特殊工況條件下的鋼軌焊前處理裝備

■ 蔡建軍

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特殊工況條件下的鋼軌焊前處理裝備

■ 蔡建軍

摘 要：分析焊軌基地既有鋼軌焊前處理工藝及工裝的現(xiàn)狀。為滿足特殊工況條件下的鋼軌焊接生產(chǎn)需要，提出鋼軌焊前除冰雪及浮銹、除濕、烘干專用設(shè)備的設(shè)計(jì)方案，并介紹試驗(yàn)和試用情況。

關(guān)鍵詞：鋼軌；焊接；除冰雪；除濕；烘干

0　引言

全路統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)的百米鋼軌焊接基地的建設(shè)及運(yùn)用，為我國(guó)高鐵建設(shè)提供了優(yōu)質(zhì)焊接長(zhǎng)鋼軌。實(shí)現(xiàn)鋼軌焊接接頭內(nèi)在質(zhì)量的高可靠性、外觀質(zhì)量的高平順性，保證高鐵安全運(yùn)行，是每一個(gè)焊軌行業(yè)從業(yè)人員一直追求的目標(biāo)。為此，必須對(duì)鋼軌焊接生產(chǎn)全過程給予嚴(yán)密的管控，積極倡導(dǎo)“用設(shè)備保質(zhì)量、用設(shè)備保精度、用設(shè)備保環(huán)境”理念，以減少人為因素對(duì)焊接質(zhì)量的干擾。百米鋼軌焊接基地建成后，鋼軌焊接生產(chǎn)設(shè)備性能不斷優(yōu)化提升，但還是存在一些裝備上的不足，尤其是遇雨、雪、冰等特殊天氣或鋼軌表面銹蝕比較嚴(yán)重時(shí)，既有設(shè)備不能完全確保鋼軌焊接生產(chǎn)的正常開展，對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性帶來(lái)較大的干擾。因此，必須思考研發(fā)滿足特殊天氣條件下的專用設(shè)備。

1　鋼軌焊前處理作業(yè)現(xiàn)狀

目前，各焊軌基地對(duì)鋼軌的焊前處理普遍采用除銹機(jī)作業(yè)，鋼軌在干燥狀態(tài)時(shí)，各種除銹機(jī)均能夠滿足要求，但在雨、雪、冰等特殊天氣時(shí)鋼軌除銹效果明顯下降。

鋼軌因潮濕、表面存有冰雪或表面銹蝕比較嚴(yán)重，在焊軌生產(chǎn)線上走行時(shí)，鋼軌上殘余的水滴或表面浮銹對(duì)生產(chǎn)線的輥輪造成污染，使焊機(jī)短軌側(cè)輥道對(duì)地電阻下降或?qū)Φ囟搪?，最終出現(xiàn)短軌側(cè)鋼軌與輥輪之間電擊的嚴(yán)重后果。生產(chǎn)線輥輪對(duì)鋼軌除銹后的軌底除銹區(qū)域還可能產(chǎn)生二次污染（雨雪天氣特別嚴(yán)重），因此，生產(chǎn)線輥輪的污染同樣是影響焊接質(zhì)量穩(wěn)定的重要因素。

鋼軌焊接生產(chǎn)單位前期曾采用多種技術(shù)及工藝，如采用紅外加熱技術(shù)干燥鋼軌、采用風(fēng)刀技術(shù)除去鋼軌表面水分等，這些措施取得了一些成效，但綜合效果均有待進(jìn)一步完善。為了實(shí)現(xiàn)鋼軌焊接全天候生產(chǎn)，需要研發(fā)更好的專業(yè)設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)干燥鋼軌、去除鋼軌全長(zhǎng)表面浮銹、確保輥道線潔凈、保證對(duì)地電阻值等多種功能。

2　設(shè)計(jì)方案

2.1總體方案

采用高壓溫水噴射融化鋼軌表面冰雪，再刷輪處理未融化的殘余冰雪或表面浮銹比較嚴(yán)重的鋼軌，使存在冰雪的鋼軌變成潮濕鋼軌；應(yīng)用空氣動(dòng)力學(xué)的原理，利用既有成熟的風(fēng)刀技術(shù)，達(dá)到除濕的目的；選用高效節(jié)能的高頻（超音頻）感應(yīng)加熱技術(shù)對(duì)鋼軌除銹部位進(jìn)行烘干處理。將3種不同技術(shù)有機(jī)結(jié)合為一體，并可根據(jù)天氣狀況、鋼軌銹蝕程度，選擇運(yùn)行設(shè)備的相應(yīng)功能。

2.2設(shè)備安裝位置

可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件設(shè)置，一般情況下設(shè)在除銹工位前，百米鋼軌外觀檢測(cè)工位前或后（北方最好在檢測(cè)工位前）。

2.3設(shè)備組成

設(shè)備由除冰雪及浮銹、除濕、烘干3部分組成。

2.3.1除冰雪及浮銹

在封閉環(huán)境中，采用高壓溫水（北方用供熱系統(tǒng)熱水）噴射融化鋼軌表面冰雪，再用具備一定壓力的不銹鋼鋼絲刷輪處理未被融化的殘余冰雪，使存在冰雪的鋼軌變成潮濕鋼軌后進(jìn)入除濕模式處理。遇到表面浮銹特別嚴(yán)重的鋼軌，先在鋼軌表面噴水（此時(shí)可用常溫水）解決在鋼絲輪處理浮銹時(shí)產(chǎn)生的粉塵污染，然后再用具備一定壓力的不銹鋼鋼絲刷輪處理浮銹。對(duì)噴射鋼軌的污水采用多級(jí)沉淀的方式處理后循環(huán)使用。經(jīng)表面浮銹處理后的鋼軌變?yōu)槌睗皲撥壓筮M(jìn)入除濕模式處理。

根據(jù)鋼軌輸送的形式和特點(diǎn)，將百米鋼軌從百米軌朵吊裝至輥道，再輸送至設(shè)備安裝位置，通過輥輪和軌底之間的擠壓，到達(dá)設(shè)備位置時(shí)，軌底冰及浮銹已經(jīng)基本消除，且雪的堆積位置應(yīng)在鋼軌的上表面。在軌頂面和兩側(cè)軌底角的上表面設(shè)置3個(gè)不銹鋼絲輪刷，鋼絲刷輪壓力的大小是實(shí)現(xiàn)此功能的關(guān)鍵，根據(jù)鋼絲刷輪除銹機(jī)的使用經(jīng)驗(yàn)，此壓力不會(huì)太大，只需一個(gè)合適的壓力，就能達(dá)到預(yù)期效果。

2.3.2除濕

應(yīng)用空氣動(dòng)力學(xué)的原理利用風(fēng)刀帶動(dòng)周圍空氣對(duì)鋼軌表面進(jìn)行焊前除濕；風(fēng)刀除濕技術(shù)經(jīng)試驗(yàn)完全能夠達(dá)到預(yù)期目標(biāo)；利用空氣作為介質(zhì)，不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生污染，經(jīng)除濕處理后的不滴水鋼軌進(jìn)入烘干模式處理。除濕前后效果見圖1、圖2。

2.3.3烘干

烘干作業(yè)目的是為了提高鋼軌焊前除銹質(zhì)量的穩(wěn)定性，故烘干僅對(duì)百米鋼軌兩端各500 mm范圍實(shí)施（特殊情況下，也可對(duì)全長(zhǎng)鋼軌進(jìn)行表面干燥）；采用高效節(jié)能的高頻（超音頻）感應(yīng)加熱技術(shù)對(duì)鋼軌除銹部位進(jìn)行烘干處理。

為了保證鋼軌經(jīng)烘干處理后外觀不變形，要求僅對(duì)表面加熱，且表面加熱深度越淺，鋼軌外觀變形越?。谎b置熱效率越高，加熱時(shí)間越短。選擇IGBT高頻電源，該裝置采用頻率掃描逆變控制方式進(jìn)行頻率跟蹤調(diào)節(jié)和電壓、電流反饋實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制，保證加熱功率和頻率的穩(wěn)定輸出，滿足工藝要求。負(fù)載采用并聯(lián)諧振回路。設(shè)備具有線路簡(jiǎn)單、控制精度高、操作方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，它將50 Hz的三相工頻電流經(jīng)整流、濾波、逆變?yōu)?0 kHz的中頻、超音頻電流，輸送至感應(yīng)器，用于鋼軌烘干處理。能量效率高達(dá)92%，是當(dāng)今最為理想的節(jié)能型產(chǎn)品之一。烘干裝置示意見圖3。

圖1　除濕前　

圖2　除濕后

圖3　烘干裝置示意圖

3　工藝試驗(yàn)

為了達(dá)到預(yù)期效果，在電源生產(chǎn)廠進(jìn)行一系列模擬試驗(yàn)，最佳狀態(tài)為：鋼軌長(zhǎng)1.2 m；澆水后軌頂溫度為18 ℃時(shí)，給定功率30 kW，頻率30 kHz；感應(yīng)器長(zhǎng)度50 mm，軌端伸出感應(yīng)器100 mm（近端）；加熱至軌頂面溫度50 ℃停機(jī)用時(shí)10 s，鋼軌表面完全干燥用時(shí)60 s，軌頂面變形0.05 mm，作用面沒有變形量；當(dāng)鋼軌冷卻至常溫時(shí)軌頂面及作用面均沒有變形量。測(cè)量條件：用平直尺和塞尺，常溫測(cè)量。連續(xù)3次試驗(yàn)，數(shù)據(jù)基本一致。

4　設(shè)備作業(yè)模式及組合

4.1雨天模式

當(dāng)鋼軌頭部進(jìn)入除濕模式時(shí)啟動(dòng)除濕裝置，對(duì)百米鋼軌全長(zhǎng)除濕處理，經(jīng)除濕后的鋼軌沒有滴水現(xiàn)象，避免潮濕鋼軌對(duì)輥道線的污染；當(dāng)鋼軌端部和尾部進(jìn)入烘干模式時(shí)啟動(dòng)感應(yīng)加熱，對(duì)鋼軌除銹部位實(shí)施高頻低溫烘干，確保除銹質(zhì)量。此時(shí)鋼軌輸送停等或降速運(yùn)行。

4.2冰雪模式

對(duì)表面積有冰雪的鋼軌使用除冰雪及浮銹模式；對(duì)百米鋼軌全長(zhǎng)進(jìn)行除冰雪或除浮銹處理。處理完畢鋼軌端部進(jìn)入除濕模式和烘干模式作除濕、烘干處理。

考慮到百米焊軌基地具備二條流水線，為節(jié)約投資成本，可將污水處理和高頻電源的冷水機(jī)集成為一套。

5　結(jié)束語(yǔ)

特殊工況條件下的鋼軌焊前處理裝備，將焊前除鋼軌冰雪及浮銹、除濕和烘干作業(yè)3項(xiàng)功能整合在一起，可以根據(jù)工況條件選擇需要的模式。設(shè)備在蕪湖北焊軌基地進(jìn)行了試用，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

蔡建軍：上海鐵路局計(jì)劃統(tǒng)計(jì)處，工程師，上海，200071

責(zé)任編輯 苑曉蒙

中圖分類號(hào)：U213.9+2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-061X（2016）02-0069-02