无缝线路焊接修复施工技术研究

2016-06-27魏敏

轨道交通装备与技术 2016年4期

关键词：伤损焊机支腿

魏敏

(中国铁建高新装备股份有限公司北京 100070 )

无缝线路焊接修复施工技术研究

魏敏

(中国铁建高新装备股份有限公司北京 100070 )

通过优化移动式气压焊轨车液压支腿，满足焊接修复作业时将整车顶起的要求，并制定了相应的作业方法，为解决伤损线路的永久修复提供了一种新的施工方案。

气压焊轨车；焊接修复；无应力焊；带应力焊

1 技术背景

无缝线路钢轨在服役过程中会产生一些局部伤损(见图1)，在线路维护过程中，需要将损伤钢轨切除，并插入新钢轨。按照线路铺设的要求，分别将新钢轨进行无应力焊接和带应力焊接，从而连入线路当中，使线路快速恢复到运营状态。由于闪光接触焊对带应力焊接工况适应性差，闪光过程难以稳定控制，不得不采用铝热焊方法对伤损钢轨进行修复。然而铝热焊焊接接头综合性能差，在线服役焊接接头断头率高，危及行车安全[1]。

图1 钢轨局部伤损

气压焊轨车的作业全过程采用了恒位移控制和保压焊接、热处理工艺，对带应力焊接具有良好的适应性和焊轨工艺稳定性。恒位移控制焊轨工艺能自动补偿锁定线路阻力，施工过程稳定、安全性好，易于实现线路一次锁定，不需二次放散。如今移动式气压焊轨车(以下简称气压焊轨车)已经广泛应用于各铁路局的线路换铺作业中，在焊接修复(以下简称焊复)作业中进行带应力焊接时，需将两股钢轨垫起形成10‰的坡道，气压焊轨车爬坡至施工位置进行作业(见图2)。采用爬坡的施工方式，不仅会对没有伤损的钢轨产生扰动，而且会占用“天窗”时间。因此需对气压焊轨车及施工方法进行研究，有效解决无缝线路伤损段焊复作业的问题。

图2 焊复作业

2 车体的优化

气压焊轨车配备了GPW-1200气压焊轨机，焊机作业时，加热器需穿过钢轨轨底面，同时焊接时加热器摆动需高过道钉，因此焊口处钢轨需抬高200mm。但是目前的气压焊轨车配备的支腿无法满足施工要求，需对液压支腿进行优化。移动式气压焊轨车车架总长为17 400mm，心盘距11 200mm，轴距1 800mm，焊口距心盘5 200mm，焊机重3.5t。气压焊轨车轴重分布如下：轮对1为13.58t，左轮重6.74t，右轮重6.84t；轮对2轴重为14.85t，左轮重7.46t，右轮重7.39t；轮对3轴重为14.9t，左轮重7.83t，右轮重7.1t；轮对4轴重为14.23t，左轮重7.51t，右轮重6.72t，其中轮对4为焊机方向。

顶车时支腿需传递较大的侧向力，因此支腿采用套筒形式，外套筒采用300mm×12mm方管，内侧配有12.5mm尼龙板，内套筒采用250mm×10mm方管，外侧配有12.5mm尼龙板(见图3)，支撑油缸外径180mm，缸径150mm，杆径105mm，行程900mm。油压为16MPa，每个液压支腿可承受28.8t，完全满足顶车的要求。

1—外套筒；2—内套筒；3—支腿油缸；4—支座；5—下尼龙板；6-上尼龙板。(a) 液压支腿结构

(b) 液压支腿分布图3 优化后的液压支腿

顶升车体时，转向架通过锁闭油缸来悬挂。锁闭油缸参数：内径80mm，活塞杆36mm，油压设为20MPa，拉紧力80.1kN，从动转向架重约4t，弹簧刚度系数为1 450.8N/mm，自由高429mm，全压缩高285mm，4个拉紧油缸拉力为320.5kN，采用拉紧油缸悬挂转向架，弹簧高332mm，弹簧装车高度为340mm。因此，在顶车过程中，弹簧不会释放。

3 施工方案

由于重伤线路需要切除伤轨，插入新轨，需要焊接2个接头，因此该种施工工序主要分为无应力焊头和带应力焊头2个作业工序。根据伤损情况及位置，确定插入钢轨长度A，对施工线路进行排尺作业，确定钢轨焊复位置，即无应力焊接1#头和带应力焊接2#头位置。

3.1 无应力焊头

(1)焊前准备：①从无应力焊头侧倒序向带应力焊头排尺、锯轨；②松开无应力焊头远端单股30m扣件、钢轨垫高出槽，放置于距本线500mm位置；③按线下焊工况进行原始轨、插入轨的垫轨，端磨除锈、顺轨，使焊口平顺。

(2)焊轨作业：焊轨车运行至无应力焊头施工处，完成1#保留旧轨与插入新轨的焊接及热处理。

(3)焊后处理：钢轨拨入槽、焊头粗打磨、矫直、精整、探伤、平直度测量、轨距调整，线路锁定，作业数据归档、质量验收。

3.2 带应力焊头

1#头无应力焊接完成后，收回焊机，焊轨车退出钢轨插入施工区域。

3.2.1 焊前准备

(1)根据施工条件，计算出伤损的钢轨需锯切的长度，并对旧轨排尺、锯轨。按公式(1)计算钢轨锯切长度(该长度指端磨完之后的值)：

X=A-2×B+C+(T-T1)×A×а

(1)

式中：X 为锯切长度，mm；A为插入钢轨长度，mm；B为单个焊接接头的顶锻量，mm；C为调节参数(施工时给线路提高锁定轨温的调节值)，mm；T为锁定轨温，℃；T1为施工轨温，℃；a为钢轨温度线长系数， a=0.0118mm/m·℃[2]。

(2)根据焊接顶锻量、施工轨温和锁定轨温等实际情况，在拨弯前，计算出两端钢轨支垫好之后的搭接量，再进行锯轨、除锈和端磨。

(3)将插入钢轨端进行拨弯，拨弯位置从焊接工位起往1#头方向大于50m处，将钢轨向外拨一小弯；使焊缝处最终保留20mm的缝隙，可利用焊机的拉伸能力完成焊接合缝。

(4)在进行拨弯的同时，焊轨车运行至2#带应力焊焊头施工处，并解除车体下方钢轨的扣件。焊轨车开始作业，转向架与车架锁闭油缸小腔进油，转向架与车体锁闭。采用车体端部的液压支腿将车顶起，当支腿油缸行程s=720mm时，车体升起后再通过起压机将静端线上钢轨(即车体下方钢轨)顶起，并在距离心盘处1 095mm处的钢轨下方放置静端支撑工装，从而使焊口处钢轨抬升200mm，满足焊机工作要求。动端方向距离焊口1 535mm处安装动端支撑工装，施工示意图如图4所示。

3.2.2 焊轨作业及焊后处理

按一次锁定线路施工要求、基本焊轨作业工序完成2#头的焊接、热处理作业。焊后处理与线上焊的工序相同。