专利名称：用于线上钢轨焊接接头的焊后处理系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于钢轨焊接接头尤其是线上钢轨焊接接头的焊后热处理系统 和方法。
背景技术：
随着我国铁路无缝线路技术的快速发展，钢轨焊接质量越来越受到重视，确保钢 轨焊接质量，不仅有利于铁路运输安全，也有利于提高列车运行速度。钢轨焊接接头主要分 为厂内焊接接头和线上现场焊接接头两种。对厂内焊接接头焊后处理，采用生产线作业方式，使焊后钢轨在输送架上移动，以 通过正火机、矫直机和精整机进行正火、矫直和精整。而对于线上现场焊接，由于钢轨已经铺设于线路上，故无法按照厂内焊接模式进 行焊后处理。因此，现阶段，我国铁路建设单位和工务养护单位进行现场接头的焊后处理 时，采用移动式流水作业，即正火工序完成并锁定扣件后，后续的矫直作业人员移动到该接 头处拆除扣件进行矫直，完成后锁定扣件，后续的外形精整人员移动到该接头处进行外形 精整，直至完成。参考图1示意性示出的具有多个焊接接头的铁路线路。典型的现有线上 焊接接头焊后正火、矫直及精整作业方法为沿着箭头50所示的施工方向进行作业，首先 正火作业组携带火焰正火机在接头A处对接头A进行正火处理，正火处理结束后携带火焰 正火机至接头B处对接头B进行正火处理，随后依次对接头C、D、E等接头进行处理；接头 A经正火处理后，矫直作业组携带矫直机在接头A处进行矫直处理，矫直处理结束后携带矫 直机等设备类似地依次在接头B、C、D、E处对这些接头进行矫直处理；接头A矫直后，接头 精整作业组携带仿形打磨机在接头A处进行精整处理，且类似地，在精整处理结束后携带 仿形打磨机至接头B、C、D、E处对这些接头依次进行精整处理。这种作业方法，人员设备需 不停地于较长一段线路内零散分布施工，人员数量大、作业效率低、安全性差。由于目前线上钢轨焊接接头的焊后处理受到现场的诸多限制，例如正火处理现场 无法提供足够大的电源而不得不采用火焰正火方式，而该方式的后勤保障要求高、质量稳 定性差、安全性差、设备可维护性差，工人劳动强度高。此外，现有线上焊接接头矫直处理采 用直尺塞尺式测量和弯轨器、起道机、千斤顶式矫直无法保证矫直精度。而且现有设备对线 上焊接接头的竖向弯曲没有可靠的矫直方式。目前线上接头精整处理采用直尺塞尺式测量 和仿形打磨、人工进给、人工推送、摆动的方式，这种方式质量影响因素多、受工人技术水平 制约大、设备可维护性差、精度低、工人劳动强度大。此外，现场使用的焊后处理装置均属于 轻型设备，质量控制能力差。而且，在现有的作业方法中，由于采用多组人员进行不同的工序作业，前后工序很难 相互协调，因此容易造成质量控制的断链且各个辉接接头的后处理效果或质量的一致性低。
发明内容
希望提供能够至少部分克服上述焊接接头焊后处理所出现的问题或者能对现有的线上钢轨焊接接头的焊后处理有所改进的系统和方法。因此，本发明提供一种用于线上钢轨焊接接头的焊后处理系统，其包括焊后热处 理装置；矫直装置；精整装置；能通过吊臂将所述焊后热处理装置、矫直装置和精整装置中 的任一个吊装到并保持在所述焊接接头上方的一个位置处的吊机；用于给所述焊后热处理 装置、矫直装置和精整装置中至少一个提供动力的动力源；和能在所述钢轨上行走的走行 部，其中该走行部具有用于支撑所述焊后热处理装置、矫直装置、精整装置、吊机和该动力 源的底座。根据本发明用于线上钢轨焊接接头的焊后处理系统实现了在线路上将钢轨焊接 接头的焊后热处理、矫直及接头精整处理一机化、一次性完成，解决线上钢轨焊接接头焊后 处理的多点施工问题，并显著地提高了焊后处理的效率。同时，通过吊机将处理装置吊装到 合适的位置，并且在处理过程中始终对处理装置提供吊载力，最大程度减少了各种处理装 置自重引起的焊接接头变形，保证了接头平直度质量。例如，在热处理如正火时，由于高温 接头强度低，正火装置的自重可能引起接头下沉，从而造成接头平直度、精度降低。在矫直 时，由于矫直装置的刚度需要，该装置自重较大，接近一吨，而此时接头属于未全部锁紧状 态，矫直装置压在钢轨接头处时，也将引起平直度的误差，继而造成接头矫直精度的误差， 影响矫直质量。接头精整作业时，为满足平直度0. 2mm的要求，其控制精度应在1 %毫米级， 此时外界对钢轨的扰动极易影响到精度，仍需要对精整装置加以吊装。而且研究表明，如正 火后的平直度未控制在合理的范围内，如平直度超差50%，后期矫直作业的时间将增加两 倍，同时易导致接头被矫直断。通过根据本发明的焊后处理系统能够将正火工序与矫直工 序有机结合(例如基于正火温度和矫直容差来选择合适的矫直量)，从而能够实现高的焊 后处理质量并降低接头被矫直断的概率。根据本发明的一个优选实施例，所述焊后热处理装置包括焊后正火装置，所述焊 后正火装置包括用于加热焊接接头的对开式感应加热线圈和用于打开和闭合该对开式感 应加热线圈的线圈作动机构。根据该优选实施例，通过采用感应加热的正火方式使得正火 的热影响区较短，避免高温失强区的过大，从而保证了正火后接头的外观，从而为后续矫直 作业打下平直度基础。而且，由于本发明采用了对开式的感应加热线圈，有效地解决了现有 技术中的套圈式感应加热线圈不能用于现场的缺陷。根据本发明的一个特别优选的实施例，所述矫直装置具有用于夹持在焊接接头处 的第一夹持点、分别用于夹持在焊接接头上下游的第二和第三夹持点和可固定、竖直作动 和横向作动所述夹持点中任一个的夹持作动机构。更优选地，所述作动机构包括用于竖直 作动所述夹持点的主液压缸和用于横向作动所述夹持点的副液压缸。根据该实施例的矫直 装置与现有技术相比可以进行上下左右的四向矫直处理，大幅度改善了接头的平直度，尤 其是轨顶面的平直度。而且，根据本发明的矫直装置与现有系统相比在防止接头损坏甚至 断裂，保证矫直质量和效果方面具有显著的进步，这将在下文的具体实施方式
中描述。根据本发明另一优选实施例，所述动力源包括液压泵站，且所述吊臂具有集成到 吊臂中并与所述液压泵站相连的液压管线和位于吊臂末端处用于与矫直装置的液压接口 相匹配的吊臂液压接口。在一个非限制性的例子中，所述液压管线例如设置在空心吊臂的 内腔中(或者该空心吊臂的内腔即作为液压管线)，并且通往吊臂的远端即末端处的液压 接口，从而在进行矫直作业时能够很方便地供应液压流体而几乎不受周围的工作环境所局限，并且还具有非常紧凑的结构。根据本发明再一优选实施例，所述动力源包括发电机组，且所述吊臂具有安装在 吊臂上并与发电机组连接的电线和位于吊臂末端处用于与所述焊后热处理装置和精整装 置中至少一个电连通的接头。通过使用将管线和接口集成在吊机的吊臂中可以实现本发明的系统的非常紧凑 的结构，并且带有通用接口的不同型号的同一种处理装置(例如焊后正火装置、矫直装置 和/或精整装置)可被更换或更新而系统能够继续工作，这在节约成本和提高通用性方面 是特别有利的。根据本发明进一步特征，所述精整装置包括用于打磨焊接接头处轨头廓面的打磨 砂轮、驱动所述打磨砂轮转动的电机、驱动所述打磨砂轮沿钢轨纵向往复移动的第一步进 电动机、驱动所述打磨砂轮横向往复移动的第二步进电动机、驱动所述打磨砂轮的进给的 第三步进电动机和用于控制所述打磨砂轮的进给量的控制器。根据本发明的精整装置采用 了自动化及高精度的调节控制，尤其是能够合适地控制进给量。优选地，矫直作业后要进行精整作业的接头具有0. 5mm打磨深度限值和900mm的 打磨长度限值，以保证线路平顺性。根据本发明另一优选实施例，该焊后处理系统还包括装载集装箱，其中焊后热处 理装置如焊后正火装置、矫直装置和外形精整装置放置在该集装箱的前部，中部放置吊机， 后部放置包括柴油机、发电机组和液压泵站在内的动力源。这样的整体布局兼顾使用方便 性，易于操作。本发明还提供一种根据本发明的焊后处理系统对线上钢轨焊接接头进行焊后处 理的方法，包括使所述焊后处理系统行走到距焊接接头一定的距离处；通过吊机的吊臂 将所述焊后热处理装置吊到所述焊接接头上方的一个位置处；用该焊后热处理装置热处理 该焊接接头；在热处理后将其吊回到走形部底座上；通过吊臂将所述矫直装置吊到所述焊 接接头上方的一个位置处；用该矫直装置矫直钢轨；在矫直后将所述矫直装置吊回到所述 底座上；通过吊臂将所述精整装置吊到所述焊接接头上方的一个位置处；用该精整装置精 整钢轨；和在精整后将所述精整装置吊回到底座上。根据本发明一个优选实施例，矫直步骤包括夹持并固定焊接接头处的第一位置； 夹持并固定焊接接头上游或下游钢轨上的第二位置；夹持焊接接头下游或上游钢轨上的第 三位置，其中所述第二位置和第三位置分别位于所述第一位置的两侧；和根据钢轨的弯曲 来作动所述第三位置以在竖直和/或横向方向矫直钢轨。优选地，精整步骤包括驱动精整装置的打磨砂轮旋转并使其与焊接接头处的轨 头廓面接触；作动该打磨砂轮沿钢轨纵向往复运动；作动该打磨砂轮沿钢轨横向往复移 动；和控制打磨砂轮在竖向上的进给量。根据本发明的一个优选的实施例，所述行走步骤包括使走行部例如铁路平板车被 推送至距离待处理接头1. 5-4米的位置处停车并保持就位。由此本发明的有益效果包括相比现有分工序流动作业的线上钢轨焊接接头焊后 处理方法，使用本发明系统和方法能够实现在线路上将钢轨焊接接头的焊后正火、矫直及 精整处理一机化、一次性完成，解决线上钢轨焊接接头焊后处理的多点施工问题，利用此方 法及装置进行线上焊接接头焊后处理可大幅度提高接头焊后处理质量、降低施工成本、减少后勤供给压力，提高施工效率。本发明所述线上钢轨焊接接头焊后处理系统和方法还能 够提供各工序间能够相互协调以提供更好的焊接接头的焊后处理。
以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中图1示意性地示出了具有多个焊接接头的铁路线路；图2以俯视图形式示意性示出根据本发明的焊后处理系统；图3以侧视图形式示意性示出根据本发明的焊后处理系统；图4示出了现有矫直装置的工作原理图；图5示出了根据本发明的矫直装置的一个优选实施例的工作原理图。图中1集装箱、2集成有发电机组的柴油机、3吊机、4液压泵站、5感应正火装置 控制器、6感应加热正火装置、7四向液压矫直装置、8精整装置、9喷风用气泵、10总控柜、11 冷却机组、12开合门；60面接触夹具；61矫直力作用点；Fr矫直力；62第一夹持点；63第二 夹持点；64第三夹持点
具体实施例方式图2和3示出了本发明的线上钢轨焊接接头焊后处理系统，其包括焊后热处理装 置(在此为感应加热正火装置6)、矫直装置(在此为液压作动的四向矫直装置7)和精整装 置8。具体参考图2，该焊后处理系统还包括具有吊臂的吊机3，该吊臂能将焊后热处理装 置、矫直装置和精整装置中的任一个吊装到所述焊接接头上方的一个位置处，并能将其保 持在该位置。该焊后处理系统还包括动力源。尽管未示出，根据本发明的焊后处理系统还 包括能在所述钢轨上行走的走行部，其中该走行部具有用于支撑所述焊后热处理装置、矫 直装置、精整装置8、吊机和该动力源的底座。该焊后处理系统的动力源包括用于给走形部 提供动力的柴油机、集成在该柴油机上的用于给焊后正火装置和精整装置提供电力的发电 机组和用于给矫直装置提供液压流体的液压泵站4。人们还可以想到其它的用于给所述焊 后热处理装置、矫直装置和精整装置中至少一个提供动力的动力源。该焊后处理系统还包括装载集装箱1，上述的部件在不工作时大部分容纳在该装 载集装箱1中。具体地参考图2和3，该集装箱前端设有可开合门12，在集装箱的居中放置 有为整个系统提供电能和动力的集成有发电机组的柴油机2。集装箱中部还装有吊机3， 在吊机一侧放置有液压泵站4和感应正火装置控制柜5，集装箱前部放置有感应加热正火 装置6、液压作动式四向矫直装置7和精整装置8，在集装箱1后部一个角处放置正火后喷 风用气泵9，吊机3后侧放置有用于对各部件及工艺过程进行控制的总控柜10和冷却机组 11。下面描述用根据本发明的焊后处理系统对线上钢轨的焊接接头进行焊后处理的 方法。根据本发明的焊后处理系统通过其走形部沿着箭头50所述的施工方向在钢轨上行 进并进行作业。如图2、3所示的焊后处理系统被推送至待处理接头A处1. 5-4米处停车并 就位；接下来打开开合门12 ；吊机3将感应加热正火装置6吊放至焊接接头A上方的一个 位置并将感应加热正火装置6保持在该处，并且通过感应正火装置的定位机构，将正火机 头与钢轨可靠固定，随后通过线圈作动机构使得对开式感应加热线圈闭合，在控制系统的控制下进行加热，实现对线上钢轨焊接接头的感应正火处理，正火完成后对开式感应加热 线圈被分开，松开正火机头的定位机构，吊机将正火装置吊回集装箱1内。随后吊机3类似 地将液压作动式四向矫直装置7吊放至焊接接头A上的一个位置处，对钢轨进行四向矫直， 并在矫直后通过吊机将矫直装置收回至集装箱内。其中该矫直装置包括用于竖直作动所述 夹持点的主液压缸和用于横向作动所述夹持点的副液压缸。根据本发明的矫直装置的进一 步的结构和工作方式将参考图4和5进行进一步详述。随后吊机3将精整装置8吊放至焊 接接头上一个位置处，并且对对钢轨(尤其是轨头廓面)精整。该精整装置例如包括用于 打磨焊接接头处的轨头廓面的打磨砂轮、驱动所述打磨砂轮转动的电机、驱动所述打磨砂 轮沿钢轨纵向往复移动的第一步进电动机、驱动所述打磨砂轮横向往复移动的第二步进电 动机、驱动所述打磨砂轮的进给的第三步进电动机和用于控制所述打磨砂轮的进给量的控 制器。由此该精整步骤例如包括驱动精整装置的打磨砂轮旋转并使其与焊接接头处的轨头 廓面接触；作动该打磨砂轮沿钢轨纵向往复运动；作动该打磨砂轮沿钢轨横向往复移动； 和控制打磨砂轮在竖向上的进给量来实现打磨以达到接头平直度要求。随后吊机3将精整 装置8收回至集装箱1内，完成一个接头的焊后处理(即正火、矫直及精整处理)工作。使用本发明的焊后处理系统和方法对钢轨焊接接头进行焊后正火、矫直及精整处 理可大幅减少用工数量、降低工序复杂性，并且自动化程度高、人为因素少、效率高，有利于 提高钢轨焊接接头施工质量。以下继续参考图4和5，其中图4示出了现有的矫直装置的工作原理。在现有的矫 直装置中具有用于夹持焊接接头的一侧钢轨(上游或下游钢轨)的面接触夹具60、矫直力 作用点61和用于在该矫直力作用点61处施加矫直力&到钢轨上的作动机构，其中该面接 触夹具60和该矫直力作用点61分别施加在焊接接头的两侧(在本文中的属于“焊接接头 的两侧”如非特殊说明是指焊接接头的上下游(或称沿着纵向的前后侧)，而非焊接接头处 的钢轨的横向左右两侧)。当矫直时，矫直作动机构根据焊接接头两侧的弯曲情况施加合适 的矫直力FJ在图4中为图面向上方向)到钢轨上(注现有线上矫直装置只能施加水平 力(横向力)到钢轨上，即只能矫正钢轨的左右弯曲)。现参考图5所示根据本发明的矫 直装置的一个优选实施例的工作原理，该矫直装置具有用于夹持在焊接接头处的第一夹持 点62、夹持在焊接接头上游的第二夹持点63和夹持在焊接接头下游的第三夹持点64 (该 点是该矫直装置的矫直力作用点)。该矫直装置还具有矫直作动机构(未示出)。当矫直 时，矫直作动根据焊接接头两侧的弯曲情况夹持并固定焊接接头处的第一位置(第一夹持 点62处)、夹持并固定第一位置一侧上(即焊接接头上游或下游之一)的一个位置(例如 第二夹持点63夹持处的上游的第二位置)、并且夹持并施加合适的矫直力FJ在图5中为 图面向上方向)到第一位置另一侧上的钢轨上(例如第三夹持点64处的第三位置)，其中 根据本发明矫直装置能根据钢轨弯曲情况施加横向和/或竖直力到钢轨上，从而矫正钢轨 的上下左右四个方向的弯曲。根据本发明的优选的矫直装置相比于现有技术具有显著的改进。其中，现有技术 采用面接触式夹具和一个施力点，从原理上说构成了悬臂梁形式，这容易对焊接接头造成 损伤从而影响矫直效果和焊接接头的质量；而本发明的优选矫直装置具有三个夹持点，其 中两个点固定(焊接接头处的点必须固定)，另一个点作为施力点，这构成了简支梁的形 式，通过这种设置能够大大减少对焊接接头的损伤且可具有更好的矫直效果。
7
在本发明中的术语“上游”和“下游”是以焊接接头和焊后处理系统彼此之间的位 置关系确定，其中，焊接接头的“上游”指靠近焊后处理系统一侧的延伸钢轨，而“下游”指 远离焊后处理系统一侧的延伸钢轨。以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式
的一种，本领域的技术人 员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种用于线上钢轨焊接接头的焊后处理系统，其特征是，该焊后处理系统包括焊 后热处理装置；矫直装置；精整装置；能通过吊臂将该焊后热处理装置、该矫直装置和该精 整装置中的任一个吊装到并保持在焊接接头上方的一个位置处的吊机；用于给该焊后热处 理装置、该矫直装置和该精整装置中至少一个提供动力的动力源；能在该钢轨上行走的走 行部，其中该走行部具有用于支撑该焊后热处理装置、该矫直装置、该精整装置、该吊机和 该动力源的底座。
2.根据权利要求1所述的焊后处理系统，其特征是，该焊后热处理装置包括焊后正火 装置，该焊后正火装置包括用于加热焊接接头的对开式感应加热线圈和用于打开和闭合该 对开式感应加热线圈的线圈作动机构。
3.根据权利要求1或2所述的焊后处理系统，其特征是，该矫直装置具有用于夹持在焊 接接头处的第一夹持点、分别用于夹持在该焊接接头的上、下游的第二和第三夹持点和可 固定、竖直作动和横向作动这些夹持点中任一个的夹持作动机构。
4.根据权利要求3所述的焊后处理系统，其特征是，该作动机构包括用于竖直作动该 夹持点的主液压缸和用于横向作动该夹持点的副液压缸。
5.根据权利要求4所述的焊后处理系统，其特征是，该动力源包括液压泵站，该吊臂具 有集成到吊臂中并与该液压泵站相连的液压管线和位于吊臂末端处用于与该矫直装置的 液压接口相匹配的吊臂液压接口。
6.根据权利要求1或2所述的焊后处理系统，其特征是，该动力源包括发电机组，该吊 臂具有安装在吊臂上并与该发电机组连接的电线和位于吊臂末端处用于与该焊后热处理 装置和/或该精整装置导电连接的接头。
7.根据权利要求1或2所述的焊后处理系统，其特征是，该精整装置包括用于打磨焊接 接头处的轨头廓面的打磨砂轮、驱动该打磨砂轮转动的电动机、驱动该打磨砂轮沿钢轨纵 向往复移动的第一步进电动机、驱动该打磨砂轮横向往复移动的第二步进电动机、驱动该 打磨砂轮的进给的第三步进电动机和用于控制该打磨砂轮的进给量的控制器。
8.一种使用权利要求1-7之一所述的焊后处理系统对线上钢轨焊接接头进行焊后处 理的方法，包括使该焊后处理系统行走到距该焊接接头一定的距离处；通过该吊机的吊 臂将该焊后热处理装置吊装到该焊接接头上方的一个位置处；用该焊后热处理装置热处理 该焊接接头；在热处理后将该焊后热处理装置吊回到该走行部的底座上；通过该吊臂将该 矫直装置吊到该焊接接头上方的一个位置处；用该矫直装置矫直钢轨；在矫直后将该矫直 装置吊回到该底座上；通过该吊臂将该精整装置吊到该焊接接头上方的一个位置处；用该 精整装置精整钢轨；在精整后将该精整装置吊回到该底座上。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征是，该矫直步骤包括夹持并固定该焊接接头处 的第一位置；夹持并固定该焊接接头的上游或下游钢轨上的第二位置；根据钢轨的弯曲来 作动该焊接接头的下游或上游钢轨上的第三位置以在竖直方向和/或横向方向矫直钢轨， 其中该第二位置和该第三位置分别位于该第一位置的两侧。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征是，该精整步骤包括驱动该精整装置的 打磨砂轮旋转并使其与该焊接接头处的轨头廓面接触；作动该打磨砂轮沿钢轨纵向往复运 动；作动该打磨砂轮沿钢轨横向往复移动；控制打磨砂轮在竖向上的进给量。
全文摘要
本发明提供用于线上钢轨焊接接头的焊后处理系统，包括焊后热处理装置；矫直装置；精整装置；能通过吊臂将焊后热处理装置、矫直装置和精整装置中的任一个吊装到并保持在焊接接头上方的一个位置处的吊机；给焊后热处理装置、矫直装置和精整装置中的至少一个提供动力的动力源；能在该钢轨上行走的走行部，该走行部具有用于支撑焊后热处理装置、矫直装置、精整装置、吊机和动力源的底座。此外，本发明还提供使上述焊后处理系统对线上钢轨焊接接头进行焊后处理的方法。
文档编号E01B31/17GK102134822SQ201110038339
公开日2011年7月27日 申请日期2011年2月15日 优先权日2011年2月15日
发明者丁韦, 宋宏图, 李力, 李振华, 王贵山, 高振坤, 高文会 申请人:中国铁道科学研究院金属及化学研究所, 常州华通焊丝有限公司