專利名稱：一種交流鋼軌焊機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種交流鋼軌焊機(jī)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及軌道交通工程領(lǐng)域，特別涉及鋼軌焊機(jī)，尤其是一種交流鋼軌 焊機(jī)。
背景技術(shù)：
[0002]軌道交通(高鐵、普鐵、地鐵、輕軌、重軌)的高速發(fā)展導(dǎo)致了軌道機(jī)械質(zhì) 高、量大的需求，其中軌道敷設(shè)已全面采用無縫焊接工藝，以致全球大量需求高質(zhì)量的 軌道焊接設(shè)備?；诔杀尽⑿逝c可靠性，目前世界上多采用交流閃光焊接工藝，采 用單相變壓器降壓至6 7V后直接碰焊，碰焊電流峰值超過10萬安培，最大功率超過 500KVA。由于焊接過程的預(yù)閃、頂鍛階段，電源近似被短路而產(chǎn)生很大的沖擊電流，另 外因焊接工藝的需要必須對輸入電壓進(jìn)行調(diào)壓/變流處理，通常是采用雙向晶閘管進(jìn)行 移相調(diào)壓，從而導(dǎo)致電源的功率因素偏低，并產(chǎn)生較大的諧波電流，因而須配置高性能 的電源供給系統(tǒng)。當(dāng)焊接在固定的施工場合，若由市電網(wǎng)供電，問題相對容易解決。但 軌道施工通常是移動作業(yè)，因而，移動式柴油發(fā)電機(jī)為常規(guī)配置。那么對該移動式柴油 發(fā)電機(jī)的容量、抗沖擊能力、電壓調(diào)節(jié)器的勵磁能力與調(diào)節(jié)性能、可靠性均提出較高的 要求。[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，在軌道施工中應(yīng)用最多的是鋼軌焊機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示， 采用恒速運(yùn)行的柴油發(fā)動機(jī)拖動恒壓、恒頻運(yùn)行的三相交流電勵磁同步發(fā)電機(jī)。通過大 電流的雙向晶閘管與焊接設(shè)備的單相變壓器的初級繞組連接，焊接的輸出電流由系統(tǒng)程 序根據(jù)工藝要求控制雙向晶閘管的導(dǎo)通角實(shí)現(xiàn)調(diào)壓/變流。輔助液壓動力由三相電動機(jī) 拖動的液壓泵提供。由于采用晶間管進(jìn)行移相調(diào)壓，移相斬波導(dǎo)致電流產(chǎn)生大量的高次 諧波，高次諧波分量限制了變壓器及發(fā)電機(jī)的輸出功率，并導(dǎo)致相關(guān)部件、器件發(fā)熱產(chǎn) 生損耗。另外移相調(diào)壓使發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)下降，進(jìn)一步導(dǎo)致能耗增加。另外，一個更 大的技術(shù)缺陷是由單相變壓器直接降壓方式進(jìn)行焊接，具有設(shè)備簡單、抗大短路電流 沖擊能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但由于該變壓器是單相運(yùn)行，對普通的三相電源，特別是常用的柴 油機(jī)驅(qū)動的三相同步發(fā)電機(jī)，缺一相應(yīng)用，電機(jī)的最高利用率只有0.577，而單相不對稱 運(yùn)行導(dǎo)致發(fā)電機(jī)產(chǎn)生大量的負(fù)序電流和零序電流，這些負(fù)序電流和零序電流會大大增加 發(fā)電機(jī)的功率損耗及震動，降低了發(fā)電機(jī)的效率與使用壽命。通常的同步發(fā)電機(jī)均須采 用自動電壓調(diào)節(jié)器進(jìn)行勵磁/輸出電壓調(diào)節(jié)。當(dāng)焊接在預(yù)閃階段(變壓器輸出近似被短 路，將需求三倍以上的輸入功率)，發(fā)電機(jī)被突加超過100%負(fù)載，由于勵磁調(diào)節(jié)電流的 滯后，發(fā)電機(jī)輸出電壓必然會產(chǎn)生較大的瞬態(tài)下跌偏差(瞬態(tài)偏差大于_30%，恢復(fù)時(shí)間 1 2秒)，導(dǎo)致閃光焊接質(zhì)量下降。為了提高焊接的成功率，通常是選配為單相變壓器 3倍容量的發(fā)電機(jī)(例如50%暫載率設(shè)計(jì)，250KVA的焊接變壓器，多配置750KVA 1000KVA的發(fā)電機(jī))。發(fā)電機(jī)的功率選大了，拖動的發(fā)動機(jī)也須同時(shí)加大配給功率，當(dāng) 然系統(tǒng)的能耗、體積及造價(jià)也同時(shí)增大了。[0004]現(xiàn)有的移動式鋼軌焊機(jī)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能耗大、造價(jià)高、體積大等缺陷。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能耗低的交流鋼軌焊機(jī)。一種交流鋼軌焊機(jī)，包括液壓泵、發(fā)電機(jī)、發(fā)動機(jī)以及單相變壓器以及一對焊接電極；發(fā)電機(jī)由發(fā)動機(jī)驅(qū)動，液壓泵由發(fā)電機(jī)驅(qū)動，發(fā)電機(jī)與單相變壓器的初級繞組 電氣連接，單相變壓器的次級繞組與焊接電極電氣連接，發(fā)動機(jī)包括調(diào)速器，其特征在 于發(fā)電機(jī)為單相永磁發(fā)電機(jī)，包括前輸入軸和后輸出軸，前輸入軸與發(fā)動機(jī)的主軸機(jī) 械連接，后輸出軸與液壓泵機(jī)械連接。進(jìn)一步的，還包括用于檢測單相變壓器的初級繞組的電流的電流互感器以及電 流-速度調(diào)節(jié)器，電流互感器與電流-速度調(diào)節(jié)器電氣連接，電流-速度調(diào)節(jié)器與調(diào)速器 電氣連接。調(diào)速器受電流-速度調(diào)節(jié)器控制，電流-速度調(diào)節(jié)器根據(jù)電流互感器檢測的 電流來控制調(diào)速器，實(shí)現(xiàn)電流/速度閉環(huán)調(diào)節(jié)。進(jìn)一步的，所述的電流_速度調(diào)節(jié)器為以電流/速度閉環(huán)調(diào)節(jié)的PID調(diào)節(jié)器。進(jìn)一步的，還包括飛輪，飛輪通常設(shè)于發(fā)電機(jī)的前輸入軸，也可以設(shè)于發(fā)電機(jī) 的后輸出軸，也可以在發(fā)電機(jī)的前輸入軸和后輸出軸同時(shí)各設(shè)置一個飛輪。進(jìn)一步的， 所述的飛輪為鋼制蓄能慣性輪。進(jìn)一步的，所述的發(fā)動機(jī)為柴油機(jī)或燃?xì)鈾C(jī)。配置于發(fā)動機(jī)中的調(diào)速器通常為電子控制調(diào)速器或電噴控制調(diào)速器。本實(shí)用新型的終端焊接工藝仍然采用由單相工頻變壓器直接降壓進(jìn)行鋼軌閃光 焊接的方式，但供電的發(fā)電機(jī)采用了大功率的單相永磁發(fā)電機(jī)，因永磁發(fā)電機(jī)的輸出電 壓與轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系，由程序控制發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速可達(dá)到精確調(diào)壓/控流，滿足各個階段 變電流焊接的工藝要求。又由于永磁發(fā)電機(jī)不需要外給定勵磁電流來建立電壓而具有優(yōu) 秀的瞬態(tài)響應(yīng)特性，突加100%的負(fù)載時(shí)，其瞬態(tài)電壓偏差基本等于穩(wěn)態(tài)電壓偏差。通 過優(yōu)化永磁體的設(shè)計(jì)可使電機(jī)的穩(wěn)態(tài)電壓偏差達(dá)到^-2.5%。輔助液壓動力由永磁發(fā)電機(jī) 的后輸出軸直接拖動液壓泵提供。本實(shí)用新型從根本上解決了三相發(fā)電機(jī)缺相運(yùn)行的問 題，從而大大提高了發(fā)電機(jī)的效率。所以在同等焊接變壓器的情況下，發(fā)電機(jī)、發(fā)動機(jī) 的容量比現(xiàn)有技術(shù)可大大降低，如按50%暫載率設(shè)計(jì)，250KVA的焊接變壓器，本實(shí)用 新型配置400KVA 450KVA的單相永磁發(fā)電機(jī)就能滿足工藝要求，而現(xiàn)有技術(shù)通常是配 置750 1000KVA的三相發(fā)電機(jī)。本實(shí)用新型利用包括前后兩軸的發(fā)電機(jī)，液壓動力由發(fā)動機(jī)通過發(fā)電機(jī)的后輸 出軸直接拖動，省去了輔助動力的電動機(jī)及配電，結(jié)構(gòu)更為簡單且更為實(shí)用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)1、采用永磁同步發(fā)電機(jī)作焊接電源，除了比通常的電勵磁同步發(fā)電機(jī)具有更強(qiáng) 的瞬態(tài)帶載能力外，而且體積更小、更輕、效率更高。2、批量生產(chǎn)的永磁發(fā)電機(jī)比同功率的電勵磁發(fā)電機(jī)制造成本更低。3、取消了極大影響發(fā)電機(jī)可靠性的電子式電壓調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)可靠性進(jìn)一步得以提尚。4、由于直接采用調(diào)速實(shí)現(xiàn)調(diào)壓，電流波形沒有畸變，而使發(fā)電機(jī)、變壓器的功 率因素大大提高，因諧波而導(dǎo)致的損耗也降到最低，焊接質(zhì)量也更有保證。[0019]5、所配置的發(fā)動機(jī)功率也相比過往的設(shè)計(jì)大為下降，另外在小電流工作階段， 發(fā)動機(jī)以相對較低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，對能耗及延長發(fā)動機(jī)的壽命均有利。本實(shí)用新型的裝備有 明顯節(jié)能效益。[0020]6、液壓泵由發(fā)電機(jī)的后輸出軸直接驅(qū)動，省卻相關(guān)的驅(qū)動電動機(jī)和配電設(shè)施。[0021]7、交流鋼軌焊機(jī)的發(fā)動機(jī)輸出配備飛輪，改善了發(fā)動機(jī)在預(yù)閃階段的瞬態(tài)特 性，進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量。[0022]8、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單，易于推廣，而且成套設(shè)備的成本也大為下降。

[0023]圖1是本實(shí)用新型的交流鋼軌焊機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。[0024]圖2是現(xiàn)有交流鋼軌焊機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
[0025]
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作詳細(xì)描述。[0026]如圖1所示，本實(shí)用新型的交流鋼軌焊機(jī)包括液壓泵1、單相永磁發(fā)電機(jī)2、飛 輪3、發(fā)動機(jī)4、調(diào)速器5、電流-速度調(diào)節(jié)器6、電流互感器7、單相變壓器8、焊接電 極9。所述的交流鋼軌焊機(jī)由發(fā)動機(jī)4的主軸機(jī)械連接飛輪3，飛輪3機(jī)械連接單相永磁 發(fā)電機(jī)2的前輸入軸，單相永磁發(fā)電機(jī)2的后輸出軸機(jī)械連接液壓泵1，單相永磁發(fā)電機(jī) 2的電源輸出端電氣連接單相變壓器8的初級繞組，單相變壓器8的次級繞組電氣連接焊 接電極9，焊接過程中，焊接電極9電氣連接鋼軌10。電流互感器7的感應(yīng)端安裝于單相 永磁發(fā)電機(jī)2的電源輸出回路，用于檢測單相變壓器8的初級繞組的電流(單相永磁發(fā)電 機(jī)2的輸出電流)，電流互感器7的輸出端連接電流-速度調(diào)節(jié)器6的輸入端，電流-速 度調(diào)節(jié)器6的控制輸出端電氣連接調(diào)速器5。[0027]本實(shí)用新型的工作原理為由柴油機(jī)4同軸驅(qū)動儲能飛輪3、單相永磁發(fā)電機(jī)2 及液壓泵1，單相永磁發(fā)電機(jī)2輸出電源端電氣連接單相變壓器8初級繞組，單相變壓器 8經(jīng)次級繞組降壓后通過焊接電極9對鋼軌10進(jìn)行閃光焊接。液壓泵1所產(chǎn)生的液壓動 力供給系統(tǒng)的液壓站使用。電流-速度調(diào)節(jié)器6根據(jù)鋼軌焊接工藝所需要的焊接電流由 程序進(jìn)行設(shè)定。焊接工作時(shí)，電流-速度調(diào)節(jié)器6根據(jù)電流互感器7所感應(yīng)單相永磁發(fā) 電機(jī)2的輸出電流，反饋給調(diào)速器5，通過調(diào)速器5閉環(huán)調(diào)整發(fā)動機(jī)4的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，滿足 (變速一調(diào)壓一)調(diào)節(jié)電流的工藝要求。[0028]圖2是現(xiàn)有交流鋼軌焊機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。恒壓、恒頻、電勵磁三相同步發(fā)電機(jī) 11由恒速運(yùn)行發(fā)動機(jī)12驅(qū)動，三相電動機(jī)13由三相同步發(fā)電機(jī)11驅(qū)動，液壓泵15由 三相電動機(jī)13驅(qū)動，恒速運(yùn)行發(fā)動機(jī)12內(nèi)置恒速調(diào)速器18;單相變壓器19是焊接變壓 器，初級繞組接三相同步發(fā)電機(jī)11的其中2相輸出，次級線圈接焊接電極20，焊機(jī)作業(yè) 時(shí)，焊接電極20與鋼軌21相連。晶閘管14和電流互感器17設(shè)置于單相變壓器19的初 級繞組的回路中，電流互感器17用于檢測電流，晶閘管14用于相移調(diào)壓，電流檢測與控 制系統(tǒng)16獲取電流互感器17的電流信號后控制晶閘管14的導(dǎo)通角。[0029]從圖1、圖2對比可以看出，本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單，取消了極大影響發(fā) 電機(jī)可靠性的電子式電壓調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)可靠性得以提高。本實(shí)用新型由于直接采用調(diào)速實(shí)現(xiàn)調(diào)壓，取消了大功率的晶閘管，除系統(tǒng)節(jié)能與可靠性提高，更因?yàn)殡娏鞑ㄐ螞]有畸 變，而使發(fā)電機(jī)、變壓器的功率因素大大提高，因諧波而導(dǎo)致的損耗也降到最低，配套 容量也因此下降 ，焊接質(zhì)量也更有保證。液壓泵由發(fā)電機(jī)的后輸出軸直接驅(qū)動，省卻相 關(guān)的驅(qū)動電動機(jī)和配電設(shè)施，而且成套設(shè)備的成本也進(jìn)一步下降。
權(quán)利要求1.一種交流鋼軌焊機(jī)，包括液壓泵(1)、發(fā)電機(jī)(2)、發(fā)動機(jī)(4)以及單相變壓器(8) 以及一對焊接電極(9)；發(fā)電機(jī)(2)由發(fā)動機(jī)⑷驅(qū)動，液壓泵(1)由發(fā)電機(jī)(2)驅(qū)動， 發(fā)電機(jī)⑵與單相變壓器⑶的初級繞組電氣連接，單相變壓器⑶的次級繞組與焊接電 極(9)電氣連接，發(fā)動機(jī)(4)包括調(diào)速器(5)，其特征在于發(fā)電機(jī)(2)為單相永磁發(fā)電 機(jī)，包括前輸入軸和后輸出軸，前輸入軸與發(fā)動機(jī)(4)的主軸機(jī)械連接，后輸出軸與液 壓泵(1)機(jī)械連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流鋼軌焊機(jī)，其特征在于還包括用于檢測單相變壓器 ⑶的初級繞組的電流的電流互感器(7)以及電流-速度調(diào)節(jié)器(6)，電流互感器(7)與 電流-速度調(diào)節(jié)器(6)電氣連接，電流-速度調(diào)節(jié)器(6)與調(diào)速器(5)電氣連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流鋼軌焊機(jī)，其特征在于所述的電流-速度調(diào)節(jié)器(6)為 以電流/速度閉環(huán)調(diào)節(jié)的PID調(diào)節(jié)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的交流鋼軌焊機(jī)，其特征在于還包括飛輪(3)， 飛輪(3)設(shè)于發(fā)電機(jī)(2)的前輸入軸和/或后輸出軸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的交流鋼軌焊機(jī)，其特征在于所述的飛輪(3)為鋼制蓄能慣性輪。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的交流鋼軌焊機(jī)，其特征在于所述的發(fā)動機(jī)(4)為 柴油機(jī)或燃?xì)鈾C(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的交流鋼軌焊機(jī)，其特征在于所述的調(diào)速器(5)為 電子控制調(diào)速器或電噴控制調(diào)速器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種交流鋼軌焊機(jī)，包括液壓泵、發(fā)電機(jī)、發(fā)動機(jī)以及單相變壓器以及一對焊接電極；發(fā)電機(jī)由發(fā)動機(jī)驅(qū)動，液壓泵由發(fā)電機(jī)驅(qū)動，發(fā)電機(jī)與單相變壓器的初級繞組電氣連接，單相變壓器的次級繞組與焊接電極電氣連接，發(fā)動機(jī)包括調(diào)速器，其特征在于發(fā)電機(jī)為單相永磁發(fā)電機(jī)，包括前輸入軸和后輸出軸，前輸入軸與發(fā)動機(jī)的主軸機(jī)械連接，后輸出軸與液壓泵機(jī)械連接。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，所配置的發(fā)動機(jī)功率相比過往的設(shè)計(jì)可大為下降，從而節(jié)能、造價(jià)低。
文檔編號B23K11/24GK201799769SQ20102054861
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者鄭全, 鄭浩 申請人:廣州三業(yè)科技有限公司