有軌電車用槽型鋼軌焊接接頭焊后矯直作業系統

劉勇，宋宏圖

(1．沈陽鐵路局，遼寧沈陽110001;2．中國鐵道科學研究院金屬及化學研究所，北京100081)

有軌電車用槽型鋼軌焊接接頭焊后矯直作業系統

劉勇1，宋宏圖2

(1．沈陽鐵路局，遼寧沈陽110001;2．中國鐵道科學研究院金屬及化學研究所，北京100081)

我國在現代有軌電車用槽型鋼軌焊接過程中創新地采用了移動閃光焊接，并發展出了多種成套的新裝備。但槽型鋼軌焊后出現了一定數量的彎曲接頭，需要在焊后處理時進行矯直。本文重點介紹了WJZ-1型有軌電車用槽形鋼軌焊接接頭焊后矯直作業系統的功能特點、工作原理、性能指標和主要結構，并介紹了其應用情況。

有軌電車;槽型鋼軌;閃光焊;熱處理;焊后矯直

截止2015年末，現代有軌電車在上海、天津、廣州、南京、沈陽、長春、大連、蘇州、淮安等城市相繼開通，總里程161 km，占城市軌道交通線路總長的4.5%，有軌電車的建設正處于快速發展階段。中國城市軌道交通協會調查表明，各地規劃的現代有軌電車2020年將達到約2 000 km，遠景規劃約8 000 km，在此巨大的建設規模下，需要配套的高效率、高質量的建設方式，提升我國現代有軌電車的整體水平。

1　槽型鋼軌焊接現狀

城市軌道交通用槽型鋼軌斷面較特殊，其焊接方式主要有閃光焊和鋁熱焊。通過這2種焊接方式焊接后的焊接接頭作為整個軌道結構的重要組成部分，一起隨鋼軌埋設于地面之下，槽型鋼軌軌面基本與地面平齊。焊接接頭歷來是整個焊接結構的薄弱環節，對無縫線路來說鋼軌焊接接頭也屬于最易出現問題的地方。區別于歐美各國，近年來我國在發展現代有軌電車的過程中創新性地采用了移動閃光焊作為有軌電車線路焊接的主要方式。目前在開通現代有軌電車的城市中，蘇州、廣州、武漢、北京、淮安、青島、南京均采用移動閃光焊作為線路的主要焊接手段，其線路質量和接頭服役狀態明顯優于采用鋁熱焊的幾條線路。

使用移動閃光焊進行軌道焊接主要分焊前準備、焊接和焊后處理3個過程。YHG-1200TH型槽型鋼軌閃光焊機的使用已基本保證了鋼軌焊接接頭的內在質量，但由于國內各大鋼廠槽型鋼軌生產經驗尚在積累過程中，槽型鋼軌獨特的斷面和標準要求的寬泛造成了其母材的軋制質量存在一定問題。這些問題造成焊后出現了一定數量的彎曲接頭，需要在焊后處理時進行矯直。傳統的矯直設備主要針對標準型鋼軌，無法對槽型鋼軌進行矯直，為此研發了WJZ-1型有軌電車用槽型鋼軌焊接接頭焊后矯直作業系統。

2　功能特點和工作原理

2.1功能特點

1)可對現場接頭進行矯直處理，適用范圍包括位于承軌槽外的待換長軌上的焊接接頭和已鋪設于線路上的各種焊接接頭。

2)使用矯直功能時，既可用于對新焊接頭進行矯直，又可用于對鋼軌硬彎進行矯直。

2.2工作原理

矯直設備整車采用工作艙式結構，作業時由軌道車等具有走行機構的鐵路工程用車牽引。矯直系統采用液壓矯直方式，使用壓力和位移作為聯合控制參量，達到精確控制的目標，解決現場對接頭上下、左右4向矯直的難題。矯直過程采用三點彎曲法進行矯直，以U形卡口將鋼軌進行固定，以彎曲最大點和其兩側各500 mm處構成矯直彎矩施加的3點，針對不同的接頭彎曲狀態，分別在垂向和橫向施加矯直力，通過控制矯直力和矯直位移，形成合適的塑性變形，從而達到矯直目的。

3　主要技術參數

WJZ-1型有軌電車用槽型軌焊接接頭焊后矯直作業系統主要技術參數見表1。

表1　系統主要技術參數

4　主要結構和系統組成

WJZ-1型有軌電車用槽型鋼軌焊接接頭焊后矯直作業系統(見圖1)安裝于艙室內，置于軌道平車上，由軌道車牽引，艙體通過集裝箱箱角與平車連接。矯直裝置可從平車一端伸出后進行作業。矯直艙分為工作艙和活動艙，工作時可將活動艙移到后部。系統包括矯直裝置、電氣系統、液壓系統、起重機、艙體、平車等，核心是矯直裝置和電氣系統。

圖1　系統主要結構示意

4.1矯直裝置

矯直裝置由雙臂起重機掛載置于鋼軌焊接接頭部位，通過施加水平或垂直方向的雙向壓力，即可完成4向矯直。在操作的時候，操作人員可以通過電子顯示屏控制壓力大小，矯直變形可以通過激光位移傳感器測量顯示其結果。

鋼軌矯直裝置由主梁與輔梁構成，主梁右端頂部是用于垂直方向加載的垂直油缸。在垂直油缸下面的活塞桿下部連接著垂直運動鋼軌卡具，垂直運動鋼軌卡具隨著活塞桿上下運動，帶動垂直運動鋼軌卡具及鋼軌上下彎曲。輔梁左端右面是用于水平方向加載的水平油缸。在水平油缸的活塞桿端部連接著水平運動鋼軌卡具，水平運動鋼軌卡具隨著活塞桿左右運動，帶動水平運動鋼軌卡具及鋼軌左右彎曲。以鋼軌焊接接頭垂直方向出現了低接頭為例，矯直時以一側支點和接頭部位為2個固定點，對垂直油缸進行正向加油，使得垂直油缸活塞桿向下運動，帶動另一側鋼軌向下彎曲，并產生塑形變形，實現矯直。施加荷載的大小根據所需彎曲變形的大小來決定，變形大則施加的壓力也大，變形小則施加的壓力也相對較小。矯直裝置主要結構見圖2。

圖2　矯直裝置主要結構示意

完成鋼軌固定后，對鋼軌平直度進行測量，并根據測量結果對鋼軌不平順部位進行反向彎曲。對于鋼軌水平方向的矯直也采用同樣的方法。矯直裝置的垂直和水平矯直最大行程為30 mm，其測量行程為±20 mm，測量精度為0.01 mm，可滿足平直度測量和矯直要求。矯直裝置機頭約1 t，尺寸為1 200 mm×700 mm× 900 mm，由雙臂起重機吊載。

4.2電氣系統

矯直裝置電氣控制系統框圖見圖3。電氣控制系統由電網或發電機提供的交流380～400 V三相電作為電源。該系統的電氣控制柜是配電和控制的核心，將電源經保護和控制后分配給各起重機油泵電動機、機頭油泵電動機、循環油泵電動機、冷卻風扇、液壓油加熱器、工控機和直流開關電源，又將24 V的DC電源提供給控制面板、信號采集和處理系統，并控制各個閥門線圈，同時接壓力傳感器、位移傳感器、壓差開關等元器件提供的信號。矯直裝置中的位移和壓力通過傳感器轉換為電信號后直接進入PLC的CJ1WAD081-V1模擬量采集模塊，再通過PLC的內部通訊轉存到特定的存儲區域，經CJ2M-CPU13模塊轉換成BCD編碼，最終通過PLC與工控機間的RS232串行通訊轉換成上位機軟件所需的數據格式，并顯示在界面中。液壓油溫度信號直接進入E5EZ型溫度控制器的溫度輸入通道，實現對液壓油溫度的監測。此處單獨形成一個閉環控制回路，不受其它控制回路的制約，能夠在停機狀態下單獨開啟油溫控制系統，從而以最少的電能消耗來實現液壓油溫度的維持。

圖3　電氣控制系統框圖

5　結語

針對有軌電車施工中的迫切需要，研制了WJZ-1型有軌電車用槽型鋼軌焊接接頭焊后矯直作業系統，力圖解決現場接頭的熱處理問題。經過現場使用證明，該系統完全達到了質量要求，作業效率和故障率均符合現場需要，成功地解決了有軌電車線路焊接接頭的矯直難題。

［1］李京增，李金華，李力，等．蘇州現代有軌電車槽型鋼軌移動閃光焊接質量控制［J］．鐵道建筑，2015(5):147-150．

［2］宋宏圖，丁韋，高振坤，等．鋼軌焊接接頭焊后熱處理、矯直及外形精整綜合系統研究［J］．中國鐵路，2012(10):51-53．

［3］詹新偉．33 kg/m槽型護軌的感應熱處理研究［J］．鐵道建筑，2016(2):139-141，145．

［4］王平，陳嶸，陳小平．高速鐵路道岔設計關鍵技術［J］．西南交通大學學報，2010(1):28-33．

［5］梁旭，周清躍，張銀花，等．高強耐磨熱軋合金護軌的研制［J］．鐵道建筑，2013(12):113-117．

(責任審編 周彥彥)

Post-weld Straightening Operation System for Groove Rail Welding Joints Used in Tramway

LIU Yong1，SONG Hongtu2
(1．Shenyang Railway Bureau，Shenyang Liaoning 110001，China;2．Metals and Chemistry Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

Mobile flash butt welding technology was used in groove rail welding process of modern tramway in China and multiple sets of new equipment were developed．There were a certain number of bending joints after groove rail welding，which should be straightened during post-weld heat treatment．Functional characteristics，working principle，performance index and main structure for post-weld straightening operation system of groove rail welding joints used in WJZ-1 tramway and its application were introduced in this paper．

Tramway;Groove rail;Flash butt welding;Heat treatment;Post-weld straightening

TG432

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2016．11．30

1003-1995(2016)11-0114-03

2016-07-08;

2016-08-10

中國鐵路總公司科技研究開發計劃(2016G004-G)

劉勇(1971—)，男，高級工程師，碩士。