LR1200-PROFILE焊軌車的研制

曹志國，馬再敏，陳 建

(南車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司，江蘇 常州 213011)

0 前言

近年來一種新型的有軌電車逐漸在各大城市推廣使用，有軌電車是一種介于常規(guī)公交和輕軌之間的中低運量的軌道交通系統(tǒng)，它更適合大城市與周邊城鎮(zhèn)的連接，使中小型城市交通得到有效發(fā)展。目前我國有13個城市規(guī)劃線路74條，規(guī)劃里程1 066 km，隨著現(xiàn)代有軌電車線路進入大規(guī)模建設和規(guī)劃不斷上調(diào)，我國有軌電車行業(yè)將進入快速發(fā)展期，行業(yè)未來潛力巨大。

目前，有軌電車線路槽型軌焊接主要以焊條電弧焊、鋁熱焊為主，對操作人員的技術要求較高，焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性與焊工素質(zhì)及焊接工況緊密相關，焊接質(zhì)量受人為因素和周邊環(huán)境影響較大［1］。利用鋼軌移動閃光焊技術焊接槽型軌具有快速、清潔、節(jié)能、易于實現(xiàn)自動化、生產(chǎn)效率高、作業(yè)質(zhì)量穩(wěn)定等特點。目前我國槽型軌移動閃光焊設備尚屬空白，因此，加快具有自主知識產(chǎn)權的槽型軌移動閃光接觸焊焊軌車的開發(fā)對保證槽型軌焊接接頭質(zhì)量具有重要意義。同時對推動及槽型軌焊接技術與設備的發(fā)展，提升我國鐵路裝備制造技術水平和鐵路裝備產(chǎn)業(yè)在國際上的競爭能力，為中國城市化建設提供強有力的技術保障和支持。

1 總體設計

該焊軌車主要由槽型軌焊機、柴油發(fā)電機組、雙臂起重機、設備艙、動力艙和專用運載平車組成，總體設計布置如圖1所示。整車采用在非標的平板車上裝載設備艙和動力艙式結構［2］。

焊接設備艙內(nèi)裝有焊機機頭、電控柜、變壓器、焊機液壓泵站、吊機泵站、冷水機組、焊接管理系統(tǒng)以及雙臂起重機、空調(diào)。動力艙內(nèi)裝有一套大功率的帶底座燃油油箱的專用柴油發(fā)電機組。

圖1 槽型焊軌車總體布置

2 主要技術參數(shù)及要求

槽型焊軌車主要性能和參數(shù)如表1所示。

3 性能特點

(1)在有軌電車線路建設使用的鋼軌軌道選用槽型鋼軌，界面形狀如圖2所示，槽型鋼軌與普通鋼軌相比，具有軌頂寬度大、軌底厚度薄、截面不對稱等特點。根據(jù)槽型鋼軌截面形狀設計鉗口、定位、推瘤及夾緊裝置，保證整個焊接過程的對位、裝夾、焊接、推瘤能順利完成，施工人員操作簡單易行。

(2)柴油發(fā)電機組采用專用設計，滿足焊接時需缺相焊接的特殊工況，減少燃料的損耗和環(huán)境污染。

(3)采用計算機控制技術，可實現(xiàn)整個焊接過程的自動化控制，最大程度地減少人員、環(huán)境因素影響，保證焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性。

(4)焊接管理系統(tǒng)可采集、記錄焊接過程的各種參數(shù)信號，并實時顯示電壓、電流、位移等相關數(shù)據(jù)，最后通過這些參數(shù)對焊接質(zhì)量做出評判。管理系統(tǒng)能保存記錄的數(shù)據(jù)，可以外接打印設備進行數(shù)據(jù)報表打印。

表1 槽型焊軌車主要性能和參數(shù)

(5)工藝參數(shù)設定、保存、調(diào)用功能:具有最少可保存10套參數(shù)的能力。

(6)整體設計上滿足城軌線路小轉彎半徑的要求，整車布置結構緊湊。

圖2 鋼軌截面形狀

4 關鍵設備的設計和選型

4.1 焊軌機頭

LR1200－PROFILE焊機機頭為槽型焊軌車的工作裝置，是整個焊軌車的核心部件之一。與常用的60 kg/m、75 kg/m鋼軌相比，槽型軌結構復雜且左右不對稱，軌頭在寬度方向的尺寸大。目前市場上主流的焊軌機頭并不適用于槽型軌的焊接。

針對槽型軌的結構特點，新的焊機機頭與現(xiàn)有的焊機機頭相比，其特點有:

(1)定位與夾緊裝置設計滿足槽型軌左右結構不對稱、軌頭尺寸大的特點，使其在焊接時焊機不需轉向即可焊接左右股鋼軌。

(2)推瘤方式的設計提供了較大的推瘤力，可以輕松地進行推瘤作業(yè)。

(3)推瘤刀設計。在能順利完成推瘤作業(yè)的情況下，操作簡單。

(4)采用模塊化設計，在更換相應的部件后，能滿足其他軌型的鋼軌焊接。

4.2 柴油發(fā)電機組

采用一臺額定功率448 kW柴油機作為原動力，拖動一臺額定400 kW專用發(fā)電機，輸出額定電流可達到1 280 A，作為焊接用。

此柴油發(fā)電機組針對交流焊接時需采用缺相焊接的特殊工況采用專用設計，與通用的柴油發(fā)電機組相比:

(1)動力不減，成功地避免了缺相使用的不理想使用方式。

(2)機組可將整個機組效率由60%提高到90%，利用率提高了30%。

(3)大大改善了柴油機的工況。通用機組柴油機已達到了滿功率，因此黑煙重、機組振動大。柴油機最佳工作狀況一般為80%負載率，此時最省油，燃燒更充分，黑煙少，工作更平穩(wěn)，磨損最小，壽命最長，但隨著使用年限的增加，動力會衰減，因此有足夠的富余動力非常必要，專用機組恰好解決了這個問題。

(4)發(fā)電機性能更佳。通用機組在焊接時，額定電流不足900 A，已滿載運行甚至短時超載。電機嚴重三相不平衡，功率因數(shù)低，損耗大，溫升高、在惡劣的環(huán)境下電機長期工作，使用壽命縮短，甚至容易燒毀電機繞組。而專用機組的額定電流已達到1 280 A，最大電流可達到1 400 A。一般采用交流焊接技術室，焊接過程中最大電流為1 250 A，因此工作將非常穩(wěn)定。

(5)確保焊接質(zhì)量。專用機組保證了柴油機的工況，其頻率、波動率非常小，電機效率高、額定電流大，因此電壓波動率將非常小，在焊接時不斷變化電流的沖擊下電壓也會非常穩(wěn)定，而穩(wěn)定良好的電源質(zhì)量將能確保焊接質(zhì)量。

此類型柴油發(fā)電機組為國內(nèi)首次在焊軌車上應用。

4.3 整車艙體

焊軌車艙體作為整車各部件的承載體，按照功能分為焊接工作艙和焊接動力艙。焊接工作艙又分為吊機間、控制間及泵站間，如圖1所示。吊機間安裝有雙臂起重機及焊軌機頭;控制間包括電氣控制系統(tǒng)、焊接管理系統(tǒng)、自耦變壓器以及空調(diào)(為電氣控制系統(tǒng)及管理系統(tǒng)提供良好的工作環(huán)境);泵站間安裝有吊機泵站、綜合泵站及冷水機。艙體的隔墻及間壁內(nèi)部均填有防火、保溫材料。焊接動力艙用于安裝柴油發(fā)電機組。整個動力艙分為兩間，前面一間安裝柴油發(fā)電機組，后面一間用于柴油發(fā)電機組的排風，通過將柴油發(fā)電機組的排風與進風隔開來降低噪聲。與工作艙相同，動力艙墻體內(nèi)部裝有防火、隔熱海綿，目的主要是降低柴油發(fā)電機組工作時的噪聲［3］。

兩個艙體整體尺寸上基本一致，與平板車的安裝接口相同，目的是便于在平板車上進行前后互換。艙罩限界符合地鐵CJJ96－2003要求。

4.4 雙臂吊機

槽型焊軌車的吊機采用特制的雙臂吊機，其結構形式滿足鐵道部相關的技術要求，同時焊機懸掛系統(tǒng)是一特制的雙臂起重機，安裝在焊機艙的前部，工作原理是:焊接施工前通過液壓變幅、伸縮機構將焊機機頭從基座放到待焊的鋼軌軌縫上，并通過雙臂起重機的伸縮、回轉實現(xiàn)鋼軌的對縫。收工時通過變幅、伸縮將焊機機頭從軌枕上收回到基座上，這時焊機正好包含在懸掛裝置中間，兩者所占的體積最小。起重機主要組成部分為吊臂、轉臺、回轉機構、變幅油缸、伸縮油缸、控制箱、吊具等。

起重機的液壓動力來自于獨立的液壓泵站，隔絕了對焊機液壓系統(tǒng)的污染。起重機的控制系統(tǒng)設置為兩套，一套無線遙控是常用方式，一套手動控制作為應急備用，在無線遙控失靈的情況下使用，兩套控制裝置互相獨立。

5 使用情況

為驗證LR1200－PROFILE焊軌車整體設計和使用性能，按照相關規(guī)定和要求進行了鋼軌焊接試驗，經(jīng)鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢驗，落錘、靜彎、斷口、疲勞、拉伸、沖擊、硬度及顯微組織等各項技術指標均符合城市軌道用槽型鋼軌閃光焊接暫行技術條件(草案)的要求。

目前，此焊軌車已在蘇州城軌項目上進行了應用，經(jīng)過用戶單位的現(xiàn)場使用表明，該鋼軌接觸焊作業(yè)車設計合理，各種設備運行正常，能夠滿足鋼軌現(xiàn)場焊接的要求，具有操作簡單、焊接質(zhì)量高、焊接效率高的特點。

［1］TB/T 1632.2－2005.鋼軌焊接第二部分:閃光焊接［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［2］殷 訊，王武建，朱 麗，等.NX70型平車(焊軌用)的研制［J］.鐵道車輛.2011(2):17 －19.

［3］張學飛，陸 興.專用焊軌集裝箱平車簡介［J］.鐵道車輛，2006(2):25－26.