CN103722237B - 钢轨横向单斜无缝焊接面的锯切装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钢轨横向单斜无缝焊接面的锯切装置及控制方法。该装置以带锯条为切削刀具，能够一次锯切两个角度相等的横向单斜截面，由钢轨压紧结构，单斜面带锯切割结构，切割液压系统和控制电路系统等组成。钢轨压紧结构对两根被锯切的钢轨实施定位和夹紧，以保证锯切时角度准确和稳定；单斜面带锯切割部分采用卧式龙门结构，主要对两根钢轨实施横向单斜角度焊接面的锯切；切割液压系统驱动实施压紧和锯切时的进给运动，控制电路系统是控制整个压紧和角度锯切过程顺利实施。该装置可一次锯切对焊在一起的两个单斜焊接截面，具有角度精确，锯切效率高，刚度好，工作稳定，带锯条寿命高，切割断面质量好等优点。

Description

钢轨横向单斜无缝焊接面的锯切装置及控制方法

技术领域：

本发明涉及一种钢轨无缝焊接线路所针对的横向单斜无缝焊接面锯切装置，属高速列车无缝线路钢轨焊接技术领域，特别适用于与钢轨垂向平行，与横向成角度α的单斜截面的带锯锯切加工。

背景技术：

钢轨接头是铁路的薄弱环节之一，铁路无缝钢轨焊接面的几何方位不仅对线路设备、机车或动车的使用寿命、旅客舒适度、能源消耗有重要影响，而且还直接威胁着铁路行车的安全。本发明者的专利申请案(申请号：200910206270.7)，提出一种与垂向y平行，与横向x成角度α单斜焊接面A_α的无缝钢轨焊接结构，该结构可消除车轮踏面通过焊缝时的上下颠簸，而且斜焊接面比直焊接面面积有所增加，使纯正拉应力和纯剪应力减小，增加了钢轨的承载能力。因此，针对该单斜截面的锯切下料便成为亟待解决的问题，本发明就是为了解决这一问题提出的。现有的卧式带锯床是以带锯条作为切割刀具，用于切割横截面为方形、圆形，以及各种异形金属棒料。由于带锯切口窄，切割速度快，效率高，材料损失小，尺寸精度高等特点，是一种具有显著节能、节材、加工效率高的切割设备。其中，卧式转角带锯床能够按设定角度实现对棒料的斜角度锯切。由于厂焊是将50m或100m的短轨条焊成500m的长轨条，这就要求只在钢轨一端切掉尽量小的端头，两个端头截面对接时，对斜切面的互换性或通用性的精度要求甚高。其中卧式横向转角带锯床可以在一定角度范围内实现对棒料的斜角度锯切，必须解决钢轨单斜焊接面锯切时存在的以下问题：

1)由于钢轨条尺寸较长，对轨头进行单斜截面锯切时，钢轨按设定方位可靠压紧，是保证锯切角度的准确性的必须；

2)两条需要焊接在一起的单斜焊接面的角度必须精确相等，最好能够一次性加工出两个单斜焊接面；

3)卧式转角带锯床的角度调整一般采用手动方式，必须解决人为随机误差和重复精度低的问题；

4)现有带锯床均是将环形锯带张紧在锯架的两个锯轮上，致使锯架与垂直进给方向成30°角，导致带锯条刃口与被切面不垂直。因此，必须使导向装置将锯带的上锯切部分扭转一定角度，使其垂直于被切面，这就会影响带锯条的使用寿命。因此，本发明主要针对上述问题，提出一种钢轨横向单斜截面无缝焊接线路的锯切装置。

发明内容：

针对以上存在的问题，本发明所要解决的技术问题是：提出一种钢轨横向单斜截面(即与垂向y平行，与横向x成α角单斜焊接面A_α的)无缝焊接线路的锯切装置，并且具有刚度好，切断面质量高，锯切角度精确，锯切速度快等优点。

本发明的上述目的是这样实现的，结合附图，将本发明的内容分为钢轨压紧结构，单斜面带锯切割结构，切割液压系统和控制电路系统等主要部分说明如下。

一种钢轨横向单斜无缝焊接面的锯切装置，该装置以带锯条为切削刀具，在一次锯切能够完成两个角度相等的横向单斜截面加工，由钢轨压紧结构、单斜面带锯切割结构、切割液压系统和控制电路系统组成，钢轨压紧结构对两根被锯切钢轨进行定位和夹紧，以保证锯切时角度准确和稳定；单斜面带锯切割部分采用卧式龙门结构，主要对两根钢轨横向单斜焊接面的角度锯切；切割液压系统驱动压紧和锯切进给，控制电路系统控制整个压紧和锯切过程顺利实施。

所述的钢轨压紧结构包括结构相同的前、后端钢轨钳口型定位夹紧机构和定位机构，锯切后端钢轨2的前端时，由后端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅰ4和后端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅱ6进行左右夹紧和定位，由安装在后端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅰ4和后端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅱ6上的垂直方向定位机构和后端钢轨框型夹紧机构5实现上下定位和夹紧，后端钢轨定位标尺7用于水平定位检测；锯切前端钢轨1尾端时，由结构相同的前端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅰ8和前端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅱ10实现左右夹紧和定位，由安装在前端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅰ8和前端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅱ10上的垂直方向定位机构和前端钢轨框型夹紧机构9实现上下定位和夹紧，前端钢轨定位标尺11用于水平定位检测。

所述钢轨钳口型定位夹紧机构由钳口13、装在钳口13内的上下移动滑块14、左侧水平移动楔形块16、右侧水平移动块21、左、右侧夹头18、19和水平夹紧油缸23组成，所述左、右侧夹头18、19分别装在左侧水平移动楔形块16和右侧水平移动块21上，并通过左侧夹头紧固螺栓17和右侧夹头紧固螺栓20固定，所述上下移动滑块14和左侧水平移动楔形块16斜面配合装配，上下移动滑块14通过水平定位调节螺杆15旋转沿竖直方向移动并带动左侧水平移动楔形块16和左侧夹头18在水平方向移动，实现钢轨在水平方向的定位；水平夹紧油缸23推动右侧水平移动块21和右侧夹头19向左侧移动，与左侧夹头18一起实现对钢轨在轨腰部位左右夹紧，所述上下移动滑块14、左侧水平移动楔形块16和钳口13之间的接触部位均用燕尾槽连接。

所述垂直方向定位机构安装在钳口型定位夹紧机构上，它由装在钳口13内的垂直方向定位装置固定座25、竖直移动楔形块26、水平移动楔形块27和垂直方向定位调节螺杆28组成，所述竖直移动楔形块26和水平移动楔形块27的上下斜面装配并装在固定座25内，所述竖直移动楔形块26支撑钢轨轨底，通过旋转垂直方向定位调节螺杆28，带动水平移动楔形块27在水平反向移动，从而带动竖直移动楔形块26在竖直方向移动，实现钢轨在垂直方向定位。

所述后端钢轨框型夹紧机构5和前端钢轨框型夹紧机构9结构相同，对钢轨垂直方向夹紧，由上横梁30、下横梁32和左、右连接螺杆31、34组成，上横梁30上安装有垂直夹紧油缸29，垂直夹紧油缸29的柱塞端连接下压块35，垂直夹紧油缸29工作时对钢轨顶部施加向下的力实现上下夹紧。

所述单斜面带锯切割结构采用卧式龙门结构，主要由龙门框架47、锯架部分、主传动系统、锯切进给系统、以及角度调整系统组成，所述锯架部分由连接横梁48和左、右端L型移动工作台39、67组成，所述连接横梁48将左、右端L型移动工作台39、67连接为一体，左、右端L型移动工作台39、67的竖直台面外侧与龙门框架47左、右立柱内侧间通过直线导轨副连接，并由左、右端导向套43、64压紧。

所述主传动系统由安装在左端L型移动工作台39水平台面上的带锯条张紧机构38和从动锯轮37，安装在右端L型移动工作台67竖直台面上的主电机56、水平台面上的涡轮减速器60和主动锯轮61组成，从动锯轮37轴安装在带锯条张紧机构38的滑块上，主动锯轮61轴与涡轮减速器60的输出轴连接，带锯条36安装在从动锯轮37和主动锯轮61上，并通过调整带锯条张紧机构38张紧，张紧后的带锯条36前、后刃口平行且朝下，通过带锯条导向机构，使锯条锯切部位刃口竖直向下并施加一定的夹紧力，以保持锯切部位在锯切时稳定，保证锯切精度和断面垂直度，所述主电机56输出的旋转，经主动带轮57、皮带58和从动带轮59传动，以及涡轮减速器60减速后，带动主动锯轮61旋转，从而带动张紧后的带锯条36回转，形成回转切削运动，回转速度的调节采用变频调速。

所述带锯条导向机构由左、右导向臂51、53和左、右导向头54、55组成，左、右导向臂51、53由左、右导向臂锁紧手轮50、52锁紧在导向臂导向导轨49上，导向臂导向导轨49安装在连接横梁48上。

所述锯切进给系统是将左、右端进给油缸78、68的活塞与连接横梁48连接，左、右端进给油缸78、68工作可驱动锯架和主传动系统沿直线导轨上下移动，形成切削进给运动，进给调速通过液压系统的调速阀实现无级调速，上、下限位开关46、40限定其进给运动的范围。

所述角度调整系统主要由旋转工作台69、旋转工作台转轴96、固定支座71、步进电机77和绝对值编码器100组成，所述旋转工作台69上安装有龙门框架47和左、右端进给油缸78、68，旋转工作台69的右端下面固定有旋转工作台转轴96，旋转工作台转轴96通过推力圆锥滚子轴承97和推力球轴承98组合安装在固定旋转台固定支座71内，锁紧螺母99将旋转工作台转轴96和固定支座71连接为一体，固定支座71安装在床身70的工作台面上；旋转工作台69的左端安装有步进电机77，步进电机77旋转时通过齿轮76和固定弧形齿条75啮合传动带动旋转工作台69旋转，从而带动龙门框架47、锯架以及主传动系统和进给系统旋转，形成角度锯切，旋转工作台69左端底部前后两侧安装有两个滚轮73，旋转工作台旋转时滚轮73在弧形滑道72内滚动，固定弧形齿条75和弧形滑道72安装在床身70的固定工作台上；旋转工作台转轴96的自由端安装有绝对值编码器100，用来测量旋转工作台69的旋转角度；旋转工作台锁紧螺杆74与旋转工作台锁块101螺纹连接，旋转旋转工作台锁紧螺杆74使旋转工作台锁块101向上移动，实现对旋转工作台69的锁紧。

以上所述的一种钢轨横向单斜无缝焊接面的锯切装置，所有夹紧和锯切进给均采用液压驱动，控制单元采用PLC+单片机控制，控制单元安装在控制柜79内，控制方法包括：

(1)选择钢轨被锯切部位，有单轨头端、单轨尾端和双轨等三种选择，控制单元根据选择的被切部位来确定使用哪一组夹紧机构，单轨头端或尾端用分别用一组夹紧机构，双轨则两组夹紧机构同时应用。

(2)选择夹紧模式，夹紧模式分为联动和单动两种，在联动模式下控制单元根据选择的被切部位不同，自动驱动相应的夹紧机构完成先左右、后上下的夹紧和松开；单动模式下左右、上下夹紧和松开则手动控制单独完成。

(3)选择锯切模式，锯切模式分为自动和手动两种，自动模式下按下锯架进给按钮，锯架进给开始锯切，当锯切完成后自动停止进给并快速返回，然后自动松开夹紧机构；手动模式下锯切完成后锯架将自动停止进给，只有按下锯架回程按钮后锯架快速返回，并手动松开夹紧机构。

(4)角度调节，输入旋转角度并按下角度调整按钮，控制单元自动控制完成角度调节。本发明的有益效果：

1.一次锯切可完成需要对焊的两个与钢轨横向成一定角度的单斜截面加工，不仅能提高锯切效率，而且角度精确，可以更好的保证两个单斜截面角度一致；

2.锯切单元采用立柱卧式结构，锯架刚性好，工作稳定、刚度持久，锯切过程中带锯条受力状况好、寿命高，切割断面质量好，精度高。

3.角度旋转单元由单片机控制，采用步进电机驱动，绝对值编码器测量旋转角度，自动实现角度旋转，角度调节精度高。

4.控制系统采用PLC控制，操作简单，自动化程度高。

附图说明：

图1(a)为双轨压紧、角度锯切结构示意图；

图1(b)为锯切端面示意图；

图1(c)钢轨的定位与夹紧方案；

图2(a)为图1(a)的A向放大示意图(即压紧装置结构图)；

图2(b)为图2(a)的C-C放大示意图；

图2(c)为图1(a)的B-B放大示意图。

图3(a)为单斜面带锯切割结构图；

图3(b)为电器控制柜79位置示意图。

图4(a)为图3(a)的D向放大示意图(即张紧机构结构图)；

图4(b)为图4(a)的E-E放大示意图。

图5(a)为带锯条锯切部位导向装置结构图；

图5(b)为图5(a)的F-F放大示意图；

图5(c)为图5(a)的G-G放大示意图。

图6(a)为旋转工作台旋转轴结构图；

图6(b)为旋转工作台锁紧结构图。

图7为装置液压系统总图。

图8为控制系统电路图。

图中：1-前端钢轨，2-后端钢轨，3-单斜面锯切装置，4-后端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅰ，5-后端钢轨框型夹紧机构，6-后端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅱ，7-后端钢轨定位标尺，8-前端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅰ，9-前端钢轨框型夹紧机构，10-前端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅱ，11-前端钢轨定位标尺，12-导轨，13-钳口，14-上下移动滑块，15-水平定位调节螺杆，16-左侧水平移动楔形块，17-左侧夹头紧固螺栓，18-左侧夹头，19-右侧夹头，20-右侧夹头紧固螺栓，21-右侧水平移动块，22-定位标尺调节螺栓，23-水平夹紧油缸，24-钳口型定位夹紧机构锁紧螺栓，25-垂直方向定位装置固定座，26-竖直移动楔形块，27-水平移动楔形块，28-垂直方向定位调节螺杆，29-垂直夹紧油缸，30-上横梁，31-左端连接螺杆，32-下横梁，33-框型夹紧机构锁紧螺栓，34-右端连接螺杆，35-下压块，36-带锯条，37-从动锯轮，38-带锯条张紧机构，39-左端L型移动工作台，40-下限位开关，41-左端直线导轨，42-左端下滑块，43-左端导向套，44-左端压紧调节螺钉，45-左端上滑块，46-上限位开关，47-龙门框架，48-连接横梁，49-导向臂导向导轨，50-左导向臂锁紧手轮，51-左导向臂，52-右导向臂锁紧手轮，53-右导向臂，54-左导向头，55-右导向头，56-主电机，57-主动带轮，58-皮带，59-从动带轮，60-涡轮减速器，61-主动锯轮，62-右端直线导轨，63-右端上滑块，64-右端导向套，65-右端压紧调节螺钉，66-右端下滑块，67-右端L型移动工作台，68-右端进给油缸，69-旋转工作台，70-床身，71-固定支座，72-弧形滑道，73-滚轮，74-旋转工作台锁紧螺杆，75-固定弧形齿条，76-齿轮，77-步进电机，78-左端进给油缸，79-电器控制柜，80-张紧机构座，81-张紧机构固定螺栓，82-垂直方向间隙调整螺栓，83-张紧楔形导轨，84-张紧滑块，85-水平方向间隙调整螺栓，86-张紧调节丝杆，87-导向调节螺栓，88-带锯条夹紧力调节螺杆，89-带锯条顶部导向块，90-前导向调节垫块，91-带锯条前导向块，92-带锯条后导向块，93-后导向调节垫块，94-夹紧力调节压杆，95-压紧弹簧，96-旋转工作台转轴，97-推力圆锥滚子轴承，98-推力球轴承，99-锁紧螺母，100-绝对值编码器，101-旋转工作台锁块

具体实施方式：

以下结合附图进一步说明本发明的具体内容及实施方式。

所述的钢轨压紧结构主要用于在锯切之前对钢轨被锯切一端进行定位和夹紧：定位操作主要调整钢轨被锯切端的位姿，使钢轨被锯切端的纵向轴线与锯切单元未旋转之前(旋转角度为0°)时的锯切平面垂直，保证锯切角度准确；夹紧操作主要在锯切过程中保持钢轨被锯端稳定，以保证断面质量和锯切角度稳定。钢轨的定位与夹紧采用的方案参阅图1c，左右定位和夹紧采用四点受力，其中Fx1与Fx3相对，Fx2与Fx4相对，上下定位和夹紧采用三点受力，轨底受力Fy1和Fy2，轨顶受力Fy3，Fy3的作用点位于Fy1和Fy2作用点中点处。完成两根钢轨同时锯切的压紧采用的方案参阅图1a所示，后端钢轨2前端和前端钢轨1末端为被切端，两端相对，后端钢轨2前端由后端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅰ4、后端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅱ6完成左右定位和夹紧，由安装在后端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅰ4、后端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅱ6上的垂直方向支撑定位机构和后端钢轨框型夹紧机构5完成上下定位和夹紧，后端钢轨定位标尺7用于水平定位检测，前端钢轨1末端由前端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅰ8、前端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅱ10完成左右定位和夹紧，由安装在前端钢轨钳口型定位夹紧机构8、前端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅱ10上的垂直方向支撑定位机构和前端钢轨框型夹紧机构9完成上下定位和夹紧，前端钢轨定位标尺11用于水平定位检测。

所述后端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅰ4、后端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅱ6、前端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅰ8、前端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅱ10的结构与功能均相同，均由钳口13、上下移动滑块14、水平定位调节螺杆15、左侧水平移动楔形块16、左侧夹头紧固螺栓17、左侧夹头18、右侧夹头19、右侧夹头紧固螺栓20、右侧水平移动块21、定位标尺调节螺栓22、水平夹紧油缸23组成，水平夹紧油缸23工作时推动右侧水平移动块21和右侧夹头19向左侧移动，和左侧夹头18一起对钢轨在轨腰部位左右夹紧，松开左、右侧夹头紧固螺栓17和20后，可以调节左右两侧夹头18和19的高度，以适应对不同尺寸规格钢轨的夹紧要求，上下移动滑块14、左侧水平移动楔形块16和钳口13接触部位均用燕尾槽连接，旋转水平定位调节螺杆15使上下移动滑块14沿竖直方向移动时，带动左侧水平移动楔形块16在水平方向移动，实现钢轨在水平方向的定位。

钢轨的轨底在后端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅰ4、后端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅱ6、前端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅰ8、前端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅱ10内由垂直方向支撑定位机构支撑，所述垂直方向支撑定位机构均由垂直方向定位装置固定座25、竖直移动楔形块26、水平移动楔形块27和垂直方向定位调节螺杆28组成，旋转垂直方向定位调节螺杆28，将带动水平移动楔形块27在水平方向移动，从而带动竖直移动楔形块26在竖直方向移动，实现钢轨在垂直方向定位。

所述后前端钢轨框型夹紧机构5、9的结构与功能均相同，均由上横梁30、下横梁32和左右端连接螺杆31、34组成，上横梁30上安装有垂直夹紧油缸29，垂直夹紧油缸29的柱塞端连接下压块35，可对钢轨顶部施加向下的力，钢轨底部支撑由位于框型夹紧机构两侧的钳口型定位夹紧机构钳口内的底部支撑。所述钳口型定位夹紧机构和框型夹紧机构底部均安装在导轨12上，并由钳口型定位夹紧机构锁紧螺栓24和框型夹紧机构锁紧螺栓33锁紧，松开锁紧螺栓后可沿导轨移动，以针对不同角度锯切时调节定位夹紧机构的位置，使夹紧和定位部位距离被锯切端最近。

所述单斜面带锯切割结构采用卧式龙门结构，主要由龙门框架47、锯架部分、主传动系统、锯切进给系统以及角度调整系统组成。所述锯架由连接横梁48将左、右端L型移动工作台39、67连接为一体组成，左、右端L型移动工作台39、67的竖直台面外侧与龙门框架47左右立柱内侧间分别通过左端直线导轨41、左端上下滑块45、42和右端直线导轨62、右端上下滑块63、66连接，并由左、右端导向套43、64压紧；所述主传动系统由安装在左端L型移动工作台39水平台面上的带锯条张紧机构38和从动锯轮37，安装在右端L型移动工作台67竖直台面内侧的主电机56、水平台面上的涡轮减速器60和主动锯轮61等组成，从动锯轮37的轴安装在带锯条张紧机构38的滑块上，主动锯轮61的轴与涡轮减速器60的输出轴连接，带锯条36安装在从动锯轮37和主动锯轮61上，并通过调整带锯条张紧机构38张紧，张紧后的带锯条36的前、后刃口平行且朝下，前、后刃口经左、右导向臂51、53和左、右导向头54、55等组成带锯条导向机构调整后，使锯切部位刃口竖直向下并施加一定的夹紧力，以保持锯切部位在锯切时稳定，保证锯切精度和断面垂直度；主电机56输出的旋转，经主动带轮57、皮带58和从动带轮59传动，以及涡轮减速器60减速后，带动主动锯轮61旋转，从而带动张紧后的带锯条36回转，形成回转切削运动，回转速度的调节采用变频调速；所述进给系统是将左、右端进给油缸78、68的活塞与连接横梁48连接，左、右端进给油缸78、68工作可驱动锯架和主传动系统沿直线导轨上下移动，形成切削进给运动，进给调速通过液压系统的调速阀实现无级调速，下上限位开关40、46限定其进给运动的范围。

所述带锯条张紧机构38由张紧机构座80、张紧楔形导轨83、垂直方向间隙调整螺栓82和水平方向间隙调整螺栓85、张紧滑块84、张紧调节丝杆86组成，张紧机构由张紧机构固定螺栓81固定在左端L型工作台39的水平台面上，调节张紧调节丝杆86可使张紧滑块84沿张紧楔形导轨83滑动，从而带动从动锯轮37移动，实现带锯条张紧。

所述带锯条导向机构由左右导向臂51、53和左右导向头54、55等组成，左右导向臂51、53由左右导向臂锁紧手轮50、52锁紧在导向臂导向导轨49上，导向臂导向导轨49安装在连接横梁48上，左右导向头54、55前后各有四组导向调节螺钉87和一个带锯条夹紧力调节螺杆88，左右导向头54、55内部由带锯条顶部导向块89、前后导向调节垫块90、93、带锯条前后导向块91、92、夹紧力调节压杆94和压紧弹簧95组成。

所述角度调整系统是将龙门框架47、左右端进给油缸78、68均安装在旋转工作台69上，旋转工作台69右端下面固定有旋转工作台转轴96，旋转工作台转轴96通过推力圆锥滚子轴承97和推力球轴承98组合安装在固定旋转台固定支座71内，锁紧螺母99将旋转工作台转轴96和固定支座71连接为一体，固定支座71安装在床身70的工作台面上；旋转工作台69的左端安装有步进电机77，步进电机77旋转时通过齿轮76和固定弧形齿条75啮合传动带动旋转工作台69旋转，从而带动龙门框架47、锯架以及主传动系统和进给系统旋转，形成角度锯切，旋转工作台69左端底部安装有滚轮73，旋转工作台旋转时滚轮73在弧形滑道72内滚动，固定弧形齿条75和弧形滑道72安装在床身70的固定工作台上；旋转工作台转轴96的自由端安装有绝对值编码器100，用来测量旋转工作台69的旋转角度；旋转工作台锁紧螺杆74与旋转工作台锁块101螺纹连接，旋转旋转工作台锁紧螺杆74使旋转工作台锁块101向上移动，可实现对旋转工作台69的锁紧。

所有夹紧和进给运动均采用液压驱动，控制单元采用PLC控制，控制单元安装在控制柜79内，控制过程主要包括：(1)选择钢轨被锯切部位有单轨头端、单轨尾端和双轨等三种选择，控制单元根据选择的被切部位来确定使用哪一组夹紧机构，单轨头端或尾端分别用一组夹紧机构，双轨则两组夹紧机构同时应用。(2)选择夹紧模式夹紧模式分为联动和单动两种，在联动模式下控制单元根据选择的被切部位不同，自动驱动相应的夹紧机构完成先左右、后上下的夹紧和松开；单动模式下左右、上下夹紧和松开则手动控制单独完成。(3)选择锯切模式锯切模式分为自动和手动两种，自动模式下按下锯架进给按钮，锯架进给开始锯切，当锯切完成后自动停止进给并快速返回，然后自动松开夹紧机构；手动模式下锯切完成后锯架将自动停止进给，只有按下锯架回程按钮后锯架快速返回，并手动松开夹紧机构。(4)角度调节输入旋转角度并按下角度调整按钮，控制单元自动控制完成角度调节。

附图7为所述装置的液压系统图，齿轮泵输出压力油分两路：一路经电磁换向阀2驱动两个锯切进给油缸，其中调速阀实现进给无极调速，电磁阀1的Y1导通可实现快速回程；另外一路经电磁换向阀4-9驱动夹紧液压缸1-6。

附图8为所述装置电气系统图，对所述装置控制采用PLC+单片机控制，单片机主要控制角度调整时旋转角度输入、步进电机旋转控制、角度测量等，PLC控制其它部分运行，单片机与PLC之间可通过RS-485进行通信。

以该装置在焊轨基地锯切α角度单斜面截面应用为例，在焊轨基地一般是将100m的短轨焊成500m长轨，所述装置在基地焊轨生产线中的位置应位于轨头调直除锈工序之后，闪光焊工序之前，当第一根钢轨完成轨头调直和除锈工序后，由传输线将其传输到所述单斜面锯切装置3所在工位，首先由所述装置锯条上的后刃口对第一根钢轨的头端(即钢轨先到达所述装置处的一端)进行单斜面锯切；第一根钢轨头端锯切完成后，将其进给至尾端达到锯条上前刃口位置，此时第二根钢轨也完成轨头调直和除锈并达到锯切头端的后刃口位置处，开始对两根钢轨同时进行单斜面锯切，待锯切完成后，将完成两端单斜面锯切的第一根钢轨传输至闪光焊工序处等待焊接，然后对第二根钢轨的尾端和第三根钢轨的头端开始锯切；待第二根钢轨完成两端锯切后，传输至闪光焊工序处与第一根钢轨进行焊接，与之同时，第三根钢轨尾端和第四根钢轨头端开始锯切；以此重复，直至最后一根钢轨时，只需对尾端锯切便可。每个500m长轨的两端可采取相应的保护措施，以防止在运输过程中对已加工出的两个单斜面产生破坏。下面进一步说明本发明的具体内容及使用方法。

所述装置安装时须保证床身70的工作台面、旋转工作台69以及夹紧机构安装导轨12水平，龙门框架47与旋转工作台69台面垂直。所述装置安装后的调试主要包括：1)带锯条张紧力调节，具体方法是先调节带锯条张紧机构38上的垂直方向间隙调整螺栓82和水平方向间隙调整螺栓85，使张紧滑块84可以沿张紧楔形导轨83无间隙滑动，将带锯条36安装在主、从动锯轮61、37上，用力矩扳手调节张紧调节丝杆86至带锯条被张紧。2)带锯条导向调节，具体方法是首先松开左右导向臂锁紧手轮50、52，根据锯切宽度，调节左右导向臂51、53的位置，然后调节左、右导向头54、55上的导向调节螺丝87，使带锯条刃口竖直向下，并通过调节两导向头的带锯条夹紧力调节螺杆88对带锯条产生一定的压紧力。

所述装置开始工作前其旋转工作台69位于初始0°位置，根据将要锯切的角度大小，调整两端压紧机构4、5、6和8、9、10的位置，使之距离钢轨被锯切端尽可能近，调节方法为：松开钳口型定位夹紧机构锁紧螺栓24和框型夹紧机构锁紧螺栓33，拖动两端的钳口型定位夹紧机构和框型夹紧机构至合适位置，然后锁紧钳口型定位夹紧机构锁紧螺栓24和框型夹紧机构锁紧螺栓33。将直角尺的一个基准面靠在带锯条36上位于两左、右导向头54、55之间的锯切部位平面，另一个基准面靠近钳口型定位夹紧机构上的前后端钢轨定位标尺11、7上靠近钢轨一侧，通过观察直角尺基准面和靠尺间的缝隙大小或用塞尺测缝隙，松开钳口型定位夹紧机构上的定位标尺调节螺栓22，调节定位标尺两端的固定位置，使前后端钢轨定位标尺11、7上靠近钢轨一侧平面与带锯条锯切平面垂直。

所述装置在当钢轨传输到位后，首先由压紧机构进行定位和夹紧，以前钢轨1的定位和夹紧为例，其过程如下：

1)夹紧，首先松开钳口型定位夹紧机构的左、右侧夹头紧固螺栓17、20，根据待锯钢轨的尺寸，调节左右两侧夹头18、19的高度，使其夹紧部位在钢轨轨腰后，锁紧左、右侧夹头紧固螺栓17、20；随后，用于夹紧前端钢轨1的前端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅰ8和前端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅱ10的水平夹紧油缸23同时进给，推动右侧水平移动块21和右侧夹头19向左侧移动，和左侧夹头18一起在轨腰部位左右夹紧；最后前端钢轨框型夹紧机构9的垂直夹紧油缸29进给，实现上下夹紧.

2)竖直方向定位，在前端钢轨1的轨顶放置一个水平仪，并沿钢轨轴线移动，观察是否水平，如果不水平，则旋转垂直方向定位调节螺杆28，将带动水平移动楔形块27在水平方向移动，从而带动竖直移动楔形块26在竖直方向移动，实现钢轨在垂直方向定位；

3)水平方向定位，测量前端钢轨1轨顶靠近前端钢轨定位标尺11的一侧与前端钢轨定位标尺11之间的间隙是否一致，如果不一致则进行水平方向定位，具体方法是调节钳口型定位夹紧机构Ⅰ8或前端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅱ10的水平定位调节螺杆15，上下移动滑块14沿竖直方向移动时带动左侧水平移动楔形块16在水平方向移动，从而调整该部位钢轨在水平方向的位置，实现钢轨在水平方向的定位；

所述装置在钢轨定位和夹紧后，便可进行单斜面锯切，具体过程为：首先通过所述控制系统的人机界面输入旋转角度α和旋转方向，按下启动旋转工作台按钮，步进电机77开始旋转，其输出的转动通过齿轮76和固定弧形齿条75啮合传动，使旋转工作台69左端底面滚轮73在弧形滑道72内滚动，右端旋转工作台转轴96在推力圆锥滚子轴承97和推力球轴承98内旋转，绝对值编码器100检测旋转角度，直至旋转达到α角度后自动停止，然后旋转旋转工作台锁紧螺杆74使旋转工作台锁块101向上移动，将旋转工作台69锁紧。启动主传动系统，主电机56输出的旋转运动经主动带轮57、皮带58和从动带轮59传动，以及涡轮减速器60减速后，带动主动锯轮61旋转，从而带动张紧后的带锯条36回转，形成回转切削运动，回转速度的调节采用变频调速；然后启动锯切进给系统，左、右端进给油缸78、68驱动锯架上下移动，形成削进给运动，进给调速通过液压系统的调速阀实现无级调速，上下限位开关46、40限定其进给运动的范围；切削完成后进给油缸驱动锯架返回，松开夹紧机构后将已完成两端锯切的钢轨传输至下一工位进行闪光焊焊接，同时待锯切钢轨就位，开始下一次锯切。

Claims (10)

1.一种钢轨横向单斜无缝焊接面的锯切装置，该装置以带锯条为切削刀具，在一次锯切能够完成两个角度相等的横向单斜截面加工，由钢轨压紧结构、单斜面带锯切割结构、切割液压系统和控制电路系统组成，其特征在于：

钢轨压紧结构对两根被锯切钢轨进行定位和夹紧，以保证锯切时角度准确和稳定；单斜面带锯切割结构采用卧式龙门结构，主要对两根钢轨横向单斜焊接面的角度锯切；切割液压系统驱动压紧和锯切时的进给，在控制电路系统控制下保证整个压紧和锯切过程顺利实施；

所述的钢轨压紧结构包括结构相同的前、后端钢轨钳口型定位夹紧机构和定位机构，锯切后端钢轨(2)的前端时，由后端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅰ(4)和后端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅱ(6)进行左右夹紧和定位，由安装在后端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅰ(4)和后端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅱ(6)上的垂直方向定位机构和后端钢轨框型夹紧机构(5)实现上下定位和夹紧，后端钢轨定位标尺(7)用于水平定位检测；锯切前端钢轨(1)尾端时，由结构相同的前端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅰ(8)和前端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅱ(10)实现左右夹紧和定位，由安装在前端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅰ(8)和前端钢轨钳口型定位夹紧机构Ⅱ(10)上的垂直方向定位机构和前端钢轨框型夹紧机构(9)实现上下定位和夹紧，前端钢轨定位标尺(11)用于水平定位检测。

2.根据权利要求1所述的一种钢轨横向单斜无缝焊接面的锯切装置，其特征在于：

所述钢轨钳口型定位夹紧机构由钳口(13)、装在钳口(13)内的上下移动滑块(14)、左侧水平移动楔形块(16)、右侧水平移动块(21)、左、右侧夹头(18、19)和水平夹紧油缸(23)组成，所述左、右侧夹头(18、19)分别装在左侧水平移动楔形块(16)和右侧水平移动块(21)上，并通过左侧夹头紧固螺栓(17)和右侧夹头紧固螺栓(20)固定，所述上下移动滑块(14)和左侧水平移动楔形块(16)斜面配合装配，上下移动滑块(14)通过水平定位调节螺杆(15)旋转沿竖直方向移动并带动左侧水平移动楔形块(16)和左侧夹头(18)在水平方向移动，实现钢轨在水平方向的定位；水平夹紧油缸(23)推动右侧水平移动块(21)和右侧夹头(19)向左侧移动，与左侧夹头(18)一起实现对钢轨在轨腰部位左右夹紧，所述上下移动滑块(14)、左侧水平移动楔形块(16)和钳口(13)之间的接触部位均用燕尾槽连接。

3.根据权利要求1所述的一种钢轨横向单斜无缝焊接面的锯切装置，其特征在于：

所述垂直方向定位机构安装在钳口型定位夹紧机构上，它由装在钳口(13)内的垂直方向定位装置固定座(25)、竖直移动楔形块(26)、水平移动楔形块(27)和垂直方向定位调节螺杆(28)组成，所述竖直移动楔形块(26)和水平移动楔形块(27)的上下斜面装配并装在垂直方向定位装置固定座(25)内，所述竖直移动楔形块(26)支撑钢轨轨底，通过旋转垂直方向定位调节螺杆(28)，带动水平移动楔形块(27)在水平方向移动，从而带动竖直移动楔形块(26)在竖直方向移动，实现钢轨在垂直方向定位。

4.根据权利要求1所述的一种钢轨横向单斜无缝焊接面的锯切装置，其特征在于：

所述后端钢轨框型夹紧机构(5)和前端钢轨框型夹紧机构(9)结构相同，对钢轨垂直方向夹紧，由上横梁(30)、下横梁(32)和左、右连接螺杆(31、34)组成，上横梁(30)上安装有垂直夹紧油缸(29)，垂直夹紧油缸(29)的柱塞端连接下压块(35)，垂直夹紧油缸(29)工作时对钢轨顶部施加向下的力实现上下夹紧。

5.根据权利要求1所述的一种钢轨横向单斜无缝焊接面的锯切装置，其特征在于：

所述单斜面带锯切割结构采用卧式龙门结构，主要由龙门框架(47)、锯架部分、主传动系统、锯切进给系统、以及角度调整系统组成，所述锯架部分由连接横梁(48)和左、右端L型移动工作台(39、67)组成，所述连接横梁(48)将左、右端L型移动工作台(39、67)连接为一体，左、右端L型移动工作台(39、67)的竖直台面外侧与龙门框架(47)左、右立柱内侧间通过直线导轨副连接，并由左、右端导向套(43、64)压紧。

6.根据权利要求5所述的一种钢轨横向单斜无缝焊接面的锯切装置，其特征在于：

所述主传动系统由安装在左端L型移动工作台(39)水平台面上的张紧机构(38)和从动锯轮(37)、安装在右端L型移动工作台(67)竖直台面内侧的主电机(56)、水平台面上的涡轮减速器(60)和主动锯轮(61)组成，从动锯轮(37)轴安装在带锯条张紧机构(38)的滑块上，主动锯轮(61)轴与涡轮减速器(60)的输出轴连接，带锯条(36)安装在从动锯轮(37)和主动锯轮(61)上，并通过调整张紧机构(38)张紧，张紧后的带锯条(36)前、后刃口平行且朝下，通过带锯条导向机构，使锯条锯切部位刃口竖直向下并施加一定的夹紧力，以保持锯切部位在锯切时稳定，保证锯切精度和断面垂直度，所述主电机(56)输出的旋转，经主动带轮(57)、皮带(58)和从动带轮(59)传动，以及涡轮减速器(60)减速后，带动主动锯轮(61)旋转，从而带动张紧后的带锯条(36)回转，形成回转切削运动，回转速度的调节采用变频调速。

7.根据权利要求6所述的一种钢轨横向单斜无缝焊接面的锯切装置，其特征在于：

所述带锯条导向机构由左、右导向臂(51、53)和左右导向头(54、55)组成，左、右导向臂(51、53)由左、右导向臂锁紧手轮(50、52)锁紧在导向臂导向导轨(49)上，导向臂导向导轨(49)安装在连接横梁(48)上。

8.根据权利要求5所述的一种钢轨横向单斜无缝焊接面的锯切装置，其特征在于：

所述锯切进给系统是将左、右端进给油缸(78、68)的活塞与连接横梁(48)连接，左、右端进给油缸(78、68)工作可驱动锯架和主传动系统沿直线导轨上下移动，形成切削进给运动，进给调速通过液压系统的调速阀实现无级调速，上、下限位开关(46、40)限定其进给运动的范围。

9.根据权利要求5所述的一种钢轨横向单斜无缝焊接面的锯切装置，其特征在于：

所述角度调整系统主要由旋转工作台(69)、旋转工作台转轴(96)、固定支座(71)、步进电机(77)和绝对值编码器(100)组成，所述旋转工作台(69)上安装有龙门框架(47)和左、右进给油缸(78、68)，旋转工作台(69)的右端下面固定有旋转工作台转轴(96)，旋转工作台转轴(96)通过推力圆锥滚子轴承(97)和推力球轴承(98)组合安装在固定旋转台固定支座(71)内，锁紧螺母(99)将旋转工作台转轴(96)和固定支座(71)连接为一体，固定支座(71)安装在床身(70)的工作台面上；旋转工作台(69)的左端安装有步进电机(77)，步进电机(77)旋转时通过齿轮(76)和固定弧形齿条(75)啮合传动带动旋转工作台(69)旋转，从而带动龙门框架(47)、锯架以及主传动系统和进给系统旋转，形成角度锯切，旋转工作台(69)左端底部前后两侧安装有两个滚轮(73)，旋转工作台旋转时滚轮(73)在弧形滑道(72)内滚动，固定弧形齿条(75)和弧形滑道(72)安装在床身(70)的固定工作台上；旋转工作台转轴(96)的自由端安装有绝对值编码器(100)，用来测量旋转工作台(69)的旋转角度；旋转工作台锁紧螺杆(74)与旋转工作台锁块(101)间螺纹连接，旋转旋转工作台锁紧螺杆(74)使旋转工作台锁块(101)向上移动，实现对旋转工作台(69)的锁紧。

10.根据权利要求1至9任一项所述的一种钢轨横向单斜无缝焊接面的锯切装置的控制方法，其特征在于：

所有夹紧和进给运动均采用液压驱动，控制单元采用PLC+单片机控制，控制单元安装在控制柜(79)内，具体控制步骤包括：

(1)选择钢轨被锯切部位，有单轨头端、单轨尾端和双轨等三种选择，控制单元根据选择的被切部位来确定使用哪一组夹紧机构，单轨头端或尾端分别用一组夹紧机构，双轨则两组夹紧机构同时应用；

(2)选择夹紧模式，夹紧模式分为联动和单动两种，在联动模式下控制单元根据选择的被切部位不同，自动驱动相应的夹紧机构完成先左右、后上下的夹紧和松开；单动模式下左右、上下夹紧和松开则手动控制单独完成；

(3)选择锯切模式，锯切模式分为自动和手动两种，自动模式下按下锯架进给按钮，锯架进给开始锯切，当锯切完成后自动停止进给并快速返回，然后自动松开夹紧机构；手动模式下锯切完成后锯架将自动停止进给，只有按下锯架回程按钮后锯架快速返回，并手动松开夹紧机构；

(4)角度调节，输入旋转角度并按下角度调整按钮，控制单元自动控制完成角度调节。