UN5150鋼軌交流閃光焊機研制

1、西南交通大學碩士學位論文UN5-150鋼軌交流閃光焊機研制姓名：王會啟申請學位級別：碩士專業(yè)：材料加工工程指導教師：駱德陽20060601西南交通大學碩士研究生學位論文第頁摘要我國主要依靠引進國外鋼軌閃光焊機進行焊軌生產和無縫線路鋪設施工，而具有全部自主知識產權的國產鋼軌閃光焊機目前尚屬空白。在消化吸收國外現代焊軌技術裝備的基礎上，綜合利用我國現有研究成果，本課題研制了第一臺具有完全自主知識產權的國產鋼軌閃光焊機鋼軌交流閃光焊機。這對于提高我國軌道裝備現代化水平，實現鋼軌焊接裝備國產化，節(jié)約大量外匯具有重要意義。本課題研制的閃光焊機機頭，采用央緊和對中方便，結構緊湊的懸掛式結構；其控制系統(tǒng)采用

2、工控機為上位機、為下位機的雙控制形式：系統(tǒng)采用電液比例伺服控制系統(tǒng)，實現閃光速度和項鍛速度控制；通過對焊接壓力、位移、電流、電壓等參數進行實時采集，軟件系統(tǒng)可以生成焊接參數組合圖，進而可分析焊接質量。焊機經過初步調試，結果表明：采用鉗形夾緊機頭利用杠桿增壓的方式，央緊力大，能滿足鋼軌焊接生產要求：閃光過程中動夾具的送進與后退通過控制比例伺服閥完成，響應速度快、控制精度高、調節(jié)范圍寬；一鋼軌交流閃光焊機抗干擾能力強，能可靠、方便地進行焊軌工作：鋼軌交流閃光焊機體積小、重量輕，與國外同類焊機相比，具有較高的性價比，同時配件全部國產化，大大降低了運行費用。關鍵詞：閃光焊機；控制系統(tǒng)；鋼軌西南交通大學

3、碩士研究生學位論文第頁型大口徑管道閃光對焊機也采用了脈動閃光焊的技術“。鋼軌閃光焊機國內外現狀鋼軌閃光焊機的種類按饋電到焊機鉗口的電壓方式，可以分為直流和交流鋼軌焊機。交流閃光焊機是將電源電壓，經焊機內的焊接變壓器降壓后，直接將二次電壓送到焊機導電鉗口上。鉗口電壓較低，一般是。焊接變壓器原邊從電網的二相獲取電壓（相或、相），焊機功率一般在。交流焊機的焊接變壓器靠近鋼軌、二次回路所包圍的面積小，具有很小的回路阻抗，從而增大了焊接時的有效輸出功率。屬于這類的典型焊機是烏克蘭巴頓焊接研究所生產的、和美國霍蘭德（）公司制造的型鋼軌閃光焊機。直流焊機從電網取三相電源。經焊接變壓器降壓，二次電壓經過整流器

4、整流為直流電壓，饋電到導電鉗口。屬于這類焊機的有英國公司制造的、瑞典公司制造的、瑞士制造的從一焊機。目前，國內外的鋼軌閃光焊機主要有次級整流閃光焊機和交流閃光焊機兩種，次級整流閃光焊機的焊接質量比交流閃光焊機的要高，而交流閃光焊機比次級整流閃光焊機更節(jié)能、更有效率“。型焊機在焊機設計方面都有許多發(fā)展。首先，為提高焊機剛度，減少焊機變形，采用了龍門式或框架式機體。其次，為了保證鋼軌焊接接頭的幾何尺寸，將夾緊與導電鉗口分開，并由單向單點夾鉗發(fā)展到多向多點夾鉗，夾緊以后仍可調整、自動對中等。近年來，焊機均帶有自動去毛刺機構。為保證質量，一些焊機附有參數自動記錄裝置或質量監(jiān)控裝置等“。表卜、卜是幾種典

5、型焊機種類與性能。西南交通大學碩士研究生學位論文第頁表卜系列鋼軌接觸焊機型號及主要參數”型號主要參數一固定式豐移動式斗功率（）重量（）最大可焊截面（）焊軌生產率（頭一時）最大頂鍛力（）最大夾緊力（）燒化速度（）項鍛速度（）可動機架最大行程（棚）注：和于年推出。各類鋼軌閃光焊機的特點典型交流閃光焊機有烏克蘭巴頓焊接研究所生產的、和美國霍蘭德（）公司制造的型鋼軌閃光焊機，主要參數見表卜，其特點如下。：電功率小，焊接斷面積大，體積小，重量輕，機械結構緊湊靈活。在設計上采用了并聯的兩臺十分靠近且對稱給鋼軌兩側的變壓器供電，從而極大地降低了焊機的總阻抗（電回路阻抗及短路阻抗），約為般接觸焊機的。設計的額

6、定功率約為直流焊軌機的。采用程控降壓法，焊軌過程是靠電氣、液壓隨動系統(tǒng)和程序控制裝置給西南交通大學碩士研究生學位論文第頁定的焊軌工藝自動進行，對鋼軌進行無預熱連續(xù)閃光焊接，使鋼軌接頭加熱均勻，同時，還使加熱區(qū)縮小一，提高了鋼軌接頭的質量。典型直流閃光焊機有瑞士制造的型和型焊機，其特點為“：采用三相的交流電源，通過兩個焊接變壓器（共）及六只大功率二極管，在次級進行整流，得到秒內的過載量可達到的電流，供焊接鋼軌用。在焊接電流回路中幾乎沒有無功功率，使焊機無需附加無功功率補償設備。由于采用直流方式供電，在焊接過程中，焊接斷面上電流均勻分布，可使鋼軌焊接過程閃光平穩(wěn)，沒有電流過零，焊口不易氧化，并保證

7、熱影響區(qū)平行，晶粒細小均勻，可獲得優(yōu)良的焊軌質量。焊機為框架結構，保證了鋼軌的焊接精度。焊機還附有焊軌過程壓力（）、電流（）、位移（）的曲線記錄儀和質量監(jiān)測儀，監(jiān)控每個焊頭的焊接過程，可制止不良焊接接頭的重復出現。課題意義世紀的交通工程建設發(fā)展方向是客運高速化、貨運重載化“。高速鐵路、地鐵、輕軌等現代交通高速軌道結構都具有綜合彈性好、平順、軌條與道岔均為無縫結構的特點“，這種無縫線路最適合于客運高速化、貨運重載化的要求。與普通有縫線路相比較，焊接長鋼軌的無縫線路還有降低列車運行阻力，延長鋼軌使用期限，節(jié)省養(yǎng)路維修費用和聯接鋼軌用的零部件等一系列優(yōu)點，具有普通線路所無法比擬的優(yōu)越性?！?。上世紀初

8、，無縫線路開始在歐洲鋪設，最早采用的是鋁熱焊方法。隨著科學技術的發(fā)展，相繼出現了氣壓焊、接觸焊等鋼軌焊接方法。以上三種方法，根據各種不同的原理，又派生出許多鋼軌焊接方法。在技術上及經濟上由于閃光焊方法較其他的焊軌方法目前均占據優(yōu)勢的緣故，當今世界上均以閃光焊為主要方法，該方法焊接在年的鋼軌焊接接頭中占總接頭的”。西南交通大學碩士研究生學位論文第頁目前，發(fā)達國家軌道連接技術與成套裝備的機械化、自動化和智能化水平較高，我國現有的接觸焊接機幾乎從國外引進，如型鋼軌閃光對焊機、型焊軌機、型鋼軌閃光對焊機、型鋼軌閃光對焊機、一型焊機等，具有完全自主知識產權的國產鋼軌閃光焊機目前尚屬空白。隨著鐵路建設的快

9、速發(fā)展，無縫線路的鋪設越來越多。結合國外的先進技術自行研制國產的閃光對焊機，以逐步形成我國的設備，不僅能滿足無縫鋼軌焊接生產的需要，而且還節(jié)省了投入購買國外焊機的大量資金。近年來，隨著計算機控制技術和傳感測試技術的發(fā)展，閃光焊過程控制、參數檢測與質量判斷技術不斷完善口，。我國焊接工作者也對引進鋼軌焊機進行了技術消化，并根據我國國情，對焊機控制系統(tǒng)開展了大量研究工作，取得了可喜成果“，已在濟南焊軌廠、成都鐵路局直屬焊軌廠、鐵一局的焊軌工程中成功推廣應用。因此，在消化吸收國外現代焊軌技術裝備基礎上，綜合利用我國現有研究成果，研制具有完全自主知識產權的國產鋼軌閃光焊機。對于提高我國鋼軌焊接技術基礎研

10、究水平和軌道裝備現代化水平，實現鋼軌焊接裝備國產化，節(jié)約大量外匯具有重要意義。西南交通大學碩士研究生學位論文第頁第章焊機總體設計方案選擇鋼軌焊接是高速無縫線路建設中的重要組成部分，由廠內焊接和現場焊接兩部分構成。在國內，廠內焊接全部采用閃光焊，現場焊接則主要采用小型氣壓焊。在十一五期間，我國將大力發(fā)展高速鐵路和客運專線，這對鋼軌焊接接頭的外形尺寸提出了更高的要求?，F階段，鐵道部對鋼軌現場焊接的指導方針是采用接觸焊的方法。由于十一五期間我國鐵路建設工程量巨大，造成現場接觸焊機缺口非常大，目前國內所擁有的焊機遠遠不能滿足要求，因此開發(fā)能滿足現場使用要求的鋼軌接觸焊機具有積極的意義?？紤]到現場應用的

11、特點，要求焊機必須具有重量輕、移動方便、性價比高、焊接效率高和質量可靠的特點，為此本設計的方案選擇了研制懸掛式交流閃光焊機的方案。焊機設計的總體思路焊機總體設計框圖如圖一所示，焊機由焊機機械部分、電氣控制柜，液壓系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)等四大部分組成。其中焊機機械部分又由動架和靜架組成，動架上有位移傳感器和焊接變壓器，靜架上西南交通大學碩士研究生學位論文第頁按鈕。圖鋼軌閃光焊機總體設計框圖根據鋼軌閃光對焊的工況條件，本設計采用上位機為工控機，下位機為的雙電氣控制系統(tǒng)，主回路采用雙組晶閘管分別控制高壓階段和低壓階段的焊接電壓的方案。為滿足鋼軌焊接質量的要求，一焊機必須達到以下主要技術要求：一、焊接機頭上

12、工件對中性好，誤差姍；最大夾緊力；頂鍛力；利用頂鍛缸進行推瘤操作；靜動夾具之間電絕緣。二、建立工控機測控系統(tǒng)，具有良好操作界面和顯示界面?？蓪崟r檢測、顯示、存儲、統(tǒng)計焊接參數；自動判斷焊接質量；并建立串行通信，工藝參數修改容易，實現柔性控制，能實現不同焊接材料和焊接工藝。三、為保證焊接質量，對電壓和電流的進行閉環(huán)控制。四、整個硬件系統(tǒng)根據工況，采用集成度高和抗干擾性強的電子部件，使硬件系統(tǒng)功能強，集成度高，有強的抗干擾措施。西南交通大學碩士研究生學位論文第頁第章焊機機械設計與液壓系統(tǒng)設計焊機機頭設計焊機機頭的特點與設計閃光對焊機可分為懸掛式閃光對焊機和固定式閃光對焊機。懸掛式焊機主要用于現場焊

13、接；固定式焊機主要用于工廠焊接。懸掛式焊機機頭主要包括機架、靜動夾具、推瘤機構、頂鍛機構。大功率閃光對焊機一般是采用液壓傳動機構，通過液壓伺服系統(tǒng)控制閃光和頂鍛時動夾具的運動。本設計要實現（的頂鍛力，所以選擇比例伺服閥液壓傳動機構作為頂鍛（送進）驅動機構?？紤]到在焊接階段，需要夾具對準中心線、阻止工件打滑、支承工件，鋼軌焊接要求工況最大夾緊力達（，所以選擇鉗形夾緊機構。本設計的懸掛式焊機機頭在參考國內外成熟焊機的基礎上設計的。焊機采用液壓缸形式的蟹型夾具夾持鋼軌軌腰，左右兩副夾鉗同步夾緊鋼軌，夾緊鉗口也是導電鉗口。左右兩副鉗口同時繞中心軸轉動，如圖所示。連杠的夾角一。時能夠得到足夠的夾緊力。燒

14、化過程的送進是沿軸向移動，由每個左鉗口上的油缸活塞來推動的。鋼軌對中是以鉗口的外形和軌頂部對中塊調整的，焊接不同軌型的鋼軌時，需要更換與之匹配的鉗口和對中塊。本焊機機頭是在參考國內外焊機先進經驗的基礎上設計的，其有如下特點：焊機具有液壓杠桿形式的箱式蟹形夾緊裝置，對開的兩副夾緊裝置可以繞中心軸同步轉動，通過相互聯接的油缸，兩付央緊機構可以相互合攏和張開（參見圖）。焊機結構緊湊，鋼軌允許最大伸出長度總和不大于咖。焊機一側的蟹形箱體內安裝兩臺焊接變壓器，對稱分布在焊接鋼軌軌頭斜上方。兩個頂鍛油缸對稱分布在軌腰兩側，油缸的頂鍛桿也是非傳導電流的導體。西南交通大學碩士研究生學位論文第頁夾緊鉗口分別夾持

15、焊接鋼軌的軌腰，夾緊鉗口也是向鋼軌饋電的電極。當油壓壓力時，對鋼軌軌腰的夾緊力，頂鍛油缸的頂鍛力。兩副蟹形箱式夾緊裝置相互靠近、分離的最大行程是。焊機能夠實現自動對中。鋼軌的對中是通過兩付導電鉗口及四塊軌頂對中壓塊在央緊過程中完成的。當鋼軌軌頭寬度允許偏差在±以內、軌頭頂部斷面允許偏差在哪和一哪之內、軌端向下小于時，能夠保證焊后接頭范圍內嗍的平直度要求。當鋼軌外形尺寸偏差超過允許值，造成鋼軌焊接端面錯位時，就不能實現以工作面為基準的水平和垂直對中，也就不能保證焊后接頭姍以內的平直度要求。由圖一我們可以看出。懸掛焊接機頭的左右兩部分夾緊機構都采用鉗式夾持方式，且由頂鍛液壓傳動裝置及中心

16、軸將其聯結在一起。左夾緊機構為固定頭，右夾緊機構為可移動頭。在右夾緊機構內部安裝有兩臺焊接變壓器，并用螺栓將它們沿中心軸對稱固定在右夾緊機構的顎板上。兩臺變壓器采用并聯連接。兩臺變壓器的一同極性端分別連接到右夾緊機構的夾緊頭上，另一同極性端通過兩頂鍛缸推動桿與左夾緊機構夾頭連接。頂鍛缸推桿穿過顎板上的孔，推桿本身也是導電線路的一部分。為了減少因金屬渦流的能量損失，顎板壁采用奧氏體不銹鋼制造。一、對中機構設計在焊接開始之前，必須使待焊工件保持良好的對中性。本焊機的夾持機構采用夾鉗式。左右夾緊機構通過中心軸連接并可繞此中心軸轉動。在設計時，保證了中心軸的剛度，這確保了在夾緊和送進過程中，不會發(fā)生扭

17、彎的現象。懸掛焊接機頭的左右兩夾緊機構相互絕緣，因而在夾緊鉗口置入顎板槽口處即無需加絕緣墊板。在夾緊大壓力的情況下，整個焊機變形很小，這有助于增加待焊工件的對中精度以及焊接機頭的整體剛性，以確保焊接接頭外觀尺寸滿足廠要求。西南交通大學碩士研究生學位論文第頁器焊機正視圖靜立柱央緊液壓缸動立柱項鍛演壓缸焊眷俯視幽圖焊機整體結構示意圖二、夾緊機構設計本焊機的最大夾緊力設計為，所以我們在左右夾緊機構上均采用鉗形夾緊機構原理，通過杠桿增壓的方式，利用較小的液壓缸獲得較大的夾緊力，這一方式的應用，大大減小了機頭的外形尺寸，滿足大頂鍛力的需要。夾緊缸缸體和活塞桿分別鉸鏈在鉗形夾緊機構的加力端，中心軸就是鉗形

18、夾緊機構的鉸接轉軸。增加加力端與鉗口端的臂長比就可放大液壓缸對鉗口處的夾緊西南交通大學碩士研究生學位論文第頁力。三、送進機構設計在左夾緊機構的兩塊顎板上分別安裝有一個頂鍛缸，其活塞桿的法蘭固定于右夾緊機構的右側壁的座孔中，在頂鍛缸的作用下，右夾緊機構可沿活塞桿相對于左夾緊機構移動。所以，只需控制頂鍛缸的液壓油流量，就可以控制焊接時的送進速度。四、推凸機構設計懸掛焊接機頭內配備有推凸機構，該機構在焊接保壓完成后立即從周邊推掉焊瘤。推凸機構采用鉗形結構，當推動液壓缸傘形連桿機構時，鉗形口可張開或合攏。推凸刀按工件的截面形狀分成左右兩個部分，安裝在推凸機構的鉗口上，可以更換和調整。推凸機構安裝在左夾

19、緊機構的顎板上，可隨頂鍛缸運動。機構不采用獨立的推瘤缸，而是連接在項鍛缸上，當保壓頂鍛完后，動架夾具稍稍松開（相應液壓閥處于型接法的中問位），靜架保持夾緊，頂鍛缸動作，分開左、右機構；然后動架夾具夾緊，靜架夾具稍稍松開（相應液壓閥處于型接法的中間位），之后頂鍛缸送進完成推瘤。這樣可以可靠保證焊口熱擠壓變形的交互結晶，在高溫下去除焊瘤，達到焊頭質量好、焊接效率高、推瘤刀壽命長的效果。焊機機頭的技術參數：（一）供電電壓（柴油機發(fā)電機組供電電壓）；（二）電源頻率；（三）額定次級電流；（四）額定初級電流；（五）最大短路電流；（六）暫載率時額定容量；（七）最大焊接截面積姍；西南交通大學碩士研究生學位論文

20、第頁（八）最大夾緊鋼軌力；（九）頂鍛力（油壓為時）：（油壓為時）；（十）最大頂鍛量姍；（十一）頂鍛初速度不小于砌；（十二）燒化速度一唧；（十三）焊機動架的最大行程帥。（十四）推瘤行程姍（十五）焊機機頭外型尺寸：長±哪寬±唧高±啪焊機有個油缸，分為兩組，分別從事頂鍛、夾緊工作，每組一對。均為缸內徑中咖，活塞桿中衄。焊機機頭與控制系統(tǒng)的接口如圖所示，焊機上有一個位移傳感器，它負責向控制柜提供動架的移動量，控制系統(tǒng)以此來分析焊接位移參數，由此計算焊接的燒化量，并且為焊接頂鍛保壓階段的參數調整提供依據。焊接保壓階段的參數依據也可以是頂鍛缸的兩側壓力，但是此方案在實際應用中

21、比以位移為參數依據要復雜的多。目前，本焊機采用位移傳感器位移量作為頂鍛控制參量，結果表明，該方案在實際應用中能完全保證鋼軌焊接接頭的焊接質量。如圖所示，焊機機頭上有一個手工操作面板。手工操作面板是為了方便焊接工人進行焊接工作，在控制柜啟動后，軟件程序將進入焊接界面，焊接工藝參數對不同的鋼軌有所不同。手工操作面板的操作鍵連接至控制系統(tǒng)中的輸入端，“焊接”和“故障”指示燈連接至輸出端，在操作面板設置有一個主回路的“急?！卑粹o。手工操作面板實物如圖所示。焊機機頭的實物如圖所示。西南交通大學碩士研究生學位論文第頁通液壓閥和一個三位四通液壓比例閥。兩個由日本油研生產的三位四通液壓閥（型號為一一）中位采用

22、型接法，分別對兩個夾緊液壓缸進行換向控制，進而實現焊機對鋼軌的夾緊和松開功能：另外兩個為日本油研生產的型號為一的三位四通液壓閥與系列型號為（）的三位四通比例閥，它們的中位都采型接法，同時對兩個并聯的頂鍛液壓缸進行換向控制，進而實現焊機焊接時對鋼軌的送進和退后操作，比例閥進行精確控制，液壓換向閥則是進行頂鍛與推瘤控制。集油塊上面還有兩個液體壓力傳感器，分別接至頂鍛缸的有桿腔和無桿腔，用于檢測頂鍛缸的油壓，以便控制系統(tǒng)在焊接時對液壓閥進行調節(jié)和工控機進行焊接質量評定。圖集油塊實物圖液壓系統(tǒng)設計液壓系統(tǒng)的設計思路西南交通大學碩士研究生學位論文第頁液壓泵站的設計是在參考國內外先進經驗的基礎上進行設計。

23、如圖所示的集油塊是在選擇進口液壓閥的基礎上設計。液壓系統(tǒng)設計必須使頂鍛缸滿足下列技術參數：油壓為時頂鍛力，油壓為時頂鍛力。在液壓控制系統(tǒng)中，電液控制的關鍵是送進速度的控制，送進速度的快慢直接影響電流的大小、焊接閃光燒化速度以及燒化穩(wěn)定性。圖雙閉環(huán)電液控制原理圖本系統(tǒng)采用比例伺服閥實現電流和速度雙閉環(huán)電液控制。其控制原理圖如圖所示，系統(tǒng)由系統(tǒng)、比例伺服閥放大板、比例伺服閥、頂鍛缸和焊接主回路組成。雙閉環(huán)控制分內閉環(huán)和外閉環(huán)。內閉環(huán)控制由比例伺服閥放大板與比例伺服閥構成，當給定速度固定時，內閉環(huán)自動調節(jié)流量達到穩(wěn)定值（相應的焊接送進與后退速度固定）。外閉環(huán)控制通過采集焊接電流，輸入進行程序運算，給

24、出比例伺服閥控制信號，控制動夾具的送進速度，以使得送進與后退速度與焊接電流匹配。液壓系統(tǒng)原理設計由圖一可知，本焊機采用了鉗形夾緊機構，夾緊油缸的缸體和活塞桿分別位于鉗形臂的加力端，根據工況要求，左右夾緊共有兩個夾緊缸，所以我們采用兩個形電磁閥，實現左右夾緊、松開和張開操作。西南交通大學碩士研究生學位論文第頁壓作用；是濾油器，其作用是更好的保護液壓比例閥；為型接法的三位圖液壓系統(tǒng)原理圖四通電磁換向閥，用于焊機的左夾緊、右夾緊、左松開、右松開的動作控制。為型接法的三位四通電磁換向閥，用于焊機頂鍛及推瘤控制。為型接法三位四通比例電磁伺服閥，輸出模擬信號通過放大板對其進行控制，使西南交通大學碩士研究生

25、學位論文第頁輸出的流量連續(xù)成比例地得到控制，實現閃光對焊機的進退控制，對電磁伺服閥的控制是實現連續(xù)閃光、勻速燒化、加速燒化的關鍵。泵站液壓油箱中的油溫由溫度傳感器監(jiān)測，當油溫達到溫度傳感器報警溫度時，溫度傳感器輸出信號至輸入端，檢測到該信號后輸出控制信號使一個馬力循環(huán)泵啟動、液壓油通過冷卻裝置、回流濾油器開始循環(huán)冷卻，見圖和圖。循環(huán)液壓油通過自帶散熱片的冷卻裝置，風扇轉動使冷空氣通過散熱片，帶走液壓油的熱量。油箱內的液壓油通過循環(huán)，使油箱內油溫降低。液匿泵站的實物圖如圖所示。大電機為壓力油驅動電機，小電機為油循環(huán)冷卻電機，與大電機相連的白色部分為液壓泵：正前上方是液壓油風冷裝置，其下面是保護大

26、電機系統(tǒng)的單向閥回油控制裝置；左邊是壓力表和自動控制濾油器裝置：圖后方是液壓油箱。圖液壓泵站的實物圖工作油缸設計液壓油缸是液壓系統(tǒng)的液壓執(zhí)行元件，它是將液壓能轉變?yōu)闄C械能使機頭西南交通大學碩士研究生學位論文第頁進行直線運動的能量轉換裝置。本文全部采用雙作用單活塞桿液壓缸結構，如圖所示。圖液壓油缸示意圖一、夾緊油缸設計在頂鍛時，電極鉗口與鋼軌間的摩擦力大于頂鍛力時，才不會出現打滑。電極鉗口由鉻鋯銅制造，銅與鋼軌的摩擦系數約為。因此，保證夾緊力為頂鍛力的倍時，才能保證系統(tǒng)可靠工作。根據經驗，要得到合格的焊接接頭，頂鍛力要求大于（，通常情況下最大頂鍛力小于，因此本系統(tǒng)在設計時要求鉗口最大夾緊力（。夾

27、緊油缸對往返運動速度沒有嚴格的要求。液壓系統(tǒng)的工作壓力最大為，不考慮回油通油箱產生的壓降。焊機在頂鍛時，為了保證焊接質量，要求比較大的合縫速度（即要求比較大的頂鍛初速度），為了保證頂鍛初速度，頂鍛缸在頂鍛時采用有桿腔進油的方式。為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作，確保焊接過程中夾緊力始終大于頂鍛力倍，在設計時夾緊缸也采用有桿腔進油的方式，這樣夾緊力和頂鍛力隨系統(tǒng)壓力的增加與減少而同步增減。焊機夾緊示意圖見圖。為了整個機械系統(tǒng)結構緊湊，夾緊力達到工況要求，機構夾緊時，鉗形夾緊機構與加力端的距離為哪。轉動中心軸與夾緊油缸推力方向垂直距離為咖，與鉗口夾緊力垂直距離為珊。為了確保焊接過程中夾緊力大于頂鍛力倍，在正常

28、工作時鉸鏈水平夾角為一度，在夾角為度時，夾緊力最大，在夾角為度時，夾緊力最小。在鉸鏈水平夾角為度時，由杠桿原理，計算夾緊油缸工作負荷；如下：西南交通大學碩士研究生學位論文第頁嗡××爰×叭（）圖焊機夾緊示意圖焊機張開時，由于軌的軌頭寬為哪，考慮懸掛機頭落下時鋼軌左右各留量脅，所以張開的鉗口最大距離為衄，此時鉗形夾緊機構加力端的距離變?yōu)閵?。計算夾緊油缸的行程如下：（÷羆）：盎）（）夾緊時采用有桿腔進油，選擇活塞桿直徑韞與頂鍛油缸直徑日的比為口，根據以下公式進行夾緊缸內徑夾設計。女女叩等×（女一女）叩央蟹一央蟹央緊×（）式中（）（）。；一夾

29、緊油缸活塞的最大推力。，一機械效率。取。西南交通大學碩士研究生學位論文第頁一工作油壓，最大工作油壓為。計算得：夾緊一采緊脅妒得￥考慮在鉸鏈水平夾角出現偏差時也能可靠夾緊，最后決定的值由參考文獻?！辈榈谜麍A值：女衄。取夾緊油缸的行程￥。設計時，液壓缸內徑中硼，活塞桿冊，行程為砌。二、頂鍛油缸設計要得到一個合格的焊接接頭，對頂鍛力有要求，而且對頂鍛速度也有高的要求。設計時，根據最大頂鍛力，設計頂鍛油缸的直徑與活塞直徑，再根據所需的頂鍛速度選定泵的流量。為了使得活塞桿有較大推力，同時考慮機頭剛度的要求，選擇活塞桿直徑。與頂鍛油缸直徑镕的比為。由公式計算鍛?？捎嬎愕茫骸纷詈笕№斿懹透椎男谐涕F。頂銀頂

30、鍛叩詈×寸（頂鍛一嘎鍛）玎（）最后決定的鐙值由參考文獻“”查得整圓值衄。頂鍛缸的行程由燒化量、頂鍛留量、調整留量組成，按以下式子計算：頂韞燒化頂嘏留景調整留量設計時，液壓缸內徑巾，活塞桿直徑眥，行程為。當油壓為時，由公式（）得：砸镕要×（上镕一擴镕）叩（）當油壓為時，由公式（）得：西南交通大學碩士研究生學位論文第頁罷×一（镕一頂镕）叩（）由此可知，頂鍛油缸的設計滿足技術要求。液壓泵站設計（）液壓泵的選擇系統(tǒng)額定油壓為。，?？紤]液壓執(zhí)行元件進出回路上存在壓力損失。所以液壓泵的輸出壓力應按公式計算：。，（）可以按照有關資料口明選擇。所以泵的輸出壓力應大于，泵的選擇還要

31、考慮到一定的壓力儲備，本文所選油泵的額定壓力高出計算所得工作壓力的，所以油泵額定工作壓力為×。選用最大工作壓力為的液壓泵?？紤]系統(tǒng)安全，通過安全閥將系統(tǒng)最大工作壓力設置為。當焊機進行頂鍛操作時，流量最大，口?？赏ㄟ^公式計算：叮。，镕镕×××（）式中镕一頂鍛速度，镕。鍛一頂鍛油缸的活塞面積（帆）。計算得：。，镕日镕×。××（）考慮在項鍛階段，頂鍛速度越快越好，因此選擇液壓泵額定流量；為的油泵。（）電機功率確定采用公式進行電機額定功率計算：西南交通大學碩士研究生學位論文第頁單相電網電壓經過升壓自耦變壓器升壓后，通過晶閘管調壓穩(wěn)壓

32、電路向焊機提供所需的電壓。焊接控制系統(tǒng)采用以為控制核心的控制裝置，保證焊機的所有部件按定順序工作，并自動控制焊接過程的進行。根據焊接順序，輸出信號控制晶閘管觸發(fā)電路，以改變晶閘管的導通角，實現對焊接電壓的調節(jié)。工控機系統(tǒng)通過參數采集板將采集的參數進行存儲、顯示、打印、分析及計算。圖一控制系統(tǒng)結構框圖在連續(xù)閃光過程中通過如圖所示的焊接電流負反饋調節(jié)動夾具的送進速度。當閃光過程中焊接電流偏離規(guī)范時，在設定時間內進行速度修正，從而實現焊接回路中焊接電流和送進速度之間的動態(tài)平衡。在焊接初期，溫度較低，接觸電阻較大，不容易激發(fā)閃光，燒化電流比較小，燒化速率也比較小。隨著閃光的進行，接觸電阻減少，溫度升高

33、，閃光激烈，燒化電流增大，鋼軌燒化速率也隨著增大，兩者成拋物線關系。根據燒化電流與燒化速度的對應關系，為了防止缺陷產生，需要鋼軌的送進速度與燒化西南交通大學碩士研究生學位論文第頁電部分，布置弱電元件?？刂乒竦淖箝T上布置電壓表和電流表以及一個空開手柄和啟動、停止按鈕；右門上布置工控機、液晶顯示器、鍵盤和光電鼠標，它們的布局見圖。圖電氣控制系統(tǒng)控制柜實物圖電氣控制系統(tǒng)的硬件設計控制系統(tǒng)主電路設計一、控制系統(tǒng)主電路概述整個控制系統(tǒng)的主電力電路如圖所示，兩組晶閘管分別并聯一個壓敏電阻，以防止電壓過高時被擊穿。本設計的反饋電流在晶閘管與焊接變壓器之閫提取，反饋電壓在晶閘管與升壓變壓器之間提取，晶閘管同步

34、信號在升壓變西南交通大學碩士研究生學位論文第頁升高時，使自耦變壓器的輸入線圈匝數適當增加，由于輸出線圈匝數固定不變，自耦變壓器的變比升高，輸出電壓降低，降低的電壓值可近似抵消網壓升高所致的電壓升高值。自耦變壓器的冷卻方式采用強制風冷方式。自耦變壓器實物如圖所示。圖自耦變壓器實物圖控制系統(tǒng)的硬件設計適合機械加工一般現場使用的計算機有微型計算機系統(tǒng)、單板機、單片機、工業(yè)控制機以及多級控制微型計算機等。另外一種是很有使用價值，并和一般微型計算機有所區(qū)別的可編程邏輯控制器。西南交通大學碩士研究生學位論文第頁圖比例伺服閥放大板接口框圖根據比例伺服閥放大板的原理框圖及特性，我們選擇的比例伺服閥時，供電電源

35、為，需要最大電流為，最大功率為。所以選擇的開關電源模塊。另外，由于。紋波小大于，不使用，的濾波電容。通過輸出觸點控制，實現比例伺服閥的運行或關閉。當為高電平時，比例伺服閥開始運行，反之，關閉。電量的給定由的輸出，采用直接差分放大的方式輸入與，控制比例伺服閥的流量及方向，可以有效抑制共模信號的干擾。同時把與接到的輸入點上，可以檢測放大板的運行情況，當檢測到的信號為高電平時，運行正常：當檢測到的信號為低電平時，表示放大板有錯誤發(fā)生，再通過觀察顯示情況，判斷問題出現的原因：綠色表示放大板已經運行，黃色表示反饋信號已經斷開，紅色表示電壓不足（。太低）。放大板接口電路框圖如圖所示。系統(tǒng)的抗干擾設計電氣設

36、備在使用過程中會產生電磁干擾。電磁干擾的影響很大，輕則使設備的性能得不到很好的體現，重則使設備根本無法工作。電磁干擾有兩種傳媒途徑，一種是由于工作電流的動態(tài)變化使得局部電網上電壓不穩(wěn)，從而影響使用本地電網的設備工作，這種干擾稱為傳導干擾。另外就是設備中工作電流（電西南交通大學碩士研究生學位論文第頁壓）的動態(tài)變化產生電磁輻射同樣影響其它設備的工作，這種干擾稱為輻射干擾。抑制電磁干擾的兩種有效途徑是采用電源濾波器和加屏蔽裝置，屏蔽裝置主要是針對輻射干擾，既防止本身電磁波的外泄而造成新的干擾源，又避免受到外來輻射的干擾。在電氣控制柜和焊機上的位移傳感器、液壓閥和部分手動控制面板間的連接線路都采用屏蔽

37、線，以排除可能的干擾。電氣控制系統(tǒng)軟件設計軟件設計概述控制系統(tǒng)軟件設計由兩部分構成，即閃光焊程序控制系統(tǒng)的設計和計算機閃光焊監(jiān)控系統(tǒng)的設計。影響鋼軌閃光對焊接頭質量的參數很多，除了設置的工藝參數以外，還有一些其他不確定的因素也在影響接頭的質量，如焊機的工作狀況、零部件磨損老化、控制部件的功能出現異常等。實際生產中不可能也沒有必要對所有的影響參數都進行監(jiān)控，通常是監(jiān)控其中一個或某幾個參數。因此對于一套完善的鋼軌閃光焊系統(tǒng)而言，需要設計一套功能完善、人機交互友好、運行可靠穩(wěn)定的焊接參數監(jiān)控系統(tǒng)。此外，通過對焊接過程的一些重要參數（如：焊接電壓、焊接電流、動夾具位移等）進行實時、準確的記錄可以對焊接

38、工藝的調試做出指導。一焊機采用主從雙進行控制，其中下位機采用的是三菱公司的系列進行焊接的邏輯控制和能量控制；上位機采用的研華公司的工業(yè)控制計算機和工業(yè)級數據采集卡對焊接過程參數進行實時采集、顯示、分析和存儲。其中監(jiān)控程序采用微軟公司的行開發(fā)。系統(tǒng)組成如圖所示。在平臺下進西南交通大學碩士研究生學位論文第頁圖監(jiān)控系統(tǒng)構成框圖軟件設計技術要求監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用進行編寫，通過驅動研華數據卡對焊接參數：焊接電壓、電流有效值、位移量和油壓量進行實時采集；通過與之間通過串行通訊的方式讀取焊接過程中的階段信號；焊接結束后根據閃光速度、頂鍛量、燒化量、項鍛力和平均電流等條件來判斷接頭的好壞，并顯示閃光速度、頂鍛量

39、、燒化量、頂鍛力和平均電流等焊接數據：可以通過同報表、月報表、接頭數據等來查閱以前的焊接記錄；具有強大的焊接工藝參數管理功能。軟件設計簡介根據軟件功能的要求，本課題將數據采集與管理系統(tǒng)設計成四個模塊，即：系統(tǒng)管理模塊、工藝參數的設置模塊、在線數據檢測模塊、數據庫的管理模塊。監(jiān)控系統(tǒng)的軟件總結構框圖如圖所示。西南交通大學碩士研究生學位論文第頁閃光焊計算機監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)管理工藝參數設置在線檢測數據管理汕雛圖系統(tǒng)的軟件總結構框圖闡系統(tǒng)管理模塊分為個功能模塊：鋼軌型號管理和用戶管理。隨著冶煉技圖系統(tǒng)管理模塊界面術的發(fā)展以及鐵路發(fā)展的實際需要，新的鋼軌型號會不斷的產生，與之對應的是新的鋼軌焊接生產工藝，因

40、此要求鋼軌閃光焊計算機監(jiān)控系統(tǒng)在鋼軌類型的管理方面具有一定的擴展性，以滿足實際焊接生產發(fā)展的需要。圖一為系統(tǒng)管理模塊界面。在焊接生產中，焊接參數是存儲在中的寄存器中，但是的寄存器西南交通大學碩士研究生學位論文第頁空間是有限的，而在實際生產過程中，需要對工藝參數進行多次調試。這就要求需要上位機具有工藝參數的存儲、修改功能。工藝參數設置界面如圖所示。圖參數設置界面焊接參數的在線檢測模塊分為個部分：數據采集、數據顯示、數據計算和數據存儲“。每次焊接完成后的數據都會以接頭編號的數據庫形式進行保存。數據庫存放在以年、月、日命名的文件夾內。數據庫管理模塊包括日報表查詢與打印、月報表查詢與打印、圖形查詢與打

41、印以及焊接工作量的統(tǒng)計。設計的報表分為兩種形式，一是日報表，顯示這一天所焊接的每個接頭的最基本的信息；二是月報表，顯示這個月內每天所焊接頭的數目、質量合格與不合格的數量以及該月生產質量總情況。圖一為查詢的日報表和月報表。在某些特定的情況下，如調試工藝參數、分析焊接接頭斷頭原因等，需要將采集的焊接參數隨時間變化的趨勢以曲線的方式顯示出來，此時就需要軟件具有圖形查詢功能，如圖所示。西南交通大學碩士研究生學位論文第頁結論本文所研制的鋼軌交流閃光焊機通過調試和初步試運行得出以下結論：（）用鉗形夾緊機頭利用杠桿增壓的方式，夾緊力大，能滿足鋼軌焊接生產要求。（）閃光過程中動夾具的送進與后退通過控制比例伺服

42、閥完成，響應速度快、控西南交通大學碩士研究生學位論文第頁參考文獻孫立本，耿錦，賈炳義浙贛鐵路時速公里型長鋼軌基地焊接方案年全路鋼軌焊接及熱處理學術交流會論文集中國鐵道學會工務委員會鋼軌焊接及熱處理學組四川，成都，年月國機械程學會焊接學會焊接手冊第一卷（第二版）焊接方法與設備北京：機械工業(yè)出版社，、，（）：戴虹等玎鋼軌焊機新型程控調壓系統(tǒng)的研究西南交通人學學報，張末，張步云鐵路跨區(qū)間無縫線路中國鐵道出版社，：卜盧耀榮國外鐵路主要技術領域發(fā)展水平與趨勢中國鐵道出版社，：卜李光明，王其昌快速重載軌道技術手冊中國鐵道出版社鐵道部焊軌設備考察團鐵道部焊軌設備考察團訪問烏克蘭中國鐵路（）：郭希烈，馬紀龍無

43、縫線路長鋼軌焊接及其發(fā)展年月一，鋼軌焊接接頭技術條件鐵道部金化所（內部資料）楊來順鋼軌焊接工中國鐵道出版社，年月：，（）：張殿明，等。無縫線路理論與新技術西南交通大學碩士研究生學位論文第頁千治平，唐青，千克爭，預熱閃光焊機微機控制系統(tǒng)焊接學報第卷，（）：。，戴虹，呂其兵，駱德陽西南交通大學碩士研究生學位論文第頁攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文王會啟，駱德陽，孫宏博基于的便攜式氣壓焊數據采集系統(tǒng)電焊機年，第期西南交通大學碩士研究生學位論文第頁附錄：焊機輸入輸出接線圖西南交通大學碩士研究生學位論文第頁附錄：焊機繼電器板電氣原理圖UN5-150鋼軌交流閃光焊機研制作者：學位授予單位：王會啟西南交通大學參考

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50、09,39(10)K 900鋼軌交流閃光焊機是我國從前蘇聯(現烏克蘭)巴頓焊接研究所引進的移動式連續(xù)閃光焊杌,具有結構簡單、維修方便、維護費用低的特點.由于歷史原因,這些焊機都不具有脈動閃光焊工藝,難以焊接U75V這類焊接性較差的鋼軌.針對原K900焊機的不足,對K900的控制系統(tǒng)進行改進,重新編制了PLC控制程序,增加了脈動焊接工藝;細化焊接過程,將焊接階段由原來的五個階段增加為八個階段,可調參數由原來的13個增加為59個,使焊接工藝可調性更強,達到焊接U75V鋼軌的要求.2.學位論文 梁麗中 酸洗生產線中閃光焊機控制系統(tǒng)研究 2008隨著科學技術的發(fā)展，世界范圍的工業(yè)化和城市化速度越來越快，這也帶動了鋼材消費的迅猛增長。因此，鋼材生產的連續(xù)軋制技術備受各國關注，各大鋼材生產企業(yè)爭相發(fā)展引進先進生產技術。在冷軋酸洗車間，酸洗是冷軋生產線的第一道工序，酸洗板質量的好壞直接關系到后續(xù)深加工工藝的質