊接不同型号的钢轨，并保证夹持块14的中心始终处于钢轨中性轴上。在端板总成17外侧设有两个顶锻油缸16，顶锻油缸16的活塞杆15连接到移动端总成上，可以推动移动端总成和推凸刀总成20在导向轴9上滑动；在固定端总成的支架11和端板总成14一侧分别设有激光测距装置18，可以测得被夹持的钢轨到相应激光测距装置18的距离，激光测距装置18与控制计算机相连，以便由控制计算机对测量数据进行分析。
如图5所示，固定端总成和移动端总成各有一个支架11，支架11的下方中间有一个缺口，形成夹持钢轨的部位，该缺口的一侧设有基准夹持块19，基准夹持块19的尾端为一斜面29，它与一个同样拥有斜面29的基准调节块22的斜面29相接触，基准调节块22中心穿有一根丝杠21，丝杠21可以由其下端的步进电动机23带动转动，丝杠21转动时基准调节块22上下移动，从而可以调节基准夹持块19的左右位置，也就是可以调节被夹持的钢轨的左右位置，以使两根钢轨对正；缺口的另一侧设有一个活动夹持块24，活动夹持块24的尾端与一个夹持油缸10的活塞杆15相连，可以在夹持油缸10带动下左右运动，以夹紧或松开钢轨，夹紧钢轨的部位是轨腰，夹持块的中心在钢轨中性轴上。步进电动机23和夹持油缸10分别与控制计算机相连，以便实现自动控制。另外，夹持机构也可以采用钳式结构。
如图6所示和图7所示，推凸刀总成20设置在移动端总成的支架11上，左右对称各有一套，每套由推凸刀合拢油缸12、刀座28和刀头组成，推凸刀合拢油缸12设在移动端总成的支架11的侧面上，推凸刀合拢油缸12的活塞杆15的端部连接有刀座28，刀座28上从上至下设有轨头推凸刀25、轨腰推凸刀26和轨底推凸刀27，轨头推凸刀25、轨腰推凸刀26和轨底推凸刀27呈阶梯状布置，其中轨头推凸刀25和轨底推凸刀27位于同一平面，轨腰推凸刀26位于另一个平面。切除焊瘤时，在推凸刀合拢油缸12推动下两侧的推凸刀分别与钢轨两侧接触，然后由顶锻油缸16推动推凸刀总成20沿钢轨滑动，推凸刀将焊瘤切除。阶梯状结构可以实现首先切除轨头和轨底部位的焊瘤，之后再切除轨腰部位的焊瘤，分阶段切除焊瘤的好处是减低了推凸的阻力。
利用本发明的钢轨气焊接设备焊接钢轨的方法是：
1)利用动力设备将平板车牵引至作业现场；
2)将吊臂从车内伸出，将悬吊在吊臂端部的焊接机头放置于待焊接的两根钢轨的接口处；
3)将一根钢轨置于固定端总成的支架的缺口处，钢轨的上表面与支架上的定位块下表面接触；启动固定端总成上的夹持油缸，将该钢轨夹牢；
4)将另一根钢轨置于移动端总成的支架和端板总成的缺口处，钢轨的上表面与端板总成上的定位块下表面接触；启动移动端总成上的夹持油缸，将该钢轨夹牢；
5)固定端总成和端板总成上的激光测距装置分别测量两根钢轨到激光测距装置的距离，并将测量数据传送给控制计算机；控制计算机将两个数值进行比较，当两个数值不一致时，启动步进电动机，调节钢轨的水平位置，直到两个数值相等；
6)对两根钢轨的接口进行焊接；
7)松开移动端总成上的夹持机构，由顶锻油缸推动推凸刀总成将焊瘤切除；
8)松开固定端总成上的夹持机构，进行另一根钢轨接头的焊接；
9)作业完成后收回吊臂，将焊接机头放回到平板车上。
Claims (4)
1.钢轨气压焊接设备，包括焊接机头、控制柜、液压泵站和冷却泵站，其特征在于，所述控制柜、液压泵站和冷却泵站设置在平板车上，所述平板车上部设有可前后伸缩和左右摆动的吊臂，所述焊接机头悬吊在所述吊臂的端部；固定端总成、加热器架、推凸机构总成、移动端总成和端板总成由导向轴顺次连接在一起组成所述焊接机头；所述固定端总成和移动端总成分别设有钢轨夹持机构，所述钢轨夹持机构与控制计算机相连；所述固定端总成两侧及端板总成一侧夹持钢轨部位的上方设有定位块，三个定位块的底面处于同一水平面；
所述固定端总成和移动端总成分别有一个下部有缺口的支架，所述缺口为夹持钢轨的部位，位于所述固定端总成上的所述定位块设置在所述固定端总成两侧的所述支架的缺口上方，缺口一侧的支架上设有基准夹持块，另一端设有活动夹持块，对应于活动夹持块的一侧的支架上设有夹持油缸，夹持油缸的活塞杆端部连接在活动夹持块尾端；
所述基准夹持块的尾端与一个基准调节块通过斜面接触，所述基准调节块中心套有垂直丝杠，丝杠一端设有步进电动机；在所述固定端总成和端板总成的支架的缺口的一侧分别设有激光测距装置，所述步进电动机和激光测距装置分别与控制计算机相连。
2.根据权利要求1所述的钢轨气压焊接设备，其特征在于，由刀座、轨头推凸刀、轨腰推凸刀、轨底推凸刀和推凸刀合拢油缸组成的推凸机构总成设置在移动端总成的支架上，左右各一套；所述刀座设置在所述推凸刀合拢油缸的活塞杆的端部；所述轨头推凸刀、轨腰推凸刀和轨底推凸刀按自上至下的顺序安装在刀座上，所述轨腰推凸刀比起轨头推凸刀和轨底推凸刀向内错开；所述端板总成的外侧设有顶锻油缸，顶锻油缸的活塞杆端部与移动端总成的支架相连；所述推凸刀合拢油缸和顶锻油缸分别与控制计算机相连。
3.根据权利要求1或2所述的钢轨气压焊接设备，其特征在于，所述平板车的下方设有千斤顶，所述平板车上方还设有控制室及机头存放间、发电机间和材料间。
4.一种利用权利要求1～3任一所述的钢轨气压焊接设备焊接钢轨的方法，包括以下步骤：
1)利用动力设备将平板车牵引至作业现场；
2)将吊臂从车内伸出，将悬吊在吊臂端部的焊接机头放置于待焊接的两根钢轨的接口处；
3)将一根钢轨置于固定端总成的支架的缺口处，钢轨的上表面与支架上的定位块下表面接触；启动固定端总成上的夹持油缸，将该钢轨夹牢；
4)将另一根钢轨置于移动端总成的支架和端板总成的缺口处，钢轨的上表面与端板总成上的定位块下表面接触；启动移动端总成上的夹持油缸，将该钢轨夹牢；
5)固定端总成和端板总成上的激光测距装置分别测量两根钢轨到激光测距装置的距离，并将测量数据传送给控制计算机；控制计算机将两个数值进行比较，当两个数值不一致时，启动步进电动机，调节钢轨的水平位置，直到两个数值相等；
6)对两根钢轨的接口进行焊接；
7)松开移动端总成上的钢轨夹持机构，由顶锻油缸推动推凸机构总成将焊瘤切除；
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