CN110579244A - 一种钢轨被动打磨方式的测试平台 - Google Patents

Abstract

一种钢轨被动打磨方式的测试平台，其特征在于:它包括通过高度调节、前后位移机构安装于机床控制柜之上的电机（2），安装在电机主轴前端的钢轨圆盘试样（4）；以与钢轨圆盘试样相对设置的方式安装在机床工作台上的被动打磨砂轮（8），所述被动打磨砂轮（8）安装在轴承轴（9）的一端，轴承轴（9）通过带座轴承（6）固定于L型支撑钢板（7）一侧；所述L型支撑钢板（7）通过三维力学传感器（10）安装底座固定台（11），底座固定台（11）通过水平角度调节机构安装在高低升降台（19），高低升降台（19）通过工作台移动导轨滑槽（20）以及高低升降、前后移动调节机构安装在机床工作台上；在L型支撑钢板（7）的顶部安装有磨削时可同步测量并记录磨削温度的红外测温仪（5）。

Description

一种钢轨被动打磨方式的测试平台

技术领域

本发明涉及一种钢轨被动打磨方式的测试平台。

背景技术

铁路是国民经济大动脉、关键基础设施和重大民生工程，是综合交通运输体系的主要运输方式之一。作为铁路系统中的核心部件，钢轨在对机车车辆提供导向作用的同时，由于服役过程中时刻受到来自垂向、横向以及纵向的复杂多变载荷冲击作用，其表面和内部容易出现各种损伤和缺陷，如波磨、裂纹、剥离、压溃、点蚀和肥边等。由于换轨过程操作繁琐且造价昂贵，为此钢轨打磨修复已经成为世界上公认的去除表面损伤和缺陷、改善轮轨匹配关系的通用手段，可有效抑制滚动接触疲劳、延长钢轨使用寿命、降低列车运行噪声、提高列车运行平稳性、安全性以及乘客舒适度。

钢轨打磨作业有两种方式：主动打磨和被动打磨。主动式打磨是采用主轴自带动力驱动磨具旋转，砂轮端面沿钢轨截面布置而获得打磨目标廓型。被动式打磨则是砂轮自身不带动力，通过调整砂轮轴向与轨面夹角和压力，在牵引车牵引下，砂轮在轨面形成非纯滚动的相对运动，从而实现对轨面的磨削。被动打磨由于其对于铁路修复效率更高、去除量适中且以较小打磨量即可去除钢轨表面缺陷延长钢轨使用寿命而受到世界各个国家的广泛关注。采用被动打磨修复的钢轨不但表面效果良好且大大提高了钢轨打磨车的行进速度，缩减了固定线路的空窗时间利于钢轨维护。

但是现阶段钢轨被动打磨车国内主要依赖进口，且被动打磨砂轮也不能实现全部自主国产化，大部分商品仍然依赖国外进口，国内对于钢轨被动打磨的方式及原理仍旧处于探究与探索阶段，国内磨料磨具行业对于钢轨被动打磨砂轮的研发与产品升级也在同步进行。然而，目前国内外罕见可以模拟钢轨被动打磨方式的测试平台，为了满足对钢轨被动打磨关键因素的研究，如运行速度、砂轮角度、压力与打磨量关系，不同打磨参数对打磨的影响，不同结构砂轮对磨削的影响等，模拟并测试钢轨被动打磨过程中的各个参数，评价钢轨被动打磨砂轮的实用性能，亟需研制一种钢轨被动打磨方式的测试平台，从而促进国内机械行业对被动打磨车的研发、磨料磨具行业对被动打磨砂轮的研发与产品升级，制定适当的适用于国内线路的被动打磨工艺参数与合适的被动打磨磨具产品，保障钢轨被动打磨的效果，维护国家利益与自主产业经济的发展。

发明内容

本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种钢轨被动打磨方式的测试平台。本发明采用被动打磨的方式，以空气压缩机和气缸提供磨削压力、电机驱动钢轨圆盘转动，在一定角度下带动砂轮被动转动从而实现钢轨被动打磨，同时通过红外测温仪和三维力学传感器在磨削时同步检测磨削温度、磨削压力与磨削力；该平台整体结构科学合理，安装和使用方便，在磨削时还可在一侧加装砂轮电刷同步检测砂轮转速，用途广泛，非常适用于被动磨削产品研发与产品测试。

本发明的目的可通过下属技术措施来实现：

本发明的钢轨被动打磨方式的测试平台包括通过高度调节、前后位移机构安装于机床控制柜之上的电机，安装在电机主轴前端的钢轨圆盘试样；以与钢轨圆盘试样相对设置的方式安装在机床工作台上的被动打磨砂轮，所述被动打磨砂轮安装在轴承轴的一端，轴承轴通过带座轴承固定于L型支撑钢板一侧；所述L型支撑钢板通过三维力学传感器安装底座固定台，底座固定台通过水平角度调节机构安装在高低升降台，高低升降台通过工作台移动导轨滑槽以及高低升降、前后移动调节机构安装在机床工作台上；在L型支撑钢板的顶部安装有磨削时可同步测量并记录磨削温度的红外测温仪。

本发明在电机主轴前端设置电机轴罩，所述钢轨圆盘试样通过沉孔螺丝固定在电机主轴前端设置的电机轴罩内。

本发明中所述三维力学传感器通过上夹板与L型支撑钢板相连、通过下夹板和底座固定台相连；底座固定台平行于地面，利用水平仪通过底座台微调转轮调节水平基准位置；三维力学传感器通过接线端子和采集卡及信号放大器连接计算机，测量并记录磨削力。

所述工作台移动导轨滑槽与气缸相连，在打磨时通过空气压缩机、稳压阀、调压阀、三位两通电磁换向阀提供恒压及稳定的磨削压力。

所述钢轨圆盘试样由铁路钢轨材料切割组装而成；钢轨圆盘试样端面轮廓为钢轨形状；钢轨圆盘试样与底座固定台呈90°垂直夹角。

所述被动打磨砂轮与钢轨圆盘试样间夹角调整范围为0°~90°，以完成不同角度的被动打磨试验。

所述电机为调速电机，用于模拟打磨列车在钢轨上不同的前进速度，进而间接改变被动打磨砂轮的转动速度，模拟并测试打磨列车不同速度下被动打磨砂轮对钢轨圆盘试样的磨削效果。

本发明中用于调节电机高度、前后位移机构以及用于调节高低升降台高低、前后移动调节机构均可采用公知的机构来实现，诸如导轨丝杠机构。

本发明的工作原理如下：

在被动打磨试验时，通过各连接机构由空气压缩机和气缸为被动打磨砂轮提供一个恒压及稳定的磨削压力；电机安装于机床控制柜之上，由机床控制柜控制电机转速；电机主轴一端安装钢轨圆盘试样，试样以沉孔螺丝固定安装在钢基体轴盘上；钢轨圆盘试样与电机通过电机主轴与钢基体轴盘相连接；被动打磨砂轮固定在轴承轴一端方便安装拆卸，轴承轴通过带座轴承固定于L型钢板一侧；带座轴承、机床工作台、钢轨圆盘三者水平轴线维持统一，钢轨圆盘试样垂直于底座固定台及机床工作台；带座轴承固定于L型板上，可以通过调整带座轴承角度，调整轴承与水平轴线夹角，即可变相调节砂轮与钢轨圆盘间的打磨角度；试验平台上方安装红外测温仪，可在磨削时同步测量并记录磨削温度；三维力学传感器通过上夹板和L型钢板相连，通过下夹板和底座固定台相连；砂轮与钢轨圆盘在磨削过程中，磨削压力与法向、切向磨削力会通过轴承、带座轴承、L型钢板传输至三维力学传感器；三维力学传感器通过接线端子和采集卡及信号放大器与计算机相连接，在磨削过程中同步输出三维受力数值。

本发明的打磨方式为被动打磨，电机通过电机主轴驱动钢轨圆盘主动转动，转动速度为可调节转度由机床控制柜控制，以模拟打磨列车在钢轨上不同的前进速度，砂轮在无压力条件下无转动动力；被动打磨砂轮与钢轨轮廓面呈一定夹角，在砂轮与钢轨圆盘间摩擦力与压力的共同作用下被动转动，从而模拟砂轮对钢轨进行被动磨削的行为；在有磨削压力的条件下，被动打磨砂轮与钢轨角度为0°时砂轮在钢轨上转动但无磨削行为，被动打磨砂轮与钢轨角度为90°时砂轮不转动仅发生固定位置的滑擦行为。

本发明所述钢轨圆盘由铁路钢轨材料切割组装而成，使用沉孔螺丝固定于钢基体轴盘之上，表面高度一致且以可拆卸方式连接；钢轨圆盘端面轮廓为钢轨顶弧形状。

所述砂轮通过轴承、带座轴承、L型板固定于底座工作台上，可通过手动或由机床控制柜控制机床工作台台面及电机位置的移动，调整被动打磨砂轮与钢轨圆盘间的位置及打磨区域（砂轮在钢轨上的打磨圆半径）。

所述被动打磨砂轮固定于轴承轴一端，轴承轴固定于带座轴承间，砂轮可在装置上无阻力自由转动，但无主动转动动力，该装置均为可拆卸连接方式，可以更换不同种类不同型号砂轮。

所述红外测温仪通过支架安装在钢轨试样上端，可以选择区域或整体测量温度，在磨削时可同步测量并记录磨削温度。

所述三维力学传感器通过上下夹板固定于L型钢板和底座工作台之间，磨削过程中力通过轴承轴、带座轴承、L型钢板传递至三维力学传感器，可准确测量出砂轮与钢轨圆盘间垂向、法向、切向磨削力。

本发明通过接线端子和采集卡及信号放大器，将三维力学传感器在磨削过程中接受的电信号转换至力学信号输出至计算机并记录。

本发明的有益效果如下：

本发明为一种钢轨被动打磨方法和测试平台，该测试平台可以模拟并检测铁路钢轨被动打磨过程中的各项性能指标，为检测铁路被动打磨砂轮的磨削性能提供了检测方法；同时还可以表征在不同条件下如：砂轮角度、打磨压力、磨削深度、磨削转速等，不同性能砂轮对铁路钢轨的修整效果。测试时砂轮与钢轨圆盘固定一夹角，圆盘模拟钢轨在电机驱动下旋转，砂轮在二者间作用力带动下被动转动，通过这种方式来模拟被动打磨过程中钢轨与砂轮之间的相对运动，从而研究不同类型打磨砂轮在一定条件下对钢轨的打磨效果，并进一步研究被动打磨机理。本发明广泛适用于地铁和铁路钢轨被动打磨方式砂轮的检测与测试。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的整体结构示立体图。

图3为图2的右视图。

图4为图2的正面视图。

图5为图2的后视图。

图6为本发明打磨机构局部视图（放大图）。

图7为图6的后视图。

图中序号：1-高低移动转轮、2-电机、3-电机轴罩、4-钢轨圆盘试样、5-红外测温仪、6-带座轴承、7-L型支撑钢板、8-被动打磨砂轮、9-轴承轴、10-三维力学传感器、11-底座固定台、12-底座台微调转轮、13-工作台前后移动转轮、14-稳压阀、15-调压阀、16-三位两通电磁换向阀、17-气缸、18-工作台左右移动转轮、19-高低升降台、20-移动导轨滑槽、21-电机前后移动转轮。

具体实施方式

本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述：

如图1所示，本发明的钢轨被动打磨方式的测试平台包括通过高度调节、前后位移机构安装于机床控制柜之上的电机1，安装在电机主轴前端的钢轨圆盘试样4；以与钢轨圆盘试样相对设置的方式安装在机床工作台上的被动打磨砂轮8，所述被动打磨砂轮8安装在轴承轴9的一端，轴承轴9通过带座轴承6固定于L型支撑钢板7一侧；所述L型支撑钢板7通过三维力学传感器10安装底座固定台11，底座固定台11通过水平角度调节机构安装在高低升降台19，高低升降台19通过工作台移动导轨滑槽20以及高低升降、前后移动调节机构安装在机床工作台上；在L型支撑钢板7的顶部安装有磨削时可同步测量并记录磨削温度的红外测温仪5。

本发明在电机主轴前端设置电机轴罩3，所述钢轨圆盘试样4通过沉孔螺丝固定在电机主轴前端设置的电机轴罩3内。

本发明中所述三维力学传感器10通过上夹板与L型支撑钢板7相连、通过下夹板和底座固定台11相连；底座固定台11平行于地面，利用水平仪通过底座台微调转轮12调节水平基准位置；三维力学传感器10通过接线端子和采集卡及信号放大器连接计算机，测量并记录磨削力。

所述工作台移动导轨滑槽20与气缸17相连，在打磨时通过空气压缩机、稳压阀14、调压阀15、三位两通电磁换向阀16提供恒压及稳定的磨削压力。

所述钢轨圆盘试样4由铁路钢轨材料切割组装而成；钢轨圆盘试样4端面轮廓为钢轨形状；钢轨圆盘试样4与底座固定台11呈90°垂直夹角。

所述被动打磨砂轮8与钢轨圆盘试样4间夹角调整范围为0°~90°，以完成不同角度的被动打磨试验。

所述电机2为调速电机，用于模拟打磨列车在钢轨上不同的前进速度，进而间接改变被动打磨砂轮8的转动速度，模拟并测试打磨列车不同速度下被动打磨砂轮8对钢轨圆盘试样4的磨削效果。

本发明中用于调节电机高度、前后位移机构以及用于调节高低升降台高低、前后移动调节机构均可采用公知的机构来实现，诸如导轨丝杠机构。

本发明通过调整高低升降台19控制被动打磨砂轮8对钢轨圆盘试样4的打磨位置；通过调节带座轴承与底座固定台11不同夹角，使被动打磨砂轮与钢轨圆盘试样4完成不同角度的打磨方案；机床工作台位置可在试验前由工作台前后移动转轮13与工作台移动转轮18控制，打磨试验时锁死。

本发明的打磨方式为被动打磨，通过电机2驱动钢轨圆盘试样4主动转动，被动打磨砂轮8通过被动打磨砂轮8与钢轨圆盘试样4间切向力的带动下被动转动。

本发明中钢轨圆盘试样4固定于电机2一端，以电机为钢轨圆盘试样4提供主动转动动力，模拟打磨列车在钢轨上前进，带动被动打磨砂轮8对钢轨圆盘试样4钢轨轮廓端面进行加工。

所示钢轨圆盘试样4在试验后可拆卸，对其打磨后的表面及去除进行测试与表征，并可在下次试验之前通过车床对打磨表面进行恢复或者更换钢轨试样。

本发明通过三维力学传感器10测量被动打磨砂轮8在打磨过程中，与钢轨圆盘试样4间的磨削压力与磨削力。通过接线端子和采集卡及信号放大器，将三维力学传感器10）电信号转换至力学信号输出至计算机并记录。所述被动打磨砂轮8）对钢轨圆盘试样4的打磨位置位于过圆盘中心与底座固定台11平行的水平轴线上。所述被动打磨砂轮8为圆柱型磨钢轨专用砂轮，厚度可根据测试台大小调整。用于调节电机高度的高低移动转轮1设置在电机2后部，用于调节电机前后位移的电机前后移动转轮21设置在机床控制柜上。

本发明的基本目的是在于提供一种测试方式和测试平台，以实现被动钢轨打磨磨削测试，所以砂轮拆卸检测与钢轨样品拆卸检测的便捷性就成为了测试基本能进行的前提。本测试平台砂轮通过紧固螺丝与压片固定于轴承一端，砂轮拆卸与安装便捷；钢轨样品通过多个沉头螺丝固定于钢基体盘之上，磨削测试前后可拆卸以实现称重、粗糙度测试、高度去除、轨面轮廓检测等测试，并且可以拆卸对试样进行车铣修整。

通过机床控制柜控制面板，可以实现对钢轨圆盘试样转速的控制；通过移动导轨滑槽、气缸、空气压缩机、稳压阀、调压阀、三位两通电磁换向阀提供磨削压力，从而在一定时间条件下达到不同的打磨深度及打磨效果；通过调整带座轴承与水平轴线的夹角可以调整砂轮在钢轨圆盘试样之上的磨削角度。不同打磨深度即不同打磨量在砂轮种类、角度、钢轨转速等条件相同的条件下，测定得出的磨削压力、磨削法向力与磨削切向力会有所不同，同理改变上述任意一变量得出的数值均会改变，为研究磨削机理、选择合理的磨削参数提供选择依据。

在测试时可以采取多组控制变量的测试方法。在检测砂轮对钢轨的打磨效果时，以砂轮种类、磨削压力、钢轨转速、磨削时间为变量，选取其中一组变量控制另外两组，对打磨前后砂轮重量变化、钢轨重量变化、钢轨表面打磨效果、砂轮被动转速、打磨温度、磨削压力、磨削切力、磨削率等参数进行表征，以得到测试结果。

Claims (7)

1.一种钢轨被动打磨方式的测试平台，其特征在于:它包括通过高度调节、前后位移机构安装于机床控制柜之上的电机（2），安装在电机主轴前端的钢轨圆盘试样（4）；以与钢轨圆盘试样相对设置的方式安装在机床工作台上的被动打磨砂轮（8），所述被动打磨砂轮（8）安装在轴承轴（9）的一端，轴承轴（9）通过带座轴承（6）固定于L型支撑钢板（7）一侧；所述L型支撑钢板（7）通过三维力学传感器（10）安装底座固定台（11），底座固定台（11）通过水平角度调节机构安装在高低升降台（19），高低升降台（19）通过工作台移动导轨滑槽（20）以及高低升降、前后移动调节机构安装在机床工作台上；在L型支撑钢板（7）的顶部安装有磨削时可同步测量并记录磨削温度的红外测温仪（5）。

2.根据权利要求1所述的钢轨被动打磨方式的测试平台，其特征在于: 在电机主轴前端设置电机轴罩（3），所述钢轨圆盘试样（4）通过沉孔螺丝固定在电机主轴前端设置的电机轴罩（3）内。

3.根据权利要求1所述的钢轨被动打磨方式的测试平台，其特征在于:所述 三维力学传感器（10）通过上夹板与L型支撑钢板（7）相连、通过下夹板和底座固定台（11）相连；底座固定台（11）平行于地面，利用水平仪通过底座台微调转轮（12）调节水平基准位置；三维力学传感器（10）通过接线端子和采集卡及信号放大器连接计算机，测量并记录磨削力。

4.根据权利要求1所述的钢轨被动打磨方式的测试平台，其特征在于:所述工作台移动导轨滑槽（20）与气缸（17）相连，在打磨时通过空气压缩机、稳压阀（14）、调压阀（15）、三位两通电磁换向阀（16）提供恒压及稳定的磨削压力。

5.根据权利要求1所述的钢轨被动打磨方式的测试平台，其特征在于: 所述钢轨圆盘试样（4）由铁路钢轨材料切割组装而成；钢轨圆盘试样（4）端面轮廓为钢轨形状；钢轨圆盘试样（4）与底座固定台（11）呈90°垂直夹角。

6.根据权利要求1所述的钢轨被动打磨方式的测试平台，其特征在于: 所述被动打磨砂轮（8）与钢轨圆盘试样（4）间夹角调整范围为0°~90°，以完成不同角度的被动打磨试验。

7.根据权利要求1所述的钢轨被动打磨方式的测试平台，其特征在于:所述电机（2）为调速电机，用于模拟打磨列车在钢轨上不同的前进速度，进而间接改变被动打磨砂轮（8）的转动速度，模拟并测试打磨列车不同速度下被动打磨砂轮（8）对钢轨圆盘试样（4）的磨削效果。