焊前除锈工作要求及流程图

图4-5所示为除锈工序，清除距轨端100～300mm范围内的轨顶和轨底的铁锈以及钢轨端部的铁锈和油污等，采用除锈机清除钢轨表面锈斑、脏物以及其他有害物质，保证焊机的电极与钢轨有良好的导电性能。钢轨的焊接质量与端面的除锈质量有重要关系，必须十分严格地对钢轨电极面、端面进行除锈处理。处理好的钢轨除锈面应显出金属光泽，在距端面400mm以内的钢轨应无锈垢。母材打磨深度不超过0.2mm。焊前轨面除锈时，打磨光泽应达到母材的90%以上。除锈结束后，用除锈质量专用检验表测量，并且及时、准确、真实填写除锈记录。

经除锈机打磨除锈后应保证钢轨端面，钢轨母材与焊机导电钳口接触面，呈现金属光泽。

钢轨轨端必须进行全断面除锈；轨顶面除锈宽度≥40mm（新轮廓60N轨轨顶面除锈宽度≥30mm），轨顶面除锈区必须覆盖距轨端100～320mm，除锈长度不小于220mm，除锈部位允许出现一定盲区，除锈盲区总面积不超过2 000mm2；轨底除锈宽度≥120mm，轨底板除锈区必须覆盖距轨端80～320mm，除锈长度不小于240mm，除锈部位允许出现一定盲区，除锈盲区总面积不超过6 000mm2；轨端除锈盲区面积不超过钢轨端面总面积的30%（图4-5）。

图4-5　除锈

普速钢轨轨面磨削深度不超过0.2mm，高速钢轨轨面磨削深度不超过0.1mm。

钢轨端面斜度：普速轨，不得大于0.8mm，高速轨，不得大于0.6mm。

轨顶面打磨后要保持原曲面形状，除锈后钢轨与焊机导电钳口接触面及端面严禁二次污染，如有污染必须重新处理。除锈后的钢轨，要求在24h内使用完毕，超时未用完钢轨，焊接前必须采用人工辅助除锈。

目前国内钢轨的储运条件都是露天存放在室外，在钢轨进行焊接之前钢轨已经锈蚀，而闪光焊焊接过程中需要焊机的电极与钢轨之间有良好的导电性，为保证钢轨与焊机电极有良好的导电性，确保焊接接头质量，必须在焊前对钢轨进行除锈作业。

目前的钢轨焊前除锈作业方法有：第一种是使用手持式砂轮机进行人工除锈，这种除锈方法因除锈后的钢轨与焊机电极不能完全密贴，导致两者间的接触电阻大影响导电性，同时由于采用人工作业，还存在劳动强度大、灰尘大污染环境、所需人员多且砂轮消耗量大而不经济等不足，目前该方法已基本被淘汰，仅在各种临时场合使用；第二种是采用千叶轮等进行除锈工作，其轨顶、轨底除锈作业的深度无法可靠调节，不能达到相关工艺标准。轨端除锈采用筒形钢丝刷，新滚筒除锈效果好，但作业一段时间滚筒磨损成月牙形后，其除锈效果下降较多。第三种是采用除锈机进行。

4.1.4.1　钢轨除锈机

钢轨焊前除锈机由移动小车、钢轨夹具、除锈机构、液压系统、电气系统、防护罩、基础及预埋件、吸尘系统等组成。

GQCX-220除锈机主要技术参数如下：

杯型扭丝钢丝刷直径：180mm。

砂带宽度：（220±2）mm。

轨顶除锈宽度：30～60mm。

轨底除锈宽度：30～150mm。

整机移动距离：1 800mm。

整机最大移动速度：0.15m/s。

工作电源：（380±38）V，50Hz。

整机功率：31.5kW。

整机重量：4.5t。

轮廓尺寸：6 230mm×2 390mm×2 200mm。

除锈机除锈作业流程如图4-6所示。

图4-6　除锈作业流程图

1）移动小车用于安装走行机构、各种作业机构、夹具等，两端有防撞缓冲装置，底部设置有走行油缸和格雷母线定位装置。

2）钢轨夹具分为岸边夹具和固定夹具，岸边夹具用于除锈作业时夹紧钢轨，夹紧方式为轨顶下压式；固定夹具夹紧方式为滚轮下压式。

3）除锈机构分为轨端除锈机构、轨顶除锈机构、轨底除锈机构。轨端除锈机构安装在车架上，沿钢轨端面上下摆动进行端面除锈。轨顶除锈机构安装在车架上，沿钢轨横向方向进行轨顶除锈作业，轨顶除锈机构如图4-7、图4-8所示。轨底除锈机构结构与轨顶除锈机构基本相同，安装方向相反。

4）液压系统实现移动小车走行、钢轨夹紧与放松、除锈机构的位置调节功能。

5）电气系统由电气控制系统、格雷母线定位系统等组成，实现除锈机的水平位移检测、除锈机构位置检查、夹紧机构位置检测、自动控制功能。

图4-7　轨顶除锈机构作业示意图

图4-8　轨顶除锈机

6）防护罩用于隔离噪声及粉尘，提高作业环境。基础及预埋件用于安装设备，承受设备的重量。

7）吸尘系统用于收集作业时的粉尘，以免逸散后污染环境。

4.1.4.2　调直除锈一体机（图4-9）

（1）设备主要规格及技术参数

垂直方向的最大校直力：3 200 kN。

水平方向的最大校直力：1 200 kN。

图4-9　调直除锈一体机

垂直方向的油缸行程：235 mm。

水平方向的油缸行程：220 mm。

可切换支点间距离：700/1 000 mm。

对钢轨的有效测量长度：≤1 300 mm。

测量精度：＜±0.05 mm。

端面除锈刷轮直径：240 mm。

端面除锈刷轮行程：420 mm。

电极接触面除锈砂带宽度：轨顶100 mm。

轨底：160 mm。

电极接触面有效除锈面积：轨顶40mm×230 mm。(www.xing528.com)

轨底：130mm×230 mm。

砂带使用寿命：80～100头。

整机作业方向移动距离：±1 500 mm。

整机移动速度变频可调。

电源总功率（不含辅助装置）：35 kW。

设备输入电源电压：380V/3φ/50Hz。

设备控制电压直流：24 V。

整机的外形尺寸：4 800mm×3 250mm×2 950mm。

整机总重量约：30t。

（2）设备的工作原理

设备由自动激光测量系统，液压校直、液压除锈系统，校直压力反馈系统，校直支点位置控制系统，基础平台作业方向调整移动等多项协调完成对作业钢轨的测量、校直、除锈。

1）自动激光测量系统。自动激光测量系统是用来对长度为1 300mm范围的作业钢轨在线进行水平和垂直两个方向的直线度自动检测，运用国外最新推出的高精度激光位移传感器作为检测元件，与纵向行走编码器配合，对钢轨的顶面及两个侧面进行等距逐点间隔扫描，采集数据，经计算机数据分析处理后，把测量得到的结果以彩色二维曲线的图形方式显示在触摸显示屏上。

图4-10　测量系统的原理框图

2）液压校直系统。当校直工作处于待机状态，两个校直油缸均由程序控制自动回复到初始的工作位置。

垂直方向的油缸退回到最高位置。

水平方向的油缸退回到最后位置。

此时将留出空间位置不会因作业钢轨的流动而引起碰撞。

为防止垂直油缸因自身的重量慢慢向下移动，当液压系统受电工作时，系统有一个1.5MPa（15bar）的工作压力将垂直油缸保持在高位，当液压系统失电不工作时，可用一个机械锁定装置将垂直油缸保持在高位。液压调直操作由四方向电子控制的操作手柄进行操作，手柄的每一操作方向对应相应的校直油缸的运动。由于四方向电子控制的十字操作手柄具有互锁的功能，任何情况下只能进行一个方向的校直操作。电子控制的十字操作手柄顶部有一个按钮，只有顶部的按钮被按住，校直操作才能进行。当电子控制的十字操作手柄顶部的按钮被释放，此时四向校直油缸均由程序控制自动回复到初始的工作位置。当电子控制的十字操作手柄顶部的按钮被按住后继续往任一方向推动，此时校直作业开始进行及相应的校直油缸带动校直施力点快速接近作业钢轨。当校直施力支点与作业钢轨接触后，液压系统的压力瞬间升高，此时校直油缸的运动速度立即切换到慢速运动，随着十字操作手柄继续往前推，液压系统的工作压力会相应地升高，直至达到校直作业钢轨弯曲变形所需的作用力。

3）校直压力反馈系统。在对作业钢轨进行施力校直的操作过程中，可直接观看操作显示屏所显示的动态图表以了解当前校直施力状态下作业钢轨所受的校直力，用以控制作业钢轨的校直质量。压力反馈系统是通过安装在液压系统中压力传感器实时采集数据，由计算机系统进行数据处理后传输到显示屏。显示校直作用力的图标内容为两栏，其中一栏是动态刷新的，另一栏为保持当前校直状态下的最大值，为下一次校直提供参考。

4）校直支点位置控制系统。可移动的支点机构，采用油缸控制支点挡板移动，每个方向支点共有两挡700和1 000，支点调整后可以白色竖线显示在测量画面上，在整个1 300mm有效测量范围内，白色竖线棒所在的位置就等于实际支点所在的位置。

5）基础平台作业方向的位置调整移动。基础平台通过电机驱动可在钢轨输送流动方向运动。当钢轨进入作业区域开始作业时，此时钢轨即被锁定在输送线上。基础平台通过计算机的位置控制，自动调整钢轨轨端依次进入作业区域内的3个工位。

6）钢轨端面刷轮除锈。钢轨端面刷轮除锈主要去除露天存放时钢轨端面产生的氧化物及黏附的颗粒杂质。作业时，基础平台通过位置控制自动运行至端面除锈工位。轨端在这一工位被夹紧，高速旋转的钢丝刷轮从上往下快速接近轨端面，然后以工进速度进行除锈，除锈完成后刷轮快速返回。在钢轨端面除锈工位的下方设计有一个除尘吸风口，以去除除锈时产生的金属尘埃。为适应一根钢轨的两端都能有效进行端面除锈，在端面刷轮的摆动轴设计有专门的张紧机构，以确保刷轮除锈时对轨端面保持一个恒定的接触压力，并通过计算机程序控制对左右端面除锈时切换刷轮的旋转方向。

7）轨端踏面和底面的焊接电极接触面砂带除锈。作业时，钢轨进入除锈工位后，由夹具进行夹紧。随后上下除锈磨头带着砂带旋转同时对钢轨踏面轨底除锈。由于钢轨踏面与底面均是多个圆弧合成的曲线截面，因此砂带打磨除锈必须有一个能绕钢轨轴线的摆动角度，以增加打磨除锈的宽度。在打磨除锈过程中，砂带与钢轨之间还应保持一个恒定的正压力，根据理论计算和实际调试的验证，这个恒定值的偏差不应超过10%，否则会引起砂带堵转。所以把上下除锈磨头按1∶1配重以去除自重的影响。并设计选用高精度的比例调压系统来控制液压油缸施加正压力，这样达到的除锈效果令人满意。除锈后表面可见均匀金属光泽部分达到80%的要求。

（3）设备主要结构及组成

设备整体安装在一个沿着钢轨作业方向可移动的基础平台上，整个平台安放在轨距为1 710 mm的地基钢轨上，用于校直、除锈作业时调整钢轨轨端的相对位置。基础平台安装有动力驱动装置，由带制动的变频电机，齿轮减速箱，旋转编码器等组成，通过手柄操作有两挡无级切换。整台设备的输入电源在基础平台的后侧，通过随动拖链与设备连接。

在基础平台的左侧安装有测量与焊前校直部件，右侧安装有钢轨端面刷轮除锈及轨端踏面和底面的焊接电极接触面砂带除锈部件，正对焊前校直除锈部件的区域为操作工位和电气控制柜的安放位置。主机架与操作位置之间设有安全防护门，通过防护门的观察视窗可清楚地监控对作业钢轨的测量、校直、除锈全过程。安全防护门锁与控制系统连接，当安全防护门打开时，系统不能进行自动作业操作，此状态仅用于对机构进行手动调整。当系统运行于自动状态下，此时安全防护门如果打开，系统将无法工作。在基础平台的右后位置放置着液压控制系统及与油缸连接的管路。

测量和校直部件：

1）测量和校直部件的主机架是测量和校直部件的基础部件，由厚度为50mm钢板焊接而成的上、中、下3个基座安装组合而成（中基座安装1个水平油缸，上基座安装1个垂直油缸）。为能承受校直时产生的四向最大作用力，主机架在垂直方向上是由2根立柱和4块大截面的连接块把3个基座安装组合连接在一起，用于承受垂直方向的作用力，在水平方向上是由基座连接面之间的长键连接，用于承受水平方向上的作用力。

2）上、中、下3个基座安装除安装油缸外，还作为其他的一些辅助机构的安装基面。在中间基座上安装有对作业钢轨进行测量用的横梁部件。整个横梁部件是由横梁、测量小车、直线导轨、同步齿形带、张紧机构、旋转编码器、减速电机、缓冲装置及位移油缸等组成。测量小车由减速电机通过同步齿形带驱动，运动在高精度的四方向等载直线导轨上。在测量小车上安装有测量用的二向高精度激光位移传感器，对不同型号规格的作业钢轨测量，可通过手轮调整激光位移传感器的测量位置。

3）在水平油缸前端安装有前压支点座，在垂直油缸前端安装有下压支点座，在下基座上安装有组合支点座（有后压支点座、上压支点座）。所有支点座支点由支点油缸驱动支点挡板完成。

4）垂直方向的校直油缸安装，在上基座内，水平方向的校直油缸安装在中间基座内。水平和垂直方向的校直油缸上都配置有压力传感器，可对作业钢轨做施力校直时进行校直施力大小的监控。

5）在校直主机架的左右两端，安装有用于对被测量作业钢轨进行中心位置定心固定的夹紧装置。夹紧装置由驱动油缸，对中半齿轮，夹具抓手等组成。夹紧装置只有在对作业钢轨夹紧后，钢轨的自动测量作业才可进行。

6）在夹紧装置的外侧，安装带有弹性支承的钢轨支撑滚轮，用于作业钢轨的流动输送。

7）除锈部件。在除锈机架左面外侧安装有钢轨端面刷轮除锈装置，刷轮为钢丝刷轮，刷轮旋转运动靠电机驱动，刷轮架上下移动靠油缸驱动在直线导轨上移动。为适应一根钢轨的两端都能有效进行端面除锈，在端面刷轮的摆动轴上设计有专门的张紧机构，以确保刷轮除锈时对轨端面保持一个恒定的接触压力。

在除锈机架内安装有上下电极接触面砂带除锈磨头。除锈磨头靠减速电机驱动旋转，上下运动靠油缸驱动在直线导轨上移动。由于钢轨踏面与底面均是多个圆弧合成的曲线截面，因此砂带打磨除锈设有摆动油缸使磨头能绕钢轨轴线摆动一定角度以增加打磨除锈的宽度。在打磨除锈过程中，砂带与钢轨之间还应保持一个恒定的正压力，使磨削后的钢轨亮面平整均匀，除锈后表面上可见金属光泽部分达到高于80%的要求。经砂带除锈打磨后钢轨表面露出均匀的金属光泽，深度不超过0.2mm。

在除锈机架内还安装有砂带除锈夹紧装置，钢轨进入除锈工位后，由夹具对钢轨进行夹紧，随后上下除锈磨头带着砂带旋转同时对钢轨踏面轨底除锈。

砂带除锈工位封闭在一个独立的框架空间内，以防止除锈打磨时粉尘飞扬。在上下磨头砂带磨削部位及端面除锈部位下部均配置有除尘吸风口，通过管道将粉尘集中收集，以减轻对环境的污染。

8）液压驱动系统由大小两个柱塞泵及一个双联齿轮泵组成，分别由3台电机驱动。大柱塞泵控制垂直和水平的校直油缸，最高工作压力可达30MPa（300bar）。小柱塞泵控制测量小车的位移油缸、夹紧机构的油缸、校直支点位移油缸、端面除锈上下位移的油缸、砂带除锈摆动和张紧油缸，最高工作压力为12MPa（120bar）。双联齿轮泵控制上下磨头位移油缸，最高工作压力为12MPa（120bar）。液压系统控制校直的液压阀安装在液压油箱上方的框架上，控制校直部分各动作油缸的液压阀安装在校直机架上，控制除锈部分的液压阀安装在除锈机架上。液压系统的油箱面板上除安装有驱动电机与泵外，还安装有清洁油液的过滤器、降低油温的冷却器、冬季对油液加温的加热器及观察系统压力的压力表等。油箱的正面还安装有带温度显示的液位计，在油箱液位计的旁边还有两个清洗窗盖，用于对液压油箱进行清洗时拆卸用的。

9）为保证整机设备的有效运行，在CKJ-3200钢轨焊前校直除锈一体机地坑外两端各安装一套岸边夹紧装置，用于在大车移动时锁定钢轨及在除锈时锁定钢轨。

为保证整机设备的有效运行，在CKJ-3200钢轨焊前校直除锈一体机上还配置有一系列的辅助设施。包括钢轨轨端除湿装置，以消除雨天后钢轨湿润影响砂带除锈的效果。除尘装置，减少作业场地空气中粉尘的浓度。