用於線上鋼軌焊接接頭的焊後處理系統和方法

2023-06-14 10:14:06

專利名稱：用於線上鋼軌焊接接頭的焊後處理系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種用於鋼軌焊接接頭尤其是線上鋼軌焊接接頭的焊後熱處理系統 和方法。
背景技術：
隨著我國鐵路無縫線路技術的快速發展，鋼軌焊接質量越來越受到重視，確保鋼 軌焊接質量，不僅有利於鐵路運輸安全，也有利於提高列車運行速度。鋼軌焊接接頭主要分 為廠內焊接接頭和線上現場焊接接頭兩種。對廠內焊接接頭焊後處理，採用生產線作業方式，使焊後鋼軌在輸送架上移動，以 通過正火機、矯直機和精整機進行正火、矯直和精整。而對於線上現場焊接，由於鋼軌已經鋪設於線路上，故無法按照廠內焊接模式進 行焊後處理。因此，現階段，我國鐵路建設單位和工務養護單位進行現場接頭的焊後處理 時，採用移動式流水作業，即正火工序完成並鎖定扣件後，後續的矯直作業人員移動到該接 頭處拆除扣件進行矯直，完成後鎖定扣件，後續的外形精整人員移動到該接頭處進行外形 精整，直至完成。參考圖1示意性示出的具有多個焊接接頭的鐵路線路。典型的現有線上 焊接接頭焊後正火、矯直及精整作業方法為沿著箭頭50所示的施工方向進行作業，首先 正火作業組攜帶火焰正火機在接頭A處對接頭A進行正火處理，正火處理結束後攜帶火焰 正火機至接頭B處對接頭B進行正火處理，隨後依次對接頭C、D、E等接頭進行處理；接頭 A經正火處理後，矯直作業組攜帶矯直機在接頭A處進行矯直處理，矯直處理結束後攜帶矯 直機等設備類似地依次在接頭B、C、D、E處對這些接頭進行矯直處理；接頭A矯直後，接頭 精整作業組攜帶仿形打磨機在接頭A處進行精整處理，且類似地，在精整處理結束後攜帶 仿形打磨機至接頭B、C、D、E處對這些接頭依次進行精整處理。這種作業方法，人員設備需 不停地於較長一段線路內零散分布施工，人員數量大、作業效率低、安全性差。由於目前線上鋼軌焊接接頭的焊後處理受到現場的諸多限制，例如正火處理現場 無法提供足夠大的電源而不得不採用火焰正火方式，而該方式的後勤保障要求高、質量穩 定性差、安全性差、設備可維護性差，工人勞動強度高。此外，現有線上焊接接頭矯直處理採 用直尺塞尺式測量和彎軌器、起道機、千斤頂式矯直無法保證矯直精度。而且現有設備對線 上焊接接頭的豎向彎曲沒有可靠的矯直方式。目前線上接頭精整處理採用直尺塞尺式測量 和仿形打磨、人工進給、人工推送、擺動的方式，這種方式質量影響因素多、受工人技術水平 制約大、設備可維護性差、精度低、工人勞動強度大。此外，現場使用的焊後處理裝置均屬於 輕型設備，質量控制能力差。而且，在現有的作業方法中，由於採用多組人員進行不同的工序作業，前後工序很難 相互協調，因此容易造成質量控制的斷鏈且各個輝接接頭的後處理效果或質量的一致性低。

發明內容
希望提供能夠至少部分克服上述焊接接頭焊後處理所出現的問題或者能對現有的線上鋼軌焊接接頭的焊後處理有所改進的系統和方法。因此，本發明提供一種用於線上鋼軌焊接接頭的焊後處理系統，其包括焊後熱處 理裝置；矯直裝置；精整裝置；能通過吊臂將所述焊後熱處理裝置、矯直裝置和精整裝置中 的任一個吊裝到並保持在所述焊接接頭上方的一個位置處的吊機；用於給所述焊後熱處理 裝置、矯直裝置和精整裝置中至少一個提供動力的動力源；和能在所述鋼軌上行走的走行 部，其中該走行部具有用於支撐所述焊後熱處理裝置、矯直裝置、精整裝置、吊機和該動力 源的底座。根據本發明用於線上鋼軌焊接接頭的焊後處理系統實現了在線路上將鋼軌焊接 接頭的焊後熱處理、矯直及接頭精整處理一機化、一次性完成，解決線上鋼軌焊接接頭焊後 處理的多點施工問題，並顯著地提高了焊後處理的效率。同時，通過吊機將處理裝置吊裝到 合適的位置，並且在處理過程中始終對處理裝置提供吊載力，最大程度減少了各種處理裝 置自重引起的焊接接頭變形，保證了接頭平直度質量。例如，在熱處理如正火時，由於高溫 接頭強度低，正火裝置的自重可能引起接頭下沉，從而造成接頭平直度、精度降低。在矯直 時，由於矯直裝置的剛度需要，該裝置自重較大，接近一噸，而此時接頭屬於未全部鎖緊狀 態，矯直裝置壓在鋼軌接頭處時，也將引起平直度的誤差，繼而造成接頭矯直精度的誤差， 影響矯直質量。接頭精整作業時，為滿足平直度0. 2mm的要求，其控制精度應在1 %毫米級， 此時外界對鋼軌的擾動極易影響到精度，仍需要對精整裝置加以吊裝。而且研究表明，如正 火後的平直度未控制在合理的範圍內，如平直度超差50%，後期矯直作業的時間將增加兩 倍，同時易導致接頭被矯直斷。通過根據本發明的焊後處理系統能夠將正火工序與矯直工 序有機結合(例如基於正火溫度和矯直容差來選擇合適的矯直量)，從而能夠實現高的焊 後處理質量並降低接頭被矯直斷的概率。根據本發明的一個優選實施例，所述焊後熱處理裝置包括焊後正火裝置，所述焊 後正火裝置包括用於加熱焊接接頭的對開式感應加熱線圈和用於打開和閉合該對開式感 應加熱線圈的線圈作動機構。根據該優選實施例，通過採用感應加熱的正火方式使得正火 的熱影響區較短，避免高溫失強區的過大，從而保證了正火後接頭的外觀，從而為後續矯直 作業打下平直度基礎。而且，由於本發明採用了對開式的感應加熱線圈，有效地解決了現有 技術中的套圈式感應加熱線圈不能用於現場的缺陷。根據本發明的一個特別優選的實施例，所述矯直裝置具有用於夾持在焊接接頭處 的第一夾持點、分別用於夾持在焊接接頭上下遊的第二和第三夾持點和可固定、豎直作動 和橫向作動所述夾持點中任一個的夾持作動機構。更優選地，所述作動機構包括用於豎直 作動所述夾持點的主液壓缸和用於橫向作動所述夾持點的副液壓缸。根據該實施例的矯直 裝置與現有技術相比可以進行上下左右的四向矯直處理，大幅度改善了接頭的平直度，尤 其是軌頂面的平直度。而且，根據本發明的矯直裝置與現有系統相比在防止接頭損壞甚至 斷裂，保證矯直質量和效果方面具有顯著的進步，這將在下文的具體實施方式
中描述。根據本發明另一優選實施例，所述動力源包括液壓泵站，且所述吊臂具有集成到 吊臂中並與所述液壓泵站相連的液壓管線和位於吊臂末端處用於與矯直裝置的液壓接口 相匹配的吊臂液壓接口。在一個非限制性的例子中，所述液壓管線例如設置在空心吊臂的 內腔中(或者該空心吊臂的內腔即作為液壓管線)，並且通往吊臂的遠端即末端處的液壓 接口，從而在進行矯直作業時能夠很方便地供應液壓流體而幾乎不受周圍的工作環境所局限，並且還具有非常緊湊的結構。根據本發明再一優選實施例，所述動力源包括發電機組，且所述吊臂具有安裝在 吊臂上並與發電機組連接的電線和位於吊臂末端處用於與所述焊後熱處理裝置和精整裝 置中至少一個電連通的接頭。通過使用將管線和接口集成在吊機的吊臂中可以實現本發明的系統的非常緊湊 的結構，並且帶有通用接口的不同型號的同一種處理裝置(例如焊後正火裝置、矯直裝置 和/或精整裝置)可被更換或更新而系統能夠繼續工作，這在節約成本和提高通用性方面 是特別有利的。根據本發明進一步特徵，所述精整裝置包括用於打磨焊接接頭處軌頭廓面的打磨 砂輪、驅動所述打磨砂輪轉動的電機、驅動所述打磨砂輪沿鋼軌縱嚮往復移動的第一步進 電動機、驅動所述打磨砂輪橫嚮往復移動的第二步進電動機、驅動所述打磨砂輪的進給的 第三步進電動機和用於控制所述打磨砂輪的進給量的控制器。根據本發明的精整裝置採用 了自動化及高精度的調節控制，尤其是能夠合適地控制進給量。優選地，矯直作業後要進行精整作業的接頭具有0. 5mm打磨深度限值和900mm的 打磨長度限值，以保證線路平順性。根據本發明另一優選實施例，該焊後處理系統還包括裝載貨櫃，其中焊後熱處 理裝置如焊後正火裝置、矯直裝置和外形精整裝置放置在該貨櫃的前部，中部放置吊機， 後部放置包括柴油機、發電機組和液壓泵站在內的動力源。這樣的整體布局兼顧使用方便 性，易於操作。本發明還提供一種根據本發明的焊後處理系統對線上鋼軌焊接接頭進行焊後處 理的方法，包括使所述焊後處理系統行走到距焊接接頭一定的距離處；通過吊機的吊臂 將所述焊後熱處理裝置吊到所述焊接接頭上方的一個位置處；用該焊後熱處理裝置熱處理 該焊接接頭；在熱處理後將其吊回到走形部底座上；通過吊臂將所述矯直裝置吊到所述焊 接接頭上方的一個位置處；用該矯直裝置矯直鋼軌；在矯直後將所述矯直裝置吊回到所述 底座上；通過吊臂將所述精整裝置吊到所述焊接接頭上方的一個位置處；用該精整裝置精 整鋼軌；和在精整後將所述精整裝置吊回到底座上。根據本發明一個優選實施例，矯直步驟包括夾持並固定焊接接頭處的第一位置； 夾持並固定焊接接頭上遊或下遊鋼軌上的第二位置；夾持焊接接頭下遊或上遊鋼軌上的第 三位置，其中所述第二位置和第三位置分別位於所述第一位置的兩側；和根據鋼軌的彎曲 來作動所述第三位置以在豎直和/或橫向方向矯直鋼軌。優選地，精整步驟包括驅動精整裝置的打磨砂輪旋轉並使其與焊接接頭處的軌 頭廓面接觸；作動該打磨砂輪沿鋼軌縱嚮往復運動；作動該打磨砂輪沿鋼軌橫嚮往復移 動；和控制打磨砂輪在豎向上的進給量。根據本發明的一個優選的實施例，所述行走步驟包括使走行部例如鐵路平板車被 推送至距離待處理接頭1. 5-4米的位置處停車並保持就位。由此本發明的有益效果包括相比現有分工序流動作業的線上鋼軌焊接接頭焊後 處理方法，使用本發明系統和方法能夠實現在線路上將鋼軌焊接接頭的焊後正火、矯直及 精整處理一機化、一次性完成，解決線上鋼軌焊接接頭焊後處理的多點施工問題，利用此方 法及裝置進行線上焊接接頭焊後處理可大幅度提高接頭焊後處理質量、降低施工成本、減少後勤供給壓力，提高施工效率。本發明所述線上鋼軌焊接接頭焊後處理系統和方法還能 夠提供各工序間能夠相互協調以提供更好的焊接接頭的焊後處理。


以下，結合附圖來詳細說明本發明的實施例，其中圖1示意性地示出了具有多個焊接接頭的鐵路線路；圖2以俯視圖形式示意性示出根據本發明的焊後處理系統；圖3以側視圖形式示意性示出根據本發明的焊後處理系統；圖4示出了現有矯直裝置的工作原理圖；圖5示出了根據本發明的矯直裝置的一個優選實施例的工作原理圖。圖中1貨櫃、2集成有發電機組的柴油機、3吊機、4液壓泵站、5感應正火裝置 控制器、6感應加熱正火裝置、7四向液壓矯直裝置、8精整裝置、9噴風用氣泵、10總控櫃、11 冷卻機組、12開合門；60面接觸夾具；61矯直力作用點；Fr矯直力；62第一夾持點；63第二 夾持點；64第三夾持點
具體實施例方式圖2和3示出了本發明的線上鋼軌焊接接頭焊後處理系統，其包括焊後熱處理裝 置(在此為感應加熱正火裝置6)、矯直裝置(在此為液壓作動的四向矯直裝置7)和精整裝 置8。具體參考圖2，該焊後處理系統還包括具有吊臂的吊機3，該吊臂能將焊後熱處理裝 置、矯直裝置和精整裝置中的任一個吊裝到所述焊接接頭上方的一個位置處，並能將其保 持在該位置。該焊後處理系統還包括動力源。儘管未示出，根據本發明的焊後處理系統還 包括能在所述鋼軌上行走的走行部，其中該走行部具有用於支撐所述焊後熱處理裝置、矯 直裝置、精整裝置8、吊機和該動力源的底座。該焊後處理系統的動力源包括用於給走形部 提供動力的柴油機、集成在該柴油機上的用於給焊後正火裝置和精整裝置提供電力的發電 機組和用於給矯直裝置提供液壓流體的液壓泵站4。人們還可以想到其它的用於給所述焊 後熱處理裝置、矯直裝置和精整裝置中至少一個提供動力的動力源。該焊後處理系統還包括裝載貨櫃1，上述的部件在不工作時大部分容納在該裝 載貨櫃1中。具體地參考圖2和3，該貨櫃前端設有可開合門12，在貨櫃的居中放置 有為整個系統提供電能和動力的集成有發電機組的柴油機2。貨櫃中部還裝有吊機3， 在吊機一側放置有液壓泵站4和感應正火裝置控制櫃5，貨櫃前部放置有感應加熱正火 裝置6、液壓作動式四向矯直裝置7和精整裝置8，在貨櫃1後部一個角處放置正火後噴 風用氣泵9，吊機3後側放置有用於對各部件及工藝過程進行控制的總控櫃10和冷卻機組 11。下面描述用根據本發明的焊後處理系統對線上鋼軌的焊接接頭進行焊後處理的 方法。根據本發明的焊後處理系統通過其走形部沿著箭頭50所述的施工方向在鋼軌上行 進並進行作業。如圖2、3所示的焊後處理系統被推送至待處理接頭A處1. 5-4米處停車並 就位；接下來打開開合門12 ；吊機3將感應加熱正火裝置6吊放至焊接接頭A上方的一個 位置並將感應加熱正火裝置6保持在該處，並且通過感應正火裝置的定位機構，將正火機 頭與鋼軌可靠固定，隨後通過線圈作動機構使得對開式感應加熱線圈閉合，在控制系統的控制下進行加熱，實現對線上鋼軌焊接接頭的感應正火處理，正火完成後對開式感應加熱 線圈被分開，鬆開正火機頭的定位機構，吊機將正火裝置吊回貨櫃1內。隨後吊機3類似 地將液壓作動式四向矯直裝置7吊放至焊接接頭A上的一個位置處，對鋼軌進行四向矯直， 並在矯直後通過吊機將矯直裝置收回至貨櫃內。其中該矯直裝置包括用於豎直作動所述 夾持點的主液壓缸和用於橫向作動所述夾持點的副液壓缸。根據本發明的矯直裝置的進一 步的結構和工作方式將參考圖4和5進行進一步詳述。隨後吊機3將精整裝置8吊放至焊 接接頭上一個位置處，並且對對鋼軌(尤其是軌頭廓面)精整。該精整裝置例如包括用於 打磨焊接接頭處的軌頭廓面的打磨砂輪、驅動所述打磨砂輪轉動的電機、驅動所述打磨砂 輪沿鋼軌縱嚮往復移動的第一步進電動機、驅動所述打磨砂輪橫嚮往復移動的第二步進電 動機、驅動所述打磨砂輪的進給的第三步進電動機和用於控制所述打磨砂輪的進給量的控 制器。由此該精整步驟例如包括驅動精整裝置的打磨砂輪旋轉並使其與焊接接頭處的軌頭 廓面接觸；作動該打磨砂輪沿鋼軌縱嚮往復運動；作動該打磨砂輪沿鋼軌橫嚮往復移動； 和控制打磨砂輪在豎向上的進給量來實現打磨以達到接頭平直度要求。隨後吊機3將精整 裝置8收回至貨櫃1內，完成一個接頭的焊後處理(即正火、矯直及精整處理)工作。使用本發明的焊後處理系統和方法對鋼軌焊接接頭進行焊後正火、矯直及精整處 理可大幅減少用工數量、降低工序複雜性，並且自動化程度高、人為因素少、效率高，有利於 提高鋼軌焊接接頭施工質量。以下繼續參考圖4和5，其中圖4示出了現有的矯直裝置的工作原理。在現有的矯 直裝置中具有用於夾持焊接接頭的一側鋼軌(上遊或下遊鋼軌)的面接觸夾具60、矯直力 作用點61和用於在該矯直力作用點61處施加矯直力&到鋼軌上的作動機構，其中該面接 觸夾具60和該矯直力作用點61分別施加在焊接接頭的兩側(在本文中的屬於「焊接接頭 的兩側」如非特殊說明是指焊接接頭的上下遊(或稱沿著縱向的前後側)，而非焊接接頭處 的鋼軌的橫向左右兩側)。當矯直時，矯直作動機構根據焊接接頭兩側的彎曲情況施加合適 的矯直力FJ在圖4中為圖面向上方向)到鋼軌上(注現有線上矯直裝置只能施加水平 力(橫向力)到鋼軌上，即只能矯正鋼軌的左右彎曲)。現參考圖5所示根據本發明的矯 直裝置的一個優選實施例的工作原理，該矯直裝置具有用於夾持在焊接接頭處的第一夾持 點62、夾持在焊接接頭上遊的第二夾持點63和夾持在焊接接頭下遊的第三夾持點64 (該 點是該矯直裝置的矯直力作用點)。該矯直裝置還具有矯直作動機構(未示出)。當矯直 時，矯直作動根據焊接接頭兩側的彎曲情況夾持並固定焊接接頭處的第一位置(第一夾持 點62處)、夾持並固定第一位置一側上(即焊接接頭上遊或下遊之一)的一個位置(例如 第二夾持點63夾持處的上遊的第二位置)、並且夾持並施加合適的矯直力FJ在圖5中為 圖面向上方向)到第一位置另一側上的鋼軌上(例如第三夾持點64處的第三位置)，其中 根據本發明矯直裝置能根據鋼軌彎曲情況施加橫向和/或豎直力到鋼軌上，從而矯正鋼軌 的上下左右四個方向的彎曲。根據本發明的優選的矯直裝置相比於現有技術具有顯著的改進。其中，現有技術 採用面接觸式夾具和一個施力點，從原理上說構成了懸臂梁形式，這容易對焊接接頭造成 損傷從而影響矯直效果和焊接接頭的質量；而本發明的優選矯直裝置具有三個夾持點，其 中兩個點固定(焊接接頭處的點必須固定)，另一個點作為施力點，這構成了簡支梁的形 式，通過這種設置能夠大大減少對焊接接頭的損傷且可具有更好的矯直效果。
7
在本發明中的術語「上遊」和「下遊」是以焊接接頭和焊後處理系統彼此之間的位 置關係確定，其中，焊接接頭的「上遊」指靠近焊後處理系統一側的延伸鋼軌，而「下遊」指 遠離焊後處理系統一側的延伸鋼軌。以上所述的實施例，只是本發明較優選的具體實施方式
的一種，本領域的技術人 員在本發明技術方案範圍內進行的通常變化和替換都應包含在本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種用於線上鋼軌焊接接頭的焊後處理系統，其特徵是，該焊後處理系統包括焊 後熱處理裝置；矯直裝置；精整裝置；能通過吊臂將該焊後熱處理裝置、該矯直裝置和該精 整裝置中的任一個吊裝到並保持在焊接接頭上方的一個位置處的吊機；用於給該焊後熱處 理裝置、該矯直裝置和該精整裝置中至少一個提供動力的動力源；能在該鋼軌上行走的走 行部，其中該走行部具有用於支撐該焊後熱處理裝置、該矯直裝置、該精整裝置、該吊機和 該動力源的底座。
2.根據權利要求1所述的焊後處理系統，其特徵是，該焊後熱處理裝置包括焊後正火 裝置，該焊後正火裝置包括用於加熱焊接接頭的對開式感應加熱線圈和用於打開和閉合該 對開式感應加熱線圈的線圈作動機構。
3.根據權利要求1或2所述的焊後處理系統，其特徵是，該矯直裝置具有用於夾持在焊 接接頭處的第一夾持點、分別用於夾持在該焊接接頭的上、下遊的第二和第三夾持點和可 固定、豎直作動和橫向作動這些夾持點中任一個的夾持作動機構。
4.根據權利要求3所述的焊後處理系統，其特徵是，該作動機構包括用於豎直作動該 夾持點的主液壓缸和用於橫向作動該夾持點的副液壓缸。
5.根據權利要求4所述的焊後處理系統，其特徵是，該動力源包括液壓泵站，該吊臂具 有集成到吊臂中並與該液壓泵站相連的液壓管線和位於吊臂末端處用於與該矯直裝置的 液壓接口相匹配的吊臂液壓接口。
6.根據權利要求1或2所述的焊後處理系統，其特徵是，該動力源包括發電機組，該吊 臂具有安裝在吊臂上並與該發電機組連接的電線和位於吊臂末端處用於與該焊後熱處理 裝置和/或該精整裝置導電連接的接頭。
7.根據權利要求1或2所述的焊後處理系統，其特徵是，該精整裝置包括用於打磨焊接 接頭處的軌頭廓面的打磨砂輪、驅動該打磨砂輪轉動的電動機、驅動該打磨砂輪沿鋼軌縱 嚮往復移動的第一步進電動機、驅動該打磨砂輪橫嚮往復移動的第二步進電動機、驅動該 打磨砂輪的進給的第三步進電動機和用於控制該打磨砂輪的進給量的控制器。
8.一種使用權利要求1-7之一所述的焊後處理系統對線上鋼軌焊接接頭進行焊後處 理的方法，包括使該焊後處理系統行走到距該焊接接頭一定的距離處；通過該吊機的吊 臂將該焊後熱處理裝置吊裝到該焊接接頭上方的一個位置處；用該焊後熱處理裝置熱處理 該焊接接頭；在熱處理後將該焊後熱處理裝置吊回到該走行部的底座上；通過該吊臂將該 矯直裝置吊到該焊接接頭上方的一個位置處；用該矯直裝置矯直鋼軌；在矯直後將該矯直 裝置吊回到該底座上；通過該吊臂將該精整裝置吊到該焊接接頭上方的一個位置處；用該 精整裝置精整鋼軌；在精整後將該精整裝置吊回到該底座上。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵是，該矯直步驟包括夾持並固定該焊接接頭處 的第一位置；夾持並固定該焊接接頭的上遊或下遊鋼軌上的第二位置；根據鋼軌的彎曲來 作動該焊接接頭的下遊或上遊鋼軌上的第三位置以在豎直方向和/或橫向方向矯直鋼軌， 其中該第二位置和該第三位置分別位於該第一位置的兩側。
10.根據權利要求8或9所述的方法，其特徵是，該精整步驟包括驅動該精整裝置的 打磨砂輪旋轉並使其與該焊接接頭處的軌頭廓面接觸；作動該打磨砂輪沿鋼軌縱嚮往復運 動；作動該打磨砂輪沿鋼軌橫嚮往復移動；控制打磨砂輪在豎向上的進給量。
全文摘要
本發明提供用於線上鋼軌焊接接頭的焊後處理系統，包括焊後熱處理裝置；矯直裝置；精整裝置；能通過吊臂將焊後熱處理裝置、矯直裝置和精整裝置中的任一個吊裝到並保持在焊接接頭上方的一個位置處的吊機；給焊後熱處理裝置、矯直裝置和精整裝置中的至少一個提供動力的動力源；能在該鋼軌上行走的走行部，該走行部具有用於支撐焊後熱處理裝置、矯直裝置、精整裝置、吊機和動力源的底座。此外，本發明還提供使上述焊後處理系統對線上鋼軌焊接接頭進行焊後處理的方法。
文檔編號E01B31/17GK102134822SQ201110038339
公開日2011年7月27日 申請日期2011年2月15日 優先權日2011年2月15日
發明者丁韋, 宋宏圖, 李力, 李振華, 王貴山, 高振坤, 高文會 申請人:中國鐵道科學研究院金屬及化學研究所, 常州華通焊絲有限公司