CN102848316B - 钢轨铣磨车纵向进给自适应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢轨铣磨车纵向进给自适应装置，包括支撑架、机体、砂轮和定位靴，在支撑架上设有竖直方向的直线导轨，机体通过一竖直油缸驱动沿支撑架的直线导轨做竖直运动，在机体上固设有伺服电机在竖直方向驱动定位靴，在机体上还设有力矩电机，砂轮通过主轴设置在机体上。本发明将竖直油缸的液压压力检测控制和力矩电机的磨削扭矩检测控制同时应用于一套进给装置，形成多闭环控制回路，实现了多工况条件下的自适应进给功能；并且将竖直油缸的液压进给系统和伺服电机的伺服进给系统同时应用于进给装置中，分层次粗、精进给和分层次安全保护，提高了进给系统的进给精度和安全性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种铣磨进给装置，具体涉及一种适用于钢轨修磨的钢轨铣磨车纵向进给自适应装置。
背景技术
钢轨是承载列车的主要基础，随着高速铁路的速度的提升，对钢轨的表面粗糙度和平顺度等指标提出了苛刻的要求，在列车高速运行状态下，钢轨的磨损和病害容易加剧。
目前针对钢轨的修磨采用铣磨车的方式，先采用成型铣刀轮进行高速铣削，然后采用宽砂轮成型磨削，消除铣削加工误差和成型接口菱角，这种方式加工精度较高，磨削范围较广。传统的磨装置主要采用简易数控和人工控制结合的方式，通过伺服电机直接或间接驱动丝杆驱使砂轮做纵向的进给运动，这是一种开式控制方法，特别是在钢轨修整过程中，无法感知砂轮的损耗，当钢轨上坡和下坡时，数控进给系统也无法确定砂轮是否应该进刀或退刀，容易造成钢轨磨削不平顺，甚至磨废钢轨，工作效率低，安全隐患大。
发明内容
针对现有的钢轨铣磨车采用的开式控制的磨装置进给装置无法针对砂轮磨损进行反馈调整的问题，本发明提供了一种钢轨铣磨车纵向进给自适应装置，采用闭环控制，在砂轮出现磨损或是钢轨上坡和下坡时，自动反馈并调整磨装置，保证钢轨修磨的质量，提高工作效率。
针对以上技术问题，本发明采用如下技术方案实现：一种钢轨铣磨车纵向进给自适应装置，包括支撑架5、机体1、砂轮10和定位靴12，所述支撑架5固定在钢轨铣磨车上，其上设有竖直方向的直线导轨4，所述机体1通过其一个侧面设置的导向槽安装在所述支撑架的直线导轨4上并可沿所述直线导轨4作直线运动，在所述机体1上固设有驱动所述定位靴12在竖直方向运动的伺服电机3，在机体1上设有与伺服电机3电连接的力矩检测部件，所述砂轮10通过主轴11设置在所述机体1上。
在所述支撑架5上方设有一横梁17，所述竖直油缸6的一端固定在横梁17上，另一端固设在机体1上并驱动机体1沿所述支撑架5上的直线导轨4上下运动。
所述竖直油缸6在修磨钢轨时其上腔压力大于下腔压力。
所述竖直油缸6的上腔和下腔分别设有压力传感器，上腔压力传感器和下腔压力传感器分别与伺服电机3电连。
所述伺服电机3的主轴连接一竖直设置的丝杆13，所述丝杆13螺接一与所述定位靴12固连的连接块16，所述连接块16插装在机体1上设置的导向腔内。
所述连接块16与所述导向腔内壁之间设有直线轴承15。
所述力矩检测部件为力矩电机2，通过检测砂轮10在修磨钢轨时力矩的变化控制伺服电机3的动作。
所述力矩电机2通过皮带9与砂轮10的主轴11连接，驱动砂轮10旋转并实现砂轮10力矩的检测。
本发明以支撑架5作为固定基体，其他部件都装配在机体1上，在竖直油缸6的驱动下，整个机体1可相对支撑架5做上下运动，从而在竖直方向向钢轨14纵向进给，实现修磨的大范围粗进给；定位靴12在伺服电机2和丝杆13的驱动下，可相对机体1上下移动，定位靴12的底面在钢轨修磨时，压在钢轨14上表面。
本发明在钢轨进行修磨时，首先通过伺服电机3驱动定位靴12向下移动，直到定位靴12底面低于砂轮10外圆，然后竖直油缸6的上腔和下腔同时进油，当竖直油缸的上、下腔压力达到系统的设定值，此时上腔压力大于下腔压力并保持一定数值差，由于竖直油缸上、下腔的压力差，可以驱动整个架体纵向移动；分别由油缸上、下腔压力传感器7、8控制，竖直油缸6上、下腔的压差将整个机体1向下移动，直到定位靴压在钢轨14上；此时，竖直油缸6上腔压力上升，达到上腔压力传感器7的设定值时，伺服电机2驱动定位靴12上移，整个机体1在竖直油缸3上、下腔压力差的作用下继续向下移动，直到砂轮10磨削到钢轨；力矩电机2检测到砂轮的磨削扭矩达到设定值时，伺服电机3停止进给；随着整个支撑架5向前移动，砂轮10对钢轨开始进行修磨。
在磨削过程中，当砂轮10逐渐磨损，磨削扭矩将产生变化，由力矩电机2检测到砂轮的磨削扭矩小于设定值时，将发出信号，伺服电机3则驱动定位靴12向上移动，砂轮10和整个机体在竖直油缸6上、下腔压力差的作用下向下进给，直到砂轮10的磨削扭矩重新达到设定值范围内，伺服电机3停止驱动定位靴向上运动。而当砂轮10突然碰到钢轨上的突起或有其他紧急情况时，磨削扭矩将突然增大，力矩电机2则会立即发出退刀信号，伺服电机3将快速驱动定位靴12向下移动，从而将整个机体1抬起，砂轮10离开钢轨表面，以保护砂轮10的安全。力矩电机2本身就是电机，可以直接驱动砂轮主轴11，同时在力矩电机2的内部安装了电流、功率和扭矩等数据的检测装置，这些数据可以输出到钢轨铣磨车的数控系统，用于监测砂轮在磨削过程中力矩的变化。
在磨削过程中，当遇到钢轨14为上坡时，定位靴12在砂轮10的前端，其对钢轨坡面的压触力上升，此时定位靴12与竖直油缸6的力平衡打破，从而引起竖直油缸上腔压力逐渐增大；在液压回路中，竖直油缸6上下腔都设有当压力上升超过一个设定值后自动溢流和压力下降后自动补油的功能，所以，当上坡时（钢轨坡度一般不会很大），上腔压力缓慢上升达到设定值时，定位靴12向下移动，上腔压力短时间上升，然后再次达到平衡，如果上坡坡度保持不变，就仅仅只在起始上坡时能引起上腔压力变化，上腔压力传感器7驱动伺服电机3驱动定位靴12向下移动，将砂轮10抬高，以免砂轮在磨削上坡时余量太大造成危险；相反，在遇到钢轨14为下坡时，定位靴12对钢轨坡面的压触力变小，竖直油缸的下腔压力逐渐变大，超过下腔压力传感器8的设定值时，将发出信号，伺服电机3驱动定位靴12向上移动，砂轮10在竖直油缸上下腔压差的作用下向下进给，保证能磨削到下坡的钢轨；如果定位靴12在钢轨上碰到一个较大的异常突起时，定位靴对钢轨的接触压力突然加大，引起竖直油缸上腔压力突然上升到一定值时，上腔压力传感器7反馈信号给液压系统，液压系统将驱动竖直油缸6将带动整个机体1全部抬起，砂轮10和定位靴12都远离钢轨，避免危险产生。
本发明将竖直油缸的液压压力检测控制和力矩电机的磨削扭矩检测控制同时应用于一套进给装置，形成多闭环控制回路，实现了多工况条件下的自适应进给功能；并且将竖直油缸的液压进给系统和伺服电机的伺服进给系统同时应用于进给装置中，分层次粗、精进给和分层次安全保护，提高了进给系统的进给精度和安全性能。
附图说明
图1为钢轨铣磨车纵向进给自适应装置的主视图。
图2为钢轨铣磨车纵向进给自适应装置的后视图。
图3为钢轨铣磨车纵向进给自适应装置的俯视图。
图中标号：1-机体，2-力矩电机， 3-伺服电机，4-直线导轨，5-支撑架，6-竖直油缸，7-上腔压力传感器，8-下腔压力传感器，9-皮带，10-砂轮，11-主轴，12-定位靴，13-丝杆，14-钢轨，15-直线轴承，16-连接块，17-横梁。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例
结合参加图1、图2和图3，钢轨铣磨车纵向进给自适应装置，包括支撑架5、机体1、砂轮10和定位靴12，支撑架5固定在钢轨铣磨车上，其上设有竖直方向的直线导轨4，机体1通过其一个侧面设置的导向槽安装在支撑架的直线导轨4上，在支撑架5上方设有一横梁17，竖直油缸6的一端固定在横梁17上，另一端固设在机体1上并驱动机体1沿支撑架5上的直线导轨4上下运动。竖直油缸6的上腔和下腔分别设有压力传感器，上腔压力传感器和下腔压力传感器分别与伺服电机3电连。在机体1上固设有驱动定位靴12在竖直方向运动的伺服电机3，伺服电机3的主轴连接一竖直设置的丝杆13，丝杆13螺接一与定位靴12固连的连接块16，连接块16插装在机体1上设置的导向腔内，连接块16与导向腔内壁之间设有直线轴承15。砂轮10通过主轴11设置在机体1上。在机体1上设有与伺服电机3电连接的力矩电机2，力矩电机2通过皮带9与砂轮10与主轴11连接，在驱动砂轮10在修磨钢轨14时同时检测力矩的变化控制伺服电机3的动作。
在本实施例中，支撑架5作为固定基体，其他部件都装配在机体1上，在竖直油缸6的驱动下，整个机体1可相对支撑架5做上下运动，从而在竖直方向向钢轨14纵向进给，实现修磨的大范围粗进给；定位靴12在伺服电机2和丝杆13的驱动下，可相对机体1上下移动，定位靴12的底面在钢轨修磨时，压在钢轨14上表面。
在钢轨进行修磨时，首先通过伺服电机3驱动定位靴12向下移动，直到定位靴12底面低于砂轮10外圆，然后竖直油缸6的上腔和下腔同时进油，当竖直油缸6的上、下腔压力达到系统的设定值，此时上腔压力大于下腔压力并保持一定数值差，由于竖直油缸上、下腔的压力差，可以驱动整个架体纵向移动；分别由油缸上、下腔压力传感器7、8控制，竖直油缸6上、下腔的压差将整个机体1向下移动，直到定位靴压在钢轨14上；此时，竖直油缸6上腔压力上升，达到上腔压力传感器7的设定值时，伺服电机2驱动定位靴12上移，整个机体1在竖直油缸3上、下腔压力差的作用下继续向下移动，直到砂轮10磨削到钢轨；力矩电机2检测到砂轮的磨削扭矩达到设定值时，伺服电机3停止进给；随着整个支撑架5向前移动，砂轮10对钢轨开始进行修磨。
Claims (5)
1.一种钢轨铣磨车纵向进给自适应装置，其特征是：包括支撑架（5）、机体（1）、砂轮（10）和定位靴（12），所述支撑架（5）固定在钢轨铣磨车上，其上设有竖直方向的直线导轨（4），所述机体（1）通过其一个侧面设置的导向槽安装在所述支撑架的直线导轨（4）上，在所述支撑架（5）上方与机体（1）之间设有竖直油缸（6）,所述支撑架（5）上方设有一横梁（17），所述竖直油缸（6）的一端固定在横梁（17）上，另一端固设在机体（1）上并驱动机体（1）沿所述支撑架（5）上的直线导轨（4）上下运动；在所述机体（1）上固设有驱动所述定位靴（12）在竖直方向运动的伺服电机（3），所述竖直油缸（6）在修磨钢轨时其上腔压力大于下腔压力，并在所述竖直油缸（6）的上腔和下腔分别设有与伺服电机（3）电连接的压力传感器；所述砂轮（10）通过主轴（11）设置在所述机体（1）上，在机体（1）上设有与伺服电机（3）电连接的力矩检测部件，通过检测砂轮（10）在修磨钢轨时力矩的变化控制伺服电机（3）的动作。
2.根据权利要求1所述的一种钢轨铣磨车纵向进给自适应装置，其特征在于：所述伺服电机（3）的主轴连接一竖直设置的丝杆（13），所述丝杆（13）螺接一与所述定位靴（12）固连的连接块（16），所述连接块（16）插装在机体（1）上设置的导向腔内。
3.根据权利要求2所述的一种钢轨铣磨车纵向进给自适应装置，其特征在于：所述连接块（16）与所述导向腔内壁之间设有直线轴承（15）。
4.根据权利要求3所述的一种钢轨铣磨车纵向进给自适应装置，其特征在于：所述力矩检测部件为力矩电机（2）。
5.根据权利要求4所述的一种钢轨铣磨车纵向进给自适应装置，其特征在于：所述力矩电机（2）通过皮带（9）与砂轮（10）的主轴（11）连接，驱动砂轮（10）旋转并实现砂轮（10）力矩的检测。
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