CN111455748A - 一种钢轨廓形在线一次成型铣轨设备及方法 - Google Patents
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Abstract
一种钢轨廓形在线一次成型铣轨设备及方法，包括一套铣削装置、检测控制系统和车体。铣削装置的主要工作部件组合式铣刀盘由一个圆形刀座、若干个刀粒安装座、曲面刀粒R13、曲面刀粒R80、曲面刀粒R300、直线刀粒组成。与现有的通过先粗铣再精铣作业或先铣削后磨削作业方法相比，本发明提供的铣轨设备仅需一套铣削装置对钢轨廓形一次铣削成型，该方法加工后钢轨表面不残留直线刀棱，满足线路精度及平顺性作业验收要求。
Description
技术领域
本发明涉及钢轨廓形在线一次成型的铣轨设备及方法，特別是铁路钢轨轮廓修复再成形的加工方法，属于铁路钢轨在线铣削维护技术领域。
背景技术
近年来，我国高速铁路及城市地铁交通发展迅速，随着运营量及时间增长，钢轨表面损伤问题愈发突出，常见的损伤类型有钢轨侧磨、波磨、飞边等，这些病害若不及时修复，将影响钢轨使用寿命和列车运营安全性。为保证列车运行安全性和稳定性，必须采用快速高效的在线整修技术来消除钢轨表面损伤、恢复钢轨良好的廓形。
目前移动式在线钢轨整修技术有钢轨打磨和钢轨铣磨两种。申请公布号CN104612005 A提供一种再成形钢轨轨头轮廓的加工方法，其采用沿钢轨纵向前后布置两组啮合铣刀盘或一组铣刀盘加一组磨盘对钢轨进行粗加工及精加工。申请公布号CN104911965A提供一种移动式铣轨装备的粗铣装置，其铣刀盘的每个刀架上包括至少七个方形刀片和两个曲面刀片，先通过粗铣装置对钢轨轨头表面铣削成型，再用精铣装置对轨头表面进行精铣整修。现有的钢轨铣磨车或铣轨车上安装的铣刀盘结构主要是采用的是如授权公告号CN206622682U公开的结构形式，即刀盘体上周向均布多组相同的刀夹，每组刀夹上安装2个圆弧刀片和6个方形刀片。采用该形式的铣削装置，对钢轨表面廓形进行仿形铣削后，基本消除了钢轨轨头表面损伤。但存在以下不足：（1）若干个方形刀片对钢轨表面铣削后形成的是由若干直线段组成的仿标准廓形，因此会沿X方向产生刀棱痕迹，为提高轨面整修精度，需采用粗铣装置+精铣装置或铣削装置+磨削装置的组合作业方式进行铣削（铣磨）。特别的是，采用钢轨打磨方式作业时会产生大量呈火星形态的高温粉尘颗粒，不仅严重危害工作人员的健康，还会对野外防火带来极大的安全隐患。（2）当地铁线路钢轨表面轮廓进行整修时，现有的铣磨车由于结构复杂、重量较大，难以满足地铁允许的最大轴重要求。
本发明针对以上问题和不足，设计一种钢轨廓形在线一次成型铣轨设备及方法，该铣轨设备的组合式铣刀盘形成的曲面刀粒组合刀刃与钢轨轨头的标准廓形廓形完全吻合，按照该方法只需进行一次铣削作业，能够满足线路钢轨表面精度和平顺性要求。与现有铣磨车结构相比，减少了一套磨削装置或精铣装置，不仅极大的降低铣磨车的制造成本、减轻整车重量，同时能够为铣磨车结构优化和性能提升提供更大的空间。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种钢轨廓形在线一次成型铣轨设备及方法，解决了现有产品铣削作业后还需要再进行打磨或精铣处理铣削后的刀棱，以及相应产生的成本、结构和控制问题。
本发明中关于方向的规定：Y向为钢轨纵向，即平行于钢轨方向；X向为钢轨横向即垂直于钢轨方向；Z向为与钢轨纵向和钢轨横向所在的平面垂直的方向。
本发明第一方面提供了一种钢轨廓形在线一次成型铣轨设备，主要包括：铣削装置、检测控制系统和车体。车体包括司机室、车架、走行动力系统、电气及液压控制系统，走行动力系统主要包括前后转向架安装在车体下部，用于实现低恒速作业走行；铣削装置左右各一件，对称安装在车体左右两侧，用于铣削修复钢轨轨面廓形；检测控制系统安装在车体上，用于检测线路不平顺及钢轨表面损伤情况并控制铣削作业。
铣削装置主要包括组合式铣刀盘和定位进给系统：定位进给系统安装在铣削装置前方，组合式铣刀盘作为铣削工作执行部件。设定组合式铣刀盘的进给量，对轨面进行圆周顺铣加工。
组合式铣刀盘包括一个圆形刀座、若干个刀粒安装座、曲面刀粒R13、曲面刀粒R80、曲面刀粒R300和直线刀粒。圆形刀座是一个圆盘形的基体，刀粒安装座均布安装在圆形刀座圆周方向上，为方便更换磨损的刀粒，刀粒安装座设计成可活动拆卸式，通过螺钉牢固地锁定在圆形刀座上；曲面刀粒R13、曲面刀粒R80、曲面刀粒R300和直线刀粒通过螺钉安装在刀粒安装座上。
优选的是，刀粒安装座的第一排由轨头内侧向外侧顺序布置曲面刀粒R13、曲面刀粒R80、曲面刀粒R300和直线刀粒各一个；第二排由轨头内侧向外侧顺序布置曲面刀粒R13、曲面刀粒R300和曲面刀粒R80各一个。
优选的是，在钢轨外侧延伸处布置一个直线刀粒。
优选的是，两排曲面刀粒沿X向错开位置排列，两排刀粒沿Y向有一定间距，便于铣削铁屑的排出。
优选的是，曲面刀粒R13的刀刃弧度半径为13mm、曲面刀粒R80的刀刃弧度半径为80mm、曲面刀粒R300的刀刃弧度半径为300mm，分别布置在标准钢轨廓形对应的R13、R80和R300处。各曲面刀粒组合形成的刀刃表面与对应位置处钢轨标准廓形完全吻合，避免了若干直线刀粒之间过渡形成的铣削刀棱，适用于消除钢轨表面的侧磨、波磨、剥离、裂纹、飞边等缺陷。
优选的是，所述圆形刀座直径为800~1400mm，刀粒安装座个数随圆形刀座直径增大而增多。
本发明第二方面提供一种钢轨廓形在线一次成型铣削方法，其包括以下步骤：a.检测控制系统用于测量线路钢轨损伤情况；b.车体运行至作业位置，将安装有组合式铣刀盘的铣削装置放置在钢轨上；c.根据钢轨损伤检测情况，分别设定左、右侧组合式铣刀盘的转速，可同时或单独铣削其中一条钢轨；d.定位进给系统用于设定铣刀盘组合式铣刀盘的进给量；e.组合式铣刀盘的高速圆周旋转的同时，车辆以恒定的作业走行速度，不需后续精铣或打磨作业，便可一次完成对钢轨轨面轮廓的铣削修复工作。
优选的是，组合式铣刀盘的转速可以无极调节，其调节范围为70~140rad/min。
优选的是，组合式铣刀盘的进给量可以调节，其调节范围为0.1mm~1.5mm。
优选的是，车辆的作业速度可以调节，其调节范围为300m/h~1500m/h。
优选的是，由于钢轨表面的损伤类型和程度不同，组合式铣刀盘的转速和进给量、车体作业走行速度的根据检测控制系统测出的钢轨表面损伤情况予以调节。
更多操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，不再赘述。
本发明提供的一种钢轨廓形在线一次成型铣轨设备及方法，包括上述各部分的任意组合，上述各部分组件的简单变化或组合仍为本发明的保护范围。
通过实施上述本发明提供的钢轨廓形在线一次成型铣轨设备及方法，具有如下有益效果：
（1）本发明提供了一种钢轨廓形在线一次成型铣轨设备及方法，不需增加后续的打磨或精铣作业就能够满足线路钢轨表面铣磨作业精度要求，使现有铣磨车或铣轨车减少一套磨削装置或者精铣装置，极大地降低了制造成本；
（2）减轻了铣轨装备整车重量，不仅为整车的结构优化和性能提升提供更大的空间，且能够满足地铁线路的轴重使用要求，应用更广；
（3）组合式铣刀盘完全啮合钢轨轨头廓形，最大程度消除由于刀粒之间的过渡形成的铣削刀棱，作业后钢轨表面精度和平顺性更高。
附图说明
图1为铣轨设备结构示意图；
图2为组合式铣刀盘结构示意图；
图3为刀粒安装座及刀粒布置示意图；
图4为各刀粒相对钢轨的布置三维示意图；
图5为各刀粒完全仿形铣削加工钢轨示意图；
图6为曲面刀粒R1结构示意图；
图7为曲面刀粒R2结构示意图；
图8为曲面刀粒R3结构示意图；
其中，图1-8中数字标记分别表示：
10-车体；20-铣削装置；30-检测控制系统；100-钢轨；
21-组合式铣刀盘；22-定位进给系统；
1-刀粒安装座；2-曲面刀粒R13；3-曲面刀粒R80；4-曲面刀粒R300；5-直线刀粒；6-圆形刀座。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图1至附图8详细描述按照本发明的一种钢轨廓形在线一次成型铣轨设备及方法的优选实施例。
实施例1.1：如附图1所示，一种钢轨廓形在线一次成型铣轨设备的具体实施例，包括铣削装置（20）、检测控制系统（30）和车体（10），该设备进行铣削作业时保持低恒速走行。铣削装置（20）左右各一件，对称安装在车体（10）左右两侧，用于铣削修复钢轨轨面廓形；检测控制系统（30）安装在车体（10）上，用于检测线路不平顺及钢轨表面损伤情况。
本实施例中，所述铣削装置（20）主要包括组合式铣刀盘（21）和定位进给系统（22）：定位进给系统（22）安装在铣削装置（20）前方，设定组合式铣刀盘（21）的进给量，对轨面进行圆周顺铣加工。
本实施例中，如附图2、3所示，所述组合式铣刀盘（21）作为铣削工作执行部件，采用多种曲面刀粒啮合钢轨（100）表面的标准廓形，其包括：一个圆形刀座（6）、若干个刀粒安装座（1）、曲面刀粒R13（2）、曲面刀粒R80（3）、曲面刀粒R300（4）和直线刀粒（5）。所述圆形刀座（6）直径为800mm，刀粒安装座（1）个数为32个，刀粒安装座（1）通过螺栓均布安装在圆形刀座（6）圆周方向上。所述曲面刀粒R13（2）、曲面刀粒R80（3）、曲面刀粒R300（4）和直线刀粒（5）通过螺栓安装在刀粒安装座（1）上。
本实施例中，如附图4、5所示，刀粒安装座（21）的第一排由轨头内侧向外侧顺序布置曲面刀粒R13（2）、曲面刀粒R80（3）、曲面刀粒R300（4）和直线刀粒（5）各一个；第二排由轨头内侧向外侧顺序布置曲面刀粒R13（2）、曲面刀粒R80（3）、曲面刀粒R300（4）各一个。两排刀粒沿X向错开位置排列，组合形成钢轨（100）表面的标准廓形，两排刀粒沿Y向有一定间距，便于铣削铁屑的排出。
本实施例中，如附图6、7、8所示，所述曲面刀粒R13（2）的刀刃弧度半径为13mm；曲面刀粒R80（3）的刀刃弧度半径为80mm；曲面刀粒R300（4）的刀刃弧度半径为300mm。
本实施例中，假定两条钢轨（100）表面最大磨损量均为1mm，左右两侧组合式铣刀盘（21）的转速都设定为120rad/min，车体（10）以500m/h的速度运行；当铣削装置（20）作业至检测的最大磨损位置处时，根据定位进给系统（22）给定的铣削进给量1mm，组合式铣刀盘（21）高速旋转，各类组合刀粒对钢轨顶面、轨距角和工作边同时进行圆周顺铣加工，消除钢轨表面损伤，将钢轨轨头表面一次铣削成型，达到铣削作业精度要求。
实施例2.1：一种钢轨廓形在线一次成型铣削方法的具体实施例，其包括以下步骤：a. 通过检测控制系统（30），发现仅左侧钢轨轨面有损伤；b. 车体（10）运行至作业位置，将安装有组合式铣刀盘（21）的铣削装置（20）放置在钢轨（100）上；c. 设定恒定的作业走行速度；d.设定左侧组合式铣刀盘（21）的转速；e.设定该侧组合式铣刀盘（21）的进给量，单独铣削左侧钢轨（100），通过圆周顺铣的方式对钢轨轨头轮廓进行包络式铣削加工。
实施例3.1：一种钢轨廓形在线一次成型铣削方法的具体实施例，其包括以下步骤：a. 通过检测控制系统（30），测得左右两侧钢轨轨面损伤量和类型不同；b. 车体（10）运行至作业位置，将安装有组合式铣刀盘（21）的铣削装置（20）放置在钢轨（100）上；c. 设定恒定的作业走行速度；d.分别设定两侧组合式铣刀盘（21）的转速；e.分别控制两侧组合式铣刀盘（21），设定其进给量，对两条钢轨同时进行铣削作业。
以上实施例中，由于钢轨表面的损伤类型和程度不同，组合式铣刀盘（10）的转速和进给量、车辆作业速度的根据检测情况予以调节；组合式铣刀盘（10）的转速调节范围为70~140rad/min、进给量调节范围为0.1mm~1.5mm；车辆作业速度调节范围为300m/h~1500m/h。
以上实施例中，通过该铣削方法作业后的钢轨廓形将于标准廓形吻合，在X向不存在由于刀粒之间的过渡形成的铣削刀棱，使钢轨表面精度和平顺性达到要求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。
Claims (5)
1.一种钢轨廓形在线一次成型铣轨设备及方法，包括：铣削装置（20）、检测控制系统（30）和车体（10）；其特征在于：所述铣削装置（20）对称安装在车体（10）左右两侧，用于铣削修复钢轨轨面廓形；所述检测控制系统（30）安装在车体（10）上，用于检测线路不平顺及钢轨表面损伤情况；所述铣削装置（20）主要包括组合式铣刀盘（21）和定位进给系统（22）：定位进给系统（22）安装在铣削装置（20）前方，设定组合式铣刀盘（21）的进给量，对轨面进行圆周顺铣加工；所述组合式铣刀盘（21）作为铣削工作执行部件，包括一个圆形刀座（6）、若干个刀粒安装座（1）、曲面刀粒R13（2）、曲面刀粒R80（3）、曲面刀粒R300（4）和直线刀粒（5）；所述刀粒安装座（1）均布安装在圆形刀座（6）圆周方向上；所述曲面刀粒R13（2）、曲面刀粒R80（3）、曲面刀粒R300（4）和直线刀粒（5）安装在刀粒安装座（1）上；通过上述各类刀粒进行包络式铣削作业后，形成的钢轨表面廓形与标准廓形完全吻合，避免形成直线刀棱。
2.如权利要求1所述的一种钢轨廓形在线一次成型铣轨设备及方法，其特征在于：所述曲面刀粒R13（2）刀刃弧度半径为13mm，共两个，用于铣削钢轨轨距角R13处；所述曲面刀粒R80（3）刀刃弧度半径为80mm，共两个，用于铣削钢轨轨顶面R80处；所述曲面刀粒R300（4）刀刃弧度半径为300mm，共两个；用于铣削钢轨轨顶面R300处；所述直线刀粒（5）共1个，用于铣削钢轨外侧延伸处。
3.如权利要求1所述的一种钢轨廓形在线一次成型铣轨设备及方法，其特征在于：所述刀粒安装座（1）第一排由轨头内侧向外侧顺序布置曲面刀粒R13（2）、曲面刀粒R80（3）、曲面刀粒R300（4）和直线刀粒（5）；第二排由轨头内侧向外侧顺序布置曲面刀粒R13（2）、曲面刀粒R300（4）和曲面刀粒R80（3）；两排刀粒沿Y向错开一定位置。
4.一种钢轨廓形在线一次成型铣轨设备及方法，包括以下步骤：a.检测控制系统（30）用于测量线路钢轨损伤情况；b.车体（10）运行至作业位置，将安装有组合式铣刀盘（21）的铣削装置（20）放置在钢轨（100）上；c.根据钢轨损伤检测情况，分别设定左、右侧组合式铣刀盘（21）的转速，可同时或单独铣削其中一条钢轨（100）；d.定位进给系统（22）用于设定铣刀盘组合式铣刀盘（21）的进给量；e.组合式铣刀盘（21）的高速圆周旋转的同时，车辆以恒定的作业走行速度，不需后续精铣或打磨作业，便可一次完成对钢轨轨面轮廓的铣削修复工作，达到线路精度及平顺性的作业验收要求。
5.如权利要求4所述钢轨廓形在线一次成型铣轨设备及方法，其特征在于：所述组合式铣刀盘（21）的转速可以无极调节，其调节范围为70~140rad/min，其进给量调节范围为0.1mm~1.5mm；车辆作业走行速度可以调节，其调节范围为300m/h~1500m/h；组合式铣刀盘（21）的转速和进给量、作业速度的调节均用于实现线路钢轨不同损伤情况的作业要求。
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