專利名稱：一種交流鋼軌焊機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明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)：
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?、效率與可靠性，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，通常是采用雙向晶間管進(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?，F(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，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，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) 也須同時加大配給功率，當(dāng)然系統(tǒng)的能耗、體積及造價也同時增大了?，F(xiàn)有的移動式鋼軌焊機(jī)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能耗大、造價高、體積大等缺陷。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能耗低的交流鋼軌焊機(jī)。
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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。本發(fā)明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，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。本發(fā)明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，250KVA的焊接變壓器，本發(fā)明配置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)。本發(fā)明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)更為簡單且更為實用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點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)一步得以提高。4、由于直接采用調(diào)速實現(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。5、所配置的發(fā)動機(jī)功率也相比過往的設(shè)計大為下降，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。本發(fā)明的裝備有明顯節(jié)能 效益。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。
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。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。
圖1是本發(fā)明的交流鋼軌焊機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是現(xiàn)有交流鋼軌焊機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)描述。如圖1所示，本發(fā)明的交流鋼軌焊機(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。本發(fā)明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，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。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，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。從圖1、圖2對比可以看出，本發(fā)明系統(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。本發(fā)明由于直接采用調(diào)速實現(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，更因為電流波形沒有畸變，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，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
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)(4)驅(qū)動，液壓泵(1)由發(fā)電機(jī)(2)驅(qū)動，發(fā)電機(jī)(2)與單相變壓器(8)的初級繞組電氣連接，單相變壓器(8)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⑵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。
全文摘要
本發(fā)明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。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，所配置的發(fā)動機(jī)功率相比過往的設(shè)計可大為下降，從而節(jié)能、造價低。
文檔編號B23K11/24GK101954533SQ201010297368
公開日2011年1月26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