CN107552935B - 一种固定式钢轨闪光焊接自动对中及测量装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种固定式钢轨闪光焊接自动对中及测量装置，包括钢轨焊前位置测量机构(1)、垂直对中机械部件及绝对位置测量机构(2)、水平对中机械部件及绝对位置测量机构(3)、液压执行机构(4)、电气控制***(5)和数据管理计算机(6)。固定式钢轨闪光焊接自动对中及测量装置通过采用多组位移传感器确定对中臂和钢轨实际位置的量化数据，可完成双向工作边、轨顶面对中情况及焊前接头起拱量的监测，有效解决了机械磨损、粘连焊渣带来的对中误差；通过闭环控制回路和比例液压回路，可实现高效、准确的自动对中工作；通过上位机软件可采集焊前对中数据，实现自动测量和记录，为后期工艺改进、问题分析和设备状态判定等情况提供数据依据。

Description

一种固定式钢轨闪光焊接自动对中及测量装置

技术领域

本发明涉及铁路行业中钢轨焊接领域，尤其是安装在固定式钢轨闪光焊机中的一种钢轨闪光焊接自动对中及测量装置。

背景技术

钢轨焊接接头的平顺性是钢轨闪光焊接质量的要素之一，关系到列车运行时的平稳性、安全性和后期维护的工作量。固定式钢轨闪光焊接对中装置是影响钢轨闪光焊接接头平顺性的重要因素。目前，我国在钢轨焊接基地或焊轨厂生产线中主要依靠钢轨闪光焊机的刚性轴和对中臂，采用手动或半自动方式完成钢轨焊前对中工作，也有焊轨厂设计了简易的对中测量装置，但均未与焊机形成闭环控制，也未实现在线记录功能。

已知的一种固定式钢轨闪光焊机的专利(中国专利CN100396421C)是中国铁道科学研究院研发，主要通过三级对中结构进行钢轨焊前对中。初级对中主要通过调整轨底支撑轮顶点位置、轨底垂直调节油缸活塞杆顶部的螺旋深度、轨底水平方向调节机构平台的位置以及初级对轨架与主机的距离来完成；二级对中主要通过调整轨腰水平夹紧油缸活塞杆顶端垫片来完成；三级对中主要通过水平方向对中油缸和垂直方向对中油缸带动机架运动完成。但是，该专利所述设备对中装置的所有动作均采用手动调节，且不具备任何测量装置，无法实现自动对中、自动测量和自动记录功能，在对中精度和效率方面具有一定局限性。

已知的一种固定式接触对焊焊轨机的专利(中国专利98105796.9)是由乌克兰巴顿电焊研究所开发的。该专利所述焊机的对中功能主要是通过安装在固定夹紧装置的自动对中滚轮、导向支座、挡渣机构和推凸机构等机械和液压部件完成手动或自动对中功能。该焊机的手动对中功能主要通过调整上述机构的位置，利用焊机导向轴的刚度来完成对中工作，通常采用目测或触摸的方式判断对中效果并做进一步调整；自动对中功能主要通过标定将上述与对中相关的机构固定在一定位置，在该位置情况下可是待焊两根钢轨位于同一轴线上，从而实现对中，但是该方法无法解决钢轨外形差异、对中装置磨损带来的误差。同样，该焊机不具备任何测量装置，无法实现自动对中、自动测量和自动记录功能。

已知的一种适用于钢轨的电阻闪光焊接装备是瑞士施拉特公司发明 (欧洲专利EP0499019B1)。该专利所述固定式钢轨闪光焊机的对中装置采用四臂结构，可通过夹持在轨头的四组机械臂实现轨头双侧工作边位置的对中调节，同时可通过调节安装在对中调节装置上的接近开关的位置实现自动对中功能。但是，由于该专利所述焊机采用了直流焊接电源，容易使两组电极中间的机械臂中铁磁性物质被磁化，并粘连焊渣，影响对中精度；没有在线测量装置，不能形成闭环对中控制，无法实现高精度自动对中。

发明内容

为克服现有的缺陷，本发明提出一种固定式钢轨闪光焊接自动对中及测量装置。

一种固定式钢轨闪光焊接自动对中及测量装置，包括钢轨焊前位置测量机构、垂直对中机械部件绝对位置测量机构、水平对中机械部件绝对位置测量机构、液压执行机构、电气控制***和数据管理计算机，所述钢轨焊前位置测量机构、垂直对中机械部件绝对位置测量机构、水平对中机械部件绝对位置测量机构分别与电气控制***通信，电气控制***分别与液压执行机构和数据管理计算机通信，液压执行机构分别驱动垂直对中机械部件绝对位置测量机构和水平对中机械部件绝对位置测量机构。

其中，钢轨焊前位置测量机构安装在固定式钢轨闪光焊机的静架和动架上，静架内侧安装第一垂直对中机械部件，第一垂直对中机械部件一侧设置第一水平对中机械部件；动架内侧安装第二垂直对中机械部件，第二垂直对中机械部件一侧设置第二水平对中机械部件。

其中，静架中部上端设置第一测量探头组和第二测量探头组；动架中部上端设置第三测量探头组和第四测量探头组。

其中，第一测量探头组、第二测量探头组、第三测量探头组和第四测量探头组中，每组测量探头组包括一个支架，其中，支架为下方开口矩形，支架内部一侧设置第一测量探头，另一侧设置第二测量探头，支架内部顶端设置第三测量探头。

其中，垂直对中机械部件绝对位置测量机构包括安装在静架电极夹紧部件和动架电极夹紧部件上的两个位移传感器。

水平对中机械部件绝对位置测量机构包括安装在静架第一水平对中机械部件和第二水平对中机械部件上的两个位移传感器。

其中，液压执行机构设置在钢轨焊前位置测量机构中部，液压执行机构包括液压阀组、垂直电极夹紧油缸、水平对中调节油缸、第一起拱量调节油缸和第二起拱量调节油缸。

其中，电气控制***包括中央处理器、供电电源、信号隔离变送电路、液压***放大控制电路和通讯电路，其中，供电电源将外接供电电源转变成电气控制***中各组件所需的电压，中央处理器联接信号隔离变送器、液压***放大控制电路和通讯电路。

本发明所述的固定式钢轨闪光焊接自动对中及测量装置通过采用多组位移传感器确定对中臂和钢轨实际位置的量化数据，可完成双向工作边、轨顶面对中情况及焊前接头起拱量的监测，有效解决了机械磨损、粘连焊渣带来的对中误差；通过闭环控制回路和比例液压回路，可实现高效、准确的完成自动对中工作；通过上位机软件可采集焊前对中数据，实现自动测量和记录，为后期工艺改进、问题分析和设备状态判定等情况提供数据依据。

附图说明

图1为固定式钢轨闪光焊机对中装置结构示意图；

图2为钢轨焊前位置测量机构；

图3为测量及对中调节部件安装位置示意图；

图4 为电气控制***结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种固定式钢轨闪光焊接自动对中及测量装置行详细描述。

图1示出，一种固定式钢轨闪光焊接自动对中及测量装置，包括钢轨焊前位置测量机构1、垂直对中机械部件及绝对位置测量机构2、水平对中机械部件及绝对位置测量机构3、液压执行机构4、电气控制***5和数据管理计算机6,其特征在于，所述钢轨焊前位置测量机构1、垂直对中机械部件及绝对位置测量机构2、水平对中机械部件及绝对位置测量机构3分别与电气控制***5通信，电气控制***5分别与液压执行机构4 和数据管理计算机6通信，液压执行机构4分别驱动垂直对中机械部件及绝对位置测量机构2和水平对中机械部件及绝对位置测量机构3。

图2示出，钢轨焊前位置测量机构1安装在固定式钢轨闪光焊机的静架70和动架80上，静架70内侧设置第一垂直对中机械部件21，第一垂直对中机械部件21一侧设置第一水平对中机械部件31；动架80内侧设置第二垂直对中机械部件22，第二垂直对中机械部件22一侧设置第二水平对中机械部件32。

静架70中部上端设置第一测量探头组11和第二测量探头组12；动架 80中部上端设置第三测量探头组13和第四测量探头组14。

该装置以电气控制***5为核心，通过钢轨焊前位置测量机构1采集钢轨100、101焊前绝对位置信息；通过垂直对中机械部件绝对位置测量机构2和水平对中机械部件绝对位置测量机构3采集对中机械部件21、 22、31、32的绝对位置；电气控制***5通过电流信号控制液压执行机构4，同时将采集和计算后的数据传送到安装于工业控制计算机的数据管理软件中6；液压执行机构4驱动垂直对中机械部件和水平对中部件完成初步对中、精确对中。

图3示出，第一测量探头组11、第二测量探头组12、第三测量探头组 13和第四测量探头组14中，每组测量探头组包括一个支架15，其中，支架15为下方开口矩形，支架15内部一侧设置第一测量探头16，另一侧设置第二测量探头18，支架15内部顶端设置第三测量探头17。测量探头分别用于完成两个工作边和轨顶面的位置测量。

垂直对中机械部件绝对位置测量机构2包括安装在静架电极夹紧部件 71和动架电极夹紧部件81上的两个位移传感器。通过测量安装在油缸活塞杆端部的电极的位置，判断钢轨顶面的绝对位置。

水平对中机械部件绝对位置测量机构3包括安装在静架水平对中部件 31和动架水平对中部件32上的两个拉杆式或拉线式位移传感器，通过测量对中臂的机械位置，判断钢轨两个工作边的绝对位置。

液压执行机构4包括液压阀组、垂直电极夹紧油缸、水平对中调节油缸、第一起拱量调节油缸90和第二起拱量调节油缸91。用于完成对中调节和起拱量调节所需动作。

图4示出，电气控制***5包括中央处理器51、供电电源52、信号隔离变送电路53、液压***放大控制电路54和通讯电路55，其中，供电电源52将外接供电电源转变成电气控制***5中各组件所需的电压，兼具供电和稳压的作用。中央处理器51联接信号隔离变送器53、液压***放大控制电路54和通讯电路55，完成测量数据的数据采集、数据的计算和筛选、控制指令的生成和发送以及对中信息的数据传送。

实施例

在实际工作中，待焊的两根钢轨100和101进入焊机待焊位置后，垂直对中机械部件21、22和水平对中机械部件31、32通过手动操作或自动操作方式由待机位置(远离钢轨100、101位置) 运动到工作位置(夹紧钢轨的位置)。

电气控制***5根据最近一次记忆的标准对中数据，通过液压执行机构4驱动垂直对中机械部件21、22和水平对中机械部件31、 32位于标准位置，使垂直对中机械部件绝对位置测量机构2和水平对中机械部件绝对位置测量机构3中位移传感器的输出数据与标准数据一致，完成初步对中工作。

通过手动或自动控制方式控制起拱量调节油缸90、91由待机位置运动到工作位置后，钢轨焊前位置测量机构1分别采集待焊钢轨100、101的两个工作边和轨顶面的位置数据并传输到电气控制***5中的中央处理器51。

中央处理器51对采集到的数据进行计算，获得待焊钢轨100、 101在焊接前的平直度、错边量和起拱量等数据。如果上述数据中的任意一组超过设定报警值，中央处理器51会向工业控制计算机中的管理软件6发出故障报警信号。工业控制计算机中的管理软件6通过人机交互界面向操作人员发出警示图案或文字，要求操作人员进行设备状态检查。如平直度、错边量和起拱量等数据大于设定误差值，但小于设定报警值，由中央处理器51向液压控制***放大电路发出包含运动方向和运动速度的调节指令，通过液压执行机构4驱动对应的垂直对中机械部件21、22或水平对中机械部件31、32进行精确对中。在精确对中执行过程中，钢轨焊前位置测量机构1采集持续采集钢轨位置数据，并传送到中央处理器51中进行计算，当计算结果在设定误差范围之内后，完成精确对中，锁定垂直对中机械部件21、22和水平对中机械部件31、32 的位置。

在精确对中完成后，电气控制***5中的中央处理器51会将钢轨焊前位置测量机构1、垂直对中机械部件绝对位置测量机构2 和水平对中机械部件绝对位置测量机构3的测量结果传送至工业控制计算机中的管理软件6中，由工业控制计算机中的管理软件6 进行存储和管理。

本发明的目的是基于当前高速和重载铁路对钢轨焊接接头平顺性的更高要求，力求改变当前钢轨焊前对中和检查以手动对中以及目测和触摸检查为主的现状，通过初步机械对中、在线测量、闭环精确对中、自动记录等环节实现焊前对中的自动化和智能化。

通过发明对中臂水平位置量化监测方式，可实现控制***对轨头水平位置精确监测，同时可对前期对中位置形成记忆，有利于初步机械对中的自动、快速完成；

通过发明安装在静架和动架位置的在线测量装置，实现钢轨平直度及起拱量的精确测量，可对对中臂夹紧钳口的磨损、粘连焊渣等情况带来的误差进行修正，并指导二次精确对中；

通过发明变速闭环对中控制装置，根据测量结果计算钢轨调整量，选择适合的速度移动钢轨，快速完成精确对中；

通过发明钢轨焊接接头平顺性自动记录***，采集焊前待焊钢轨的对中情况，为后期生产和设备状态分析提供数据依据。

最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。

Claims (8)

1.一种固定式钢轨闪光焊接自动对中及测量装置，包括钢轨焊前位置测量机构(1)、垂直对中机械部件及绝对位置测量机构(2)、水平对中机械部件及绝对位置测量机构(3)、液压执行机构(4)、电气控制***(5)和数据管理计算机(6),其特征在于，所述钢轨焊前位置测量机构(1)、垂直对中机械部件及绝对位置测量机构(2)、水平对中机械部件及绝对位置测量机构(3)分别与电气控制***(5)通信，电气控制***(5)分别与液压执行机构(4)和数据管理计算机(6)通信，液压执行机构(4)分别驱动垂直对中机械部件及绝对位置测量机构(2)和水平对中机械部件及绝对位置测量机构(3)。

2.根据权利要求1所述的固定式钢轨闪光焊接自动对中及测量装置，其特征在于，所述钢轨焊前位置测量机构(1)安装在固定式钢轨闪光焊机的静架(70)和动架(80)上，静架(70)内侧设置第一垂直对中机械部件(21)，第一垂直对中机械部件(21)一侧设置第一水平对中机械部件(31)；动架(80)内侧设置第二垂直对中机械部件(22)，第二垂直对中机械部件(22)一侧设置第二水平对中机械部件(32)。

3.根据权利要求2所述的固定式钢轨闪光焊接自动对中及测量装置，其特征在于，所述静架(70)中部上端设置第一测量探头组(11)和第二测量探头组(12)；动架(80)中部上端设置第三测量探头组(13)和第四测量探头组(14)。

4.根据权利要求3所述的固定式钢轨闪光焊接自动对中及测量装置，其特征在于，所述第一测量探头组(11)、第二测量探头组(12)、第三测量探头组(13)和第四测量探头组(14)中，每组测量探头包括一个支架(15)，其中，支架(15)为下方开口矩形，支架(15)内部一侧设置第一测量探头(16)，另一侧设置第二测量探头(18)，支架(15)内部顶端设置第三测量探头(17)。

5.根据权利要求2所述的固定式钢轨闪光焊接自动对中及测量装置，其特征在于，所述垂直对中机械部件绝对位置测量机构(2)包括安装在静架电极夹紧部件(71)和动架电极夹紧部件(81)上的两个位移传感器。

6.根据权利要求2所述的固定式钢轨闪光焊接自动对中及测量装置，其特征在于，所述水平对中机械部件绝对位置测量机构(3)包括安装在静架(70)第一水平对中机械部件(31)和第二水平对中机械部件(32)上的两个位移传感器。

7.根据权利要求1或2所述的固定式钢轨闪光焊接自动对中及测量装置，其特征在于，所述液压执行机构(4)包括液压阀组、垂直电极夹紧油缸、水平对中调节油缸、第一起拱量调节油缸(90)和第二起拱量调节油缸(91)。

8.根据权利要求1所述的固定式钢轨闪光焊接自动对中及测量装置，其特征在于，所述电气控制***(5)包括中央处理器(51)、供电电源(52)、信号隔离变送电路(53)、液压***放大控制电路(54)和通讯电路(55)，其中，供电电源(52)将外接供电电源转变成电气控制***(5)中各组件所需的电压，中央处理器(51)联接信号隔离变送器(53)、液压***放大控制电路(54)和通讯电路(55)。

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