曹志國(guó)，馬再敏，陳 建

(南車(chē)戚墅堰機(jī)車(chē)車(chē)輛工藝研究所有限公司，江蘇 常州 213011)

0 前言

近年來(lái)一種新型的有軌電車(chē)逐漸在各大城市推廣使用，有軌電車(chē)是一種介于常規(guī)公交和輕軌之間的中低運(yùn)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(guó)有13個(gè)城市規(guī)劃線(xiàn)路74條，規(guī)劃里程1 066 km，隨著現(xiàn)代有軌電車(chē)線(xiàn)路進(jìn)入大規(guī)模建設(shè)和規(guī)劃不斷上調(diào)，我國(guó)有軌電車(chē)行業(yè)將進(jìn)入快速發(fā)展期，行業(yè)未來(lái)潛力巨大。

目前，有軌電車(chē)線(xiàn)路槽型軌焊接主要以焊條電弧焊、鋁熱焊為主，對(duì)操作人員的技術(shù)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(guān)，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(dòng)閃光焊技術(shù)焊接槽型軌具有快速、清潔、節(jié)能、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、生產(chǎn)效率高、作業(yè)質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn)。目前我國(guó)槽型軌移動(dòng)閃光焊設(shè)備尚屬空白，因此，加快具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的槽型軌移動(dòng)閃光接觸焊焊軌車(chē)的開(kāi)發(fā)對(duì)保證槽型軌焊接接頭質(zhì)量具有重要意義。同時(shí)對(duì)推動(dòng)及槽型軌焊接技術(shù)與設(shè)備的發(fā)展，提升我國(guó)鐵路裝備制造技術(shù)水平和鐵路裝備產(chǎn)業(yè)在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)能力，為中國(guó)城市化建設(shè)提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障和支持。

1 總體設(shè)計(jì)

該焊軌車(chē)主要由槽型軌焊機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)組、雙臂起重機(jī)、設(shè)備艙、動(dòng)力艙和專(zhuān)用運(yùn)載平車(chē)組成，總體設(shè)計(jì)布置如圖1所示。整車(chē)采用在非標(biāo)的平板車(chē)上裝載設(shè)備艙和動(dòng)力艙式結(jié)構(gòu)［2］。

焊接設(shè)備艙內(nèi)裝有焊機(jī)機(jī)頭、電控柜、變壓器、焊機(jī)液壓泵站、吊機(jī)泵站、冷水機(jī)組、焊接管理系統(tǒng)以及雙臂起重機(jī)、空調(diào)。動(dòng)力艙內(nèi)裝有一套大功率的帶底座燃油油箱的專(zhuān)用柴油發(fā)電機(jī)組。

圖1 槽型焊軌車(chē)總體布置

2 主要技術(shù)參數(shù)及要求

槽型焊軌車(chē)主要性能和參數(shù)如表1所示。

3 性能特點(diǎn)

(1)在有軌電車(chē)線(xiàn)路建設(shè)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(duì)稱(chēng)等特點(diǎn)。根據(jù)槽型鋼軌截面形狀設(shè)計(jì)鉗口、定位、推瘤及夾緊裝置，保證整個(gè)焊接過(guò)程的對(duì)位、裝夾、焊接、推瘤能順利完成，施工人員操作簡(jiǎn)單易行。

(2)柴油發(fā)電機(jī)組采用專(zhuān)用設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足焊接時(shí)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(jì)算機(jī)控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)整個(gè)焊接過(guò)程的自動(dòng)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(guò)程的各種參數(shù)信號(hào)，并實(shí)時(shí)顯示電壓、電流、位移等相關(guān)數(shù)據(jù)，最后通過(guò)這些參數(shù)對(duì)焊接質(zhì)量做出評(píng)判。管理系統(tǒng)能保存記錄的數(shù)據(jù)，可以外接打印設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)表打印。

表1 槽型焊軌車(chē)主要性能和參數(shù)

(5)工藝參數(shù)設(shè)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(shè)計(jì)上滿(mǎn)足城軌線(xiàn)路小轉(zhuǎn)彎半徑的要求，整車(chē)布置結(jié)構(gòu)緊湊。

圖2 鋼軌截面形狀

4 關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計(jì)和選型

4.1 焊軌機(jī)頭

LR1200－PROFILE焊機(jī)機(jī)頭為槽型焊軌車(chē)的工作裝置，是整個(gè)焊軌車(chē)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(jié)構(gòu)復(fù)雜且左右不對(duì)稱(chēng)，軌頭在寬度方向的尺寸大。目前市場(chǎng)上主流的焊軌機(jī)頭并不適用于槽型軌的焊接。

針對(duì)槽型軌的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，新的焊機(jī)機(jī)頭與現(xiàn)有的焊機(jī)機(jī)頭相比，其特點(diǎn)有:

(1)定位與夾緊裝置設(shè)計(jì)滿(mǎn)足槽型軌左右結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)、軌頭尺寸大的特點(diǎn)，使其在焊接時(shí)焊機(jī)不需轉(zhuǎn)向即可焊接左右股鋼軌。

(2)推瘤方式的設(shè)計(jì)提供了較大的推瘤力，可以輕松地進(jìn)行推瘤作業(yè)。

(3)推瘤刀設(shè)計(jì)。在能順利完成推瘤作業(yè)的情況下，操作簡(jiǎn)單。

(4)采用模塊化設(shè)計(jì)，在更換相應(yīng)的部件后，能滿(mǎn)足其他軌型的鋼軌焊接。

4.2 柴油發(fā)電機(jī)組

采用一臺(tái)額定功率448 kW柴油機(jī)作為原動(dòng)力，拖動(dòng)一臺(tái)額定400 kW專(zhuān)用發(fā)電機(jī)，輸出額定電流可達(dá)到1 280 A，作為焊接用。

此柴油發(fā)電機(jī)組針對(duì)交流焊接時(shí)需采用缺相焊接的特殊工況采用專(zhuān)用設(shè)計(jì)，與通用的柴油發(fā)電機(jī)組相比:

(1)動(dòng)力不減，成功地避免了缺相使用的不理想使用方式。

(2)機(jī)組可將整個(gè)機(jī)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(jī)的工況。通用機(jī)組柴油機(jī)已達(dá)到了滿(mǎn)功率，因此黑煙重、機(jī)組振動(dòng)大。柴油機(jī)最佳工作狀況一般為80%負(fù)載率，此時(shí)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(zhǎng)，但隨著使用年限的增加，動(dòng)力會(huì)衰減，因此有足夠的富余動(dòng)力非常必要，專(zhuān)用機(jī)組恰好解決了這個(gè)問(wèn)題。

(4)發(fā)電機(jī)性能更佳。通用機(jī)組在焊接時(shí)，額定電流不足900 A，已滿(mǎn)載運(yùn)行甚至短時(shí)超載。電機(jī)嚴(yán)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(jī)長(zhǎng)期工作，使用壽命縮短，甚至容易燒毀電機(jī)繞組。而專(zhuān)用機(jī)組的額定電流已達(dá)到1 280 A，最大電流可達(dá)到1 400 A。一般采用交流焊接技術(shù)室，焊接過(guò)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(zhuān)用機(jī)組保證了柴油機(jī)的工況，其頻率、波動(dòng)率非常小，電機(jī)效率高、額定電流大，因此電壓波動(dòng)率將非常小，在焊接時(shí)不斷變化電流的沖擊下電壓也會(huì)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(lèi)型柴油發(fā)電機(jī)組為國(guó)內(nèi)首次在焊軌車(chē)上應(yīng)用。

4.3 整車(chē)艙體

焊軌車(chē)艙體作為整車(chē)各部件的承載體，按照功能分為焊接工作艙和焊接動(dòng)力艙。焊接工作艙又分為吊機(jī)間、控制間及泵站間，如圖1所示。吊機(jī)間安裝有雙臂起重機(jī)及焊軌機(jī)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(jī)泵站、綜合泵站及冷水機(jī)。艙體的隔墻及間壁內(nèi)部均填有防火、保溫材料。焊接動(dòng)力艙用于安裝柴油發(fā)電機(jī)組。整個(gè)動(dòng)力艙分為兩間，前面一間安裝柴油發(fā)電機(jī)組，后面一間用于柴油發(fā)電機(jī)組的排風(fēng)，通過(guò)將柴油發(fā)電機(jī)組的排風(fēng)與進(jìn)風(fēng)隔開(kāi)來(lái)降低噪聲。與工作艙相同，動(dòng)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(jī)組工作時(shí)的噪聲［3］。

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

4.4 雙臂吊機(jī)

槽型焊軌車(chē)的吊機(jī)采用特制的雙臂吊機(jī)，其結(jié)構(gòu)形式滿(mǎn)足鐵道部相關(guān)的技術(shù)要求，同時(shí)焊機(jī)懸掛系統(tǒng)是一特制的雙臂起重機(jī)，安裝在焊機(jī)艙的前部，工作原理是:焊接施工前通過(guò)液壓變幅、伸縮機(jī)構(gòu)將焊機(jī)機(jī)頭從基座放到待焊的鋼軌軌縫上，并通過(guò)雙臂起重機(jī)的伸縮、回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)鋼軌的對(duì)縫。收工時(shí)通過(guò)變幅、伸縮將焊機(jī)機(jī)頭從軌枕上收回到基座上，這時(shí)焊機(jī)正好包含在懸掛裝置中間，兩者所占的體積最小。起重機(jī)主要組成部分為吊臂、轉(zhuǎn)臺(tái)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、變幅油缸、伸縮油缸、控制箱、吊具等。

起重機(jī)的液壓動(dòng)力來(lái)自于獨(dú)立的液壓泵站，隔絕了對(duì)焊機(jī)液壓系統(tǒng)的污染。起重機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)置為兩套，一套無(wú)線(xiàn)遙控是常用方式，一套手動(dòng)控制作為應(yīng)急備用，在無(wú)線(xiàn)遙控失靈的情況下使用，兩套控制裝置互相獨(dú)立。

5 使用情況

為驗(yàn)證LR1200－PROFILE焊軌車(chē)整體設(shè)計(jì)和使用性能，按照相關(guān)規(guī)定和要求進(jìn)行了鋼軌焊接試驗(yàn)，經(jīng)鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢驗(yàn)，落錘、靜彎、斷口、疲勞、拉伸、沖擊、硬度及顯微組織等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合城市軌道用槽型鋼軌閃光焊接暫行技術(shù)條件(草案)的要求。

目前，此焊軌車(chē)已在蘇州城軌項(xiàng)目上進(jìn)行了應(yīng)用，經(jīng)過(guò)用戶(hù)單位的現(xiàn)場(chǎng)使用表明，該鋼軌接觸焊作業(yè)車(chē)設(shè)計(jì)合理，各種設(shè)備運(yùn)行正常，能夠滿(mǎn)足鋼軌現(xiàn)場(chǎng)焊接的要求，具有操作簡(jiǎn)單、焊接質(zhì)量高、焊接效率高的特點(diǎn)。

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

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

［3］張學(xué)飛，陸 興.專(zhuān)用焊軌集裝箱平車(chē)簡(jiǎn)介［J］.鐵道車(chē)輛，2006(2):25－26.