CN110253150A - 一种钢轨全断面除锈机及除锈方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢轨全断面除锈机，包括基座、设置于基座上的安装座、设置于安装座上的激光除锈系统，激光除锈系统包括可发射激光束的激光头、可驱使激光头移动的驱动装置、激光头设置于驱动装置上，激光头移动后可正对钢轨的轨顶面、轨底面或轨断面；还包括设置于激光除锈系统一侧的可将钢轨夹持固定的夹具系统。同时，本发明还提供了该除锈机的除锈方法。本发明作业过程中不产生粉尘污染，且除锈彻底，避免了因除锈深度过深，造成的被加工件报废。设备结构简单、可靠性高，除锈更便捷。
Description
技术领域
本发明属于钢轨生产设备，具体涉及一种钢轨全断面除锈机及除锈方法。
背景技术
要想获得工地上修建铁路所需要的钢轨，一般要经过如下几个步骤：由钢厂生产出短轨道，在运抵工地之前需要将短轨道焊接成长轨道。钢厂生产的短轨道由于较长时间搁置，会生锈，导致无法焊接。一般需要将短轨道两端除锈，才能焊接将两根短轨道焊接成长轨道。焊接过程均是在生产车间完成，焊接完成后才会运至工地。
目前为止，在钢轨的生产端，钢轨两端除锈均是采用钢丝刷、砂轮、砂带或千叶轮等工具，以去除母材机械加工的方式进行，比如公告号为CN 203221396U的中国发明专利，采用的是钢丝刷和砂带相结合的方式，对钢轨不同部位进行除锈作业。
传统钢轨除锈的加工方式有如下缺陷：
1.除锈会产生金属加工粉尘，加工工具在作业工程中损耗也会产生粉尘,这些粉尘不易收集，会造成严重的空气污染。
2.由于是采用去除母材的方式除锈，因此在作业过程中需要对去除母材的深度进行精确控制，否则会造成打磨深度过大，造成加工件报废。
3.钢轨需要除锈的表面，包括钢轨轨顶面、轨底面和轨断面三个部位，而采用去除母材机加工的方式进行，需要对这三个部位的加工深度都进行严格控制，这样会造成设备系统复杂，设备的可靠性差。
另外，对本案中所提到的方向词汇进行定义，在轨道车辆领域中，技术人员通常认定的方向有三种：
垂向：竖直垂直于轨面的方向。
纵向：沿着轨道的方向。
横向：水平垂直于轨道的方向。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种在钢轨生产阶段的除锈过程中，不产生粉尘污染、除锈彻底且容易控制的钢轨全断面除锈机，同时还提供了除锈方法。
本发明解决问题的技术方案是：一种钢轨全断面除锈机，包括基座、设置于基座上的安装座、设置于安装座上的激光除锈系统，所述激光除锈系统包括可发射激光束的激光头、可驱使激光头移动的驱动装置，激光头设置于驱动装置上，激光头移动后可正对钢轨的轨顶面、轨底面或轨断面；
还包括设置于激光除锈系统一侧的可将钢轨夹持固定的夹具系统。
在长钢轨生产过程中，采用激光除锈的方式代替传统的除锈方式，发射出的激光束照射在除锈体表面，生锈处经受高温时，瞬间气化蒸发，表面等离子体分离后，由于底层金属对光的高反射率，即使暴露在激光下也不会损坏母材基体，达到表面除锈的目的。
优选的，所述驱动装置为六自由度机械臂，所述激光头设置于机械臂前端。利用机械臂的六自由度，可以实现一套作业机构完成钢轨轨顶面、轨底面和轨断面的除锈作业，简化设备结构，提高设备可靠性。
进一步的，所述激光除锈系统还包括激光器、与激光器连接的水冷机、控制系统，所述激光器和水冷机固定于安装座上，所述机械臂、激光器、水冷机分别与控制系统连接，所述激光器与激光头通过光纤连接。
激光器产生激光会产热，水冷机给激光器循环冷却。激光通过光纤传导给激光头。
进一步的，所述夹具系统包括第一夹具和第二夹具，第一夹具和第二夹具结构相同，所述第一夹具包括座体、设置于座体上的用于穿设钢轨的过孔、设置于过孔底部的支承台、设置于支承台上方的顶杆、可驱动顶杆升降的驱动气缸，驱动气缸固定于座体顶部，所述顶杆与支承台在同一铅垂线上；
在座体上与过孔等高位置处设有导向轮，所述导向轮的轮轴线在铅垂线上。
钢轨同时穿过第一夹具和第二夹具，夹具夹紧通过顶杆和支承台的作用将钢轨顶面和底面顶紧。钢轨到达工位过程中导向轮起导向作用，不限制钢轨横向自由度。
优选的，在基座和安装座之间设有移动装置，所述移动装置可驱使安装座相对基座移动。
安装座的移动可带动机械臂的移动，移动的目的在于操作更加方便，也能根据不同的钢轨长度调整机械臂的位置。
具体的，所述移动装置包括减速电机、过渡轴总成、设置于过渡轴总成输出轴上的齿轮、固定于基座上的齿条、固定于安装座底部的滑块、设置于基座上的导轨，所述过渡轴总成固定在安装座底部，减速电机输出轴与过渡轴总成输入端传动连接，所述齿轮与齿条啮合传动；
所述滑块与导轨装配，且滑块可沿导轨移动。
上述结构只是移动装置的一种形式，移动装置的结构形式不限，只要能使安装座移动即可。
为了提高工作效率，所属夹具系统设有两套，对称设置于驱动装置两侧。
设置两套夹具系统之后，机械臂可以依次加工前后两根钢轨的尾端和前端，提高除锈效率。
一种优选的技术方案中，两套夹具系统位于同一直线上，每一套夹具系统包括第一夹具和第二夹具，第一夹具和第二夹具结构相同；
在基座和安装座之间设有移动装置，所述移动装置可驱使安装座相对基座移动；
两套夹具系统中，每一套夹具系统中的第二夹具均固定设置于安装座上，且两个第二夹具各自与驱动装置之间的距离相等。
控制驱动装置与第二夹具之间的距离，目的是为了控制好驱动装置与两根钢轨端部之间的距离，使驱动装置与两根钢轨端部的距离相等，这样使得在钢轨端部除锈过程中机械臂的工作范围在两根钢轨端部相同，一则保证加工的一致性，二则机械臂的位置调整效率更高，加工更方便。
为了收集激光烧灼气化过程中的白烟，在驱动装置的正上方设有集烟系统。
为了保证加工过程的安全性，在安装座外围边沿设有将安装座上所安装的设备封闭在安装座上方空间内的防护罩。
相应的，本发明还提供一种运用钢轨全断面除锈机的除锈方法，包括如下步骤：
a)传送钢轨的辊道线控制第n钢轨和第n+1钢轨输送到指定位置，第n钢轨与第n+1钢轨相距一定距离，预留出作业空间；其中，n为正整数；
b)控制夹具系统，使第n钢轨和第n+1钢轨夹紧定位；
c)控制移动装置使驱动装置移动到第n钢轨和第n+1钢轨预留距离的中间位置；
d)控制驱动装置驱使激光头移动到第n钢轨尾端工位，分别进行第n钢轨尾端的轨顶面、轨底面和轨断面除锈；
控制驱动装置驱使激光头移动到第n+1钢轨前端工位，分别进行第n+1钢轨前端的轨顶面、轨底面和轨断面除锈；
e)松开夹具系统，控制传送钢轨的辊道线将第n钢轨输出，将已完成一端除锈的第n+1钢轨向前输送至原第n钢轨的工位，将第n+2钢轨向前输送至原第n+1钢轨的工位，重复步骤b)～d)进行第n+1钢轨尾端和第n+2钢轨前端除锈；
如此循环进行，完成钢轨除锈。
从以上方案可知，本发明目的纯粹为了将短钢轨焊接成长钢轨之前的除锈，发生在钢轨生产端，在生产车间完成。需要考虑的是钢轨两端的三个面的除锈工作，是综合考虑激光头的除锈位置的变化、除锈效率、系统复杂程度、除锈的便利性等因素而得出的方案，与铺装成轨道之后的轨道维护阶段除锈不同，设计目的不同，设计思路不同。
本发明的显著效果是：
1.在钢轨生产端利用激光原理除锈，使生锈处经受高温，瞬间气化蒸发，作业过程中不产生粉尘污染，且除锈彻底。
2.利用底层金属(母材)对光的高反射率，即使暴露在激光下也不会损坏母材基体，达到表面除锈的目的，不需要像机械加工除锈方式那样精确控制除锈深度，避免了因除锈深度过深，造成的被加工件报废。
3.利用机械臂的六自由度，可以实现一套作业机构完成钢轨轨顶面、轨底面和轨断面的除锈作业，设备结构简单、可靠性高，除锈更便捷。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明型钢轨全断面除锈机整体结构主视图；
图2为图1的俯视图；
图3为移动装置结构示意图；
图4为本发明中对钢轨轨顶面除锈作业状态示意图；
图5为本发明中对钢轨轨底面除锈作业状态示意图；
图6为本发明中对钢轨轨断面除锈作业状态示意图；
图7为本发明中待机状态示意图；
图8为本发明中坐标系方向示意图。
图中：1-基座，2-安装座，3-移动装置，4-控制系统，5-滑块,6-导轨，7-激光器，8-驱动装置，9-电柜，10-水冷机，11-激光头，12-第二夹具，14-第一夹具，
16-减速电机，17-过渡轴总成，18-齿轮，19-齿条，20-防护罩，21-集烟系统，22-第n钢轨，23-第n+1钢轨，141-座体，142-支承台，143-顶杆,144-驱动气缸,
145-导向轮
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。
如图1～7所示，一种钢轨全断面除锈机，包括基座1、设置于基座1上的安装座2、设置于安装座2上的激光除锈系统、设置于激光除锈系统一侧的可将钢轨夹持固定的夹具系统、设置于安装座2上的电柜9。
所述激光除锈系统包括可发射激光束的激光头11、可驱使激光头11移动的驱动装置8、激光器7、与激光器7连接的水冷机10、控制系统4。激光头11设置于驱动装置8上。激光头11移动后可正对钢轨的轨顶面、轨底面或轨断面。所述激光器7和水冷机10固定于安装座2上。所述机械臂、激光器7、水冷机10分别与控制系统4和电柜9连接连接。所述激光器7与激光头11通过光纤连接。
所述驱动装置8优选为六自由度机械臂。所述激光头11设置于机械臂前端。
所述夹具系统包括第一夹具14和第二夹具12。第一夹具14和第二夹具12结构相同。所述第一夹具14包括座体141、设置于座体141上的用于穿设钢轨的过孔、设置于过孔底部的支承台142、设置于支承台142上方的顶杆143、可驱动顶杆143升降的驱动气缸144。驱动气缸144固定于座体141顶部，所述顶杆143与支承台142在同一铅垂线上。在座体141上与过孔等高位置处设有导向轮145。所述导向轮145的轮轴线在铅垂线上。
在基座1和安装座2之间设有移动装置3。所述移动装置3可驱使安装座2相对基座1移动。所述移动装置3包括减速电机16、过渡轴总成17、设置于过渡轴总成17输出轴上的齿轮18、固定于基座1上的齿条19、固定于安装座2底部的滑块5、设置于基座1上的导轨6。所述过渡轴总成17固定在安装座2底部。减速电机16输出轴与过渡轴总成17输入端传动连接。所述齿轮18与齿条19啮合传动。所述滑块5与导轨6装配，且滑块5可沿导轨6移动。
所属夹具系统设有两套，对称设置于驱动装置8两侧。两套夹具系统位于同一直线上。两套夹具系统中，每一套夹具系统中的第二夹具12均固定设置于安装座2上，且两个第二夹具12各自与驱动装置8之间的距离相等。
所述夹具系统和移动装置3均与控制系统4连接。
在驱动装置8的正上方设有集烟系统21。集烟系统21外部与除尘系统连接。
在安装座2外围边沿设有将安装座2上所安装的设备封闭在安装座2上方空间内的防护罩20。
本实施例还提供一种运用上述钢轨全断面除锈机的除锈方法，包括如下步骤：
a)传送钢轨的辊道线控制第n钢轨22和第n+1钢轨23输送到指定位置，第n钢轨22与第n+1钢轨23相距一定距离，预留出作业空间；其中，n为正整数。
b)控制夹具系统，使第n钢轨22和第n+1钢轨23夹紧定位。
c)控制移动装置3使驱动装置8移动到第n钢轨22和第n+1钢轨23预留距离的中间位置。
d)控制驱动装置8驱使激光头11移动到第n钢轨22尾端工位，分别进行第n钢轨22尾端的轨顶面、轨底面和轨断面除锈。
控制驱动装置8驱使激光头11移动到第n+1钢轨23前端工位，分别进行第n+1钢轨23前端的轨顶面、轨底面和轨断面除锈。
e)松开夹具系统，控制传送钢轨的辊道线将第n钢轨22输出，将已完成一端除锈的第n+1钢轨23向前输送至原第n钢轨22的工位，将第n+2钢轨向前输送至原第n+1钢轨23的工位，重复步骤b)～d)进行第n+1钢轨23尾端和第n+2钢轨前端除锈。
如此循环进行，完成钢轨除锈。
上述方案的除锈机和除锈方法，让机械臂位于两根钢轨中间，保证了两根钢轨端部除锈范围的一致性，且工作效率更高。
上述实施例所提供的方案，只是最佳的方案，还有一些其它替代方案，例如在图8的坐标系中，
替代方案一：采用机床X，Y，Z三坐标结构，通过X，Y，Z的联动，将激光头11移动到不同作业位置，实现对钢轨轨顶面、轨底面和轨断面的除锈作业。
替代方案二：采用机床X，Z两坐标结构和机械臂相结合的方式实现对钢轨轨顶面、轨底面和轨断面的除锈作业。(即采用机械臂完成对钢轨轨断面的除锈作业，采用机床X，Z两坐标联动结构完成对钢轨轨顶面和轨底面的除锈作业)。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种钢轨全断面除锈机，其特征在于：包括基座(1)、设置于基座(1)上的安装座(2)、设置于安装座(2)上的激光除锈系统，所述激光除锈系统包括可发射激光束的激光头(11)、可驱使激光头(11)移动的驱动装置(8)，激光头(11)设置于驱动装置(8)上，激光头(11)移动后可正对钢轨的轨顶面、轨底面或轨断面；
还包括设置于激光除锈系统一侧的可将钢轨夹持固定的夹具系统。
2.根据权利要求1所述的钢轨全断面除锈机，其特征在于：所述驱动装置(8)为六自由度机械臂，所述激光头(11)设置于机械臂前端。
3.根据权利要求2所述的钢轨全断面除锈机，其特征在于：所述激光除锈系统还包括激光器(7)、与激光器(7)连接的水冷机(10)、控制系统(4)，所述激光器(7)和水冷机(10)固定于安装座(2)上，所述机械臂、激光器(7)、水冷机(10)分别与控制系统(4)连接，所述激光器(7)与激光头(11)通过光纤连接。
4.根据权利要求1所述的钢轨全断面除锈机，其特征在于：所述夹具系统包括第一夹具(14)和第二夹具(12)，第一夹具(14)和第二夹具(12)结构相同，所述第一夹具(14)包括座体(141)、设置于座体(141)上的用于穿设钢轨的过孔、设置于过孔底部的支承台(142)、设置于支承台(142)上方的顶杆(143)、可驱动顶杆(143)升降的驱动气缸(144)，驱动气缸(144)固定于座体(141)顶部，所述顶杆(143)与支承台(142)在同一铅垂线上；
在座体(141)上与过孔等高位置处设有导向轮(145)，所述导向轮(145)的轮轴线在铅垂线上。
5.根据权利要求1所述的钢轨全断面除锈机，其特征在于：在基座(1)和安装座(2)之间设有移动装置(3)，所述移动装置(3)可驱使安装座(2)相对基座(1)移动。
6.根据权利要求5所述的钢轨全断面除锈机，其特征在于：所述移动装置(3)包括减速电机(16)、过渡轴总成(17)、设置于过渡轴总成(17)输出轴上的齿轮(18)、固定于基座(1)上的齿条(19)、固定于安装座(2)底部的滑块(5)、设置于基座(1)上的导轨(6)，所述过渡轴总成(17)固定在安装座(2)底部，减速电机(16)输出轴与过渡轴总成(17)输入端传动连接，所述齿轮(18)与齿条(19)啮合传动；
所述滑块(5)与导轨(6)装配，且滑块(5)可沿导轨(6)移动。
7.根据权利要求1-6任一项所述的钢轨全断面除锈机，其特征在于：所属夹具系统设有两套，对称设置于驱动装置(8)两侧。
8.根据权利要求7所述的钢轨全断面除锈机，其特征在于：两套夹具系统位于同一直线上，每一套夹具系统包括第一夹具(14)和第二夹具(12)，第一夹具(14)和第二夹具(12)结构相同；
在基座(1)和安装座(2)之间设有移动装置(3)，所述移动装置(3)可驱使安装座(2)相对基座(1)移动；
两套夹具系统中，每一套夹具系统中的第二夹具(12)均固定设置于安装座(2)上，且两个第二夹具(12)各自与驱动装置(8)之间的距离相等。
9.根据权利要求1所述的钢轨全断面除锈机，其特征在于：在驱动装置(8)的正上方设有集烟系统(21)；或者，在安装座(2)外围边沿设有将安装座(2)上所安装的设备封闭在安装座(2)上方空间内的防护罩(20)。
10.一种运用权利要求8所述钢轨全断面除锈机的除锈方法，其特征在于包括如下步骤：
a)传送钢轨的辊道线控制第n钢轨(22)和第n+1钢轨(23)输送到指定位置，第n钢轨(22)与第n+1钢轨(23)相距一定距离，预留出作业空间；其中，n为正整数；
b)控制夹具系统，使第n钢轨(22)和第n+1钢轨(23)夹紧定位；
c)控制移动装置(3)使驱动装置(8)移动到第n钢轨(22)和第n+1钢轨(23)预留距离的中间位置；
d)控制驱动装置(8)驱使激光头(11)移动到第n钢轨(22)尾端工位，分别进行第n钢轨(22)尾端的轨顶面、轨底面和轨断面除锈；
控制驱动装置(8)驱使激光头(11)移动到第n+1钢轨(23)前端工位，分别进行第n+1钢轨(23)前端的轨顶面、轨底面和轨断面除锈；
e)松开夹具系统，控制传送钢轨的辊道线将第n钢轨(22)输出，将已完成一端除锈的第n+1钢轨(23)向前输送至原第n钢轨(22)的工位，将第n+2钢轨向前输送至原第n+1钢轨(23)的工位，重复步骤b)～d)进行第n+1钢轨(23)尾端和第n+2钢轨前端除锈；
如此循环进行，完成钢轨除锈。
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