CN111501443A - 一种钢轨打磨装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钢轨打磨装置，其中偏转机构(4)随升降机构(2)的升降而动作；打磨机构(3)和进给机构(5)均为两个，分别以偏转机构(4)为中心呈对称分布，并随偏转机构(4)的动作同时调整偏转角度；所述进给机构(5)调整打磨机构(3)的进给量；所述打磨机构(3)基于所述偏转角度，根据所述进给量对钢轨易磨损廓面进行打磨。本发明通过进给机构的进给量调整打磨砂轮的高度，通过偏转机构调整砂轮的倾斜角度，能够实现对钢轨整个廓面的打磨。

Description

一种钢轨打磨装置

技术领域

本发明涉及磨削设备技术领域，尤其涉及一种钢轨打磨装置。

背景技术

铁路交通运输是一项关系到我国国计民生的重要基础设施，是我国交通运输体系的重要组成和主要运输方式之一。钢轨是铁路交通运输系统中的一个主要功能部件，为运行列车提供导向和传递载荷的作用，铁路钢轨在列车运行的过程中会受到来自多个方向的的交变载荷的冲击作用。钢轨在承受长时间反复的碾压后使轨面出现了各种各样的损伤，这些损伤不仅增加了铁路运营成本，而且影响到列车的运行安全。

近年来，我国铁路部门提出了“高速”和“重载”的重大战略，列车车轮和钢轨之间载荷在大幅增大，钢轨出现了不同情况的损伤，主要的损伤类型分为波磨、疲劳裂纹、点蚀、肥边、崩坏滚动接触疲劳，有的钢轨段甚至出现了断裂的严峻问题。这些损伤问题将直接影响到铁路钢轨的服役年限以及列车运行时的平稳和安全性，因此钢轨的维修和养护就显得非常重要。

现有技术中，钢轨打磨车采用布置一定数量的打磨机构对钢轨轨面进行来回往复打磨来进行预防性和修复性维护工作。通过打磨可以消除钢轨病害，改善轮轨关系，降低振动噪声，提高列车运行的平稳性和安全性。但是现有钢轨打磨机构不仅结构复杂，造价昂贵，而且作为打磨头的砂轮偏转角度不精确、打磨过程缺少定位装置、打磨功率不恒定，从而降低了钢轨服役寿命。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种钢轨打磨装置，其能够解决现有技术不能的技术问题。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

本发明提供一种钢轨打磨装置，其包括：

升降机构、打磨机构、偏转机构和进给机构；

所述偏转机构随升降机构的升降而动作；

所述打磨机构和进给机构均为两个，分别以偏转机构为中心呈对称分布，并随偏转机构的动作同时调整偏转角度；

所述进给机构调整打磨机构的进给量；

所述打磨机构基于所述偏转角度，根据所述进给量对钢轨易磨损廓面进行打磨。

更优选地，所述钢轨打磨装置还包括：

定位机构；

所述定位机构为两个，分别以偏转机构为中心呈对称分布，并随偏转机构的动作同时调整偏转角度；

所述进给机构调整所述定位机构的进给量；所述定位机构为打磨机构提供定位信息；

所述打磨机构基于所述偏转角度，根据所述进给量、所述定位信息对钢轨易磨损廓面进行打磨。

更优选地，所述升降机构包括总安装板；所述偏转机构安装在所述总安装板上；

所述偏转机构包括两个环形连接件；所述偏转机构的双输出轴通过两个所述环形连接件分别与位于所述偏转机构两侧的两个进给机构相连；

所述打磨机构包括驱动电机和驱动电机安装板；所述驱动电机固定在所述驱动电机安装板上，并通过所述驱动电机安装板与定位机构和进给机构相连；

所述进给机构包括进给油缸；所述进给油缸的一端固定在所述环形连接件上，与偏转机构的输出轴连接，另一端固定在所述驱动电机安装板上；

所述定位机构包括伺服电机；所述伺服电机安装在所述驱动电机安装板上。

更优选地，所述定位机构还包括：

定位块、传感器以及与所述伺服电机同轴相连的丝杠螺母副；

所述伺服电机工作，通过丝杠螺母副带动定位块动作，使定位块的下表面与打磨机构的砂轮下表面平齐且在工作时始终与钢轨廓面紧密接触；

所述传感器实时监测所述定位块的位移和所受压力并传给控制系统。

更优选地，所述升降机构还包括：

滑块、竖向导轨、连接件和升降油缸；

所述升降油缸和竖向导轨平行；升降油缸的一端安装在所述总安装板上；升降油缸的另一端通过连接件固定在钢轨打磨车上；

所述升降油缸动作，带动与其连接的总安装板动作，所述安装在总安装板上的滑块与固定在打磨车上的导轨为总安装板的动作提供导向作用。

更优选地，所述打磨机构还包括：与所述驱动电机相连的砂轮；

随着所述进给机构调整进给量，驱动电机驱动砂轮对钢轨廓面进行打磨。

更优选地，所述偏转机构还包括：包括蜗轮蜗杆机构和偏转电机；

偏转电机为蜗轮蜗杆机构提供动力；

所述蜗轮蜗杆机构具有蜗轮双输出轴，所述双输出轴与钢轨的长度方向平行；

所述双输出轴通过两个环形连接件分别与位于偏转机构两侧的两个进给机构相连。

更优选地，所述进给机构还包括：导柱和导套；

所述导柱固定安装在所述环形连接件上，所述导柱与所述进给油缸平行；

所述导套安装在所述打磨机构的驱动电机安装板上；所述导套与所述导柱配套使用；

所述进给油缸工作时，带动通过所述驱动电机安装板与所述导套连接的打磨机构和定位机构，沿与所述导套配套的导柱运动。

本发明的有益效果在于：

1、本发明通过对定位机构、升降机构、打磨机构、偏转机构和进给机构进行模块化的结构设计，能够使得整体结构紧凑，安装和使用方便，制作成本低；

2、本发明通过进给机构调整打磨砂轮的进给量，通过偏转机构调整砂轮的倾斜角度，能够实现对钢轨整个廓面的打磨；

3、通过偏转机构调整打磨砂轮的倾斜角度，通过定位机构对打磨位置进行定位，使得打磨头偏转角度、打磨位置定位精确，能够提高钢轨打磨精度；

4、通过定位机构的准确定位和控制系统对打磨功率实时控制，能够改善钢轨接触情况，从而延长了钢轨服役寿命。

5、本发明市场前景广阔，便于推广使用。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明整体结构侧视图；

图3为本发明整体结构主视图；

图4为本发明整体结构俯视图；

图5为本发明中驱动电机和砂轮的一种连接方式；

图6为本发明中的砂轮打磨钢轨的角度调整示意图；

图7为本发明中钢轨廓面打磨区域范围示意图。

附图中：

定位机构1、升降机构2、打磨机构3、偏转机构4、进给机构5；1.1-定位块，1.2-传感器，1.3-伺服电机，1.4-丝杠螺母副；2.1-总安装板，2.2-滑块，2.3-竖向导轨，2.4-连接件，2.5-升降油缸；3.1-驱动电机，3.2-砂轮，3.3-驱动电机安装板；4.1-蜗轮蜗杆机构，4.2-偏转电机，4.3-环形连接件；5.1-导柱，5.2-进给油缸，5.3-导套；6-钢轨。

具体实施方式

为使本发明的结构更为清晰，下面结合附图对本发明做更详细的描述。

本发明提供一种钢轨打磨装置，其广泛适用于地铁线路和铁路钢轨的修复。使用时以一定的数量安装在钢轨打磨车上，并使打磨砂轮位于钢轨6的正上方。该钢轨打磨装置的结构如图1-图4所示，该钢轨打磨装置包括如下零部件：定位机构1、升降机构2、打磨机构3、偏转机构4和进给机构5。

偏转机构4随升降机构2的升降而动作；定位机构1、打磨机构3和进给机构5均为两个，分别以偏转机构4为中心呈对称分布，并随偏转机构4的动作同时调整偏转角度；进给机构5调整打磨机构3和定位机构1的进给量；定位机构1为打磨机构3提供定位信息；打磨机构3基于所述偏转角度，根据所述进给量、所述定位信息进行钢轨廓面的打磨。

偏转机构4安装在升降机构2的总安装板上，偏转机构4的双输出轴通过两个环形连接件分别与位于偏转机构4两侧的两个进给机构5相连。定位机构1的伺服电机安装在打磨机构3的驱动电机安装板上。打磨机构3的驱动电机固定在打磨机构3的驱动电机安装板上，并通过所述驱动电机安装板与定位机构1和进给机构5相连；进给机构5的进给油缸的一端连接在驱动电机安装板上，进给油缸的另一端安装在偏转机构4的环形连接件上，环形连接件与偏转机构4的输出轴连接，进给机构5通过环形连接件与偏转机构4相连；

各个部件的详细结构和功能如下：

一、定位机构1

定位机构1用于给打磨机构3提供准确的定位信息。该定位机构1为两个，分别对称布置在偏转机构4的两侧。

该定位机构1包括定位块1.1、传感器1.2、伺服电机1.3以及与伺服电机1.3同轴相连的丝杠螺母副1.4。

定位块1.1采用耐磨材料制作，该定位块1.1与丝杆螺母副1.4的螺母座相连。

传感器1.2包括测力传感器和位移传感器，用于实时监测定位块1.1的位移和所受压力；该传感器1.2还连接控制系统，并可将所测数据实时输送给控制系统分析处理；通过控制定位机构1的定位块1.1的位置能够准确控制打磨机构3的打磨深度，该打磨深度为0.02-0.2mm。

伺服电机1.3的输出轴与打磨机构3的驱动电机的输出轴平行，伺服电机1.3的输出轴与丝杆螺母副1.4的丝杆轴相连。

定位机构1的伺服电机1.3工作，通过丝杠螺母副1.4带动定位块1.1动作，使定位块1.1的下表面与打磨机构3的砂轮下表面平齐且在工作时始终与钢轨6的廓面紧密接触。传感器1.2实时监测定位块1.1的位移和所受压力并传给控制系统。

二、升降机构2

升降机构2布置在整个装置的最上面，用于控制整个打磨装置的升起和下降，其包括总安装板2.1、滑块2.2、竖向导轨2.3、连接件2.4和升降油缸2.5。

该升降机构2通过总安装板2.1与偏转机构4相连。

升降油缸2.5和竖向导轨2.3平行；升降油缸2.5的一端和滑块2.2安装在总安装板2.1上；升降油缸2.5的另一端通过连接件2.4固定在钢轨打磨车上，竖向导轨2.3直接固定在钢轨打磨车上。

升降油缸2.5动作，带动与其连接的总安装板2.1动作，安装在总安装板2.1上的滑块2.2沿着固定在打磨车上的导轨2.3上下移动，滑块2.2与导轨2.3为总安装板2.1的动作提供上下方向的导向作用。升降机构2通过总安装板2.1与偏转机构4相连，故偏转机构4随着升降机构2的上下移动而运动。

三、打磨机构3

打磨机构3为两个，对称在偏转机构4两侧；每个打磨机构3与定位机构1和进给机构5相连，通过定位机构1能够调整打磨机构3定位信息，通过进给机构5调整能够打磨机构3的进给量，实现对钢轨易磨损廓面的精准打磨。

打磨机构3包括驱动电机3.1、砂轮3.2和驱动电机安装板3.3。

驱动电机3.1固定在驱动电机安装板3.3上，并通过驱动电机安装板3.3与定位机构1和进给机构5相连。

驱动电机3.1与砂轮3.2同轴相连，二者的具体连接方式如图5所示，可以看出，砂轮3.2的金属基体通过螺栓3.4.4与法兰3.4.1相连，法兰3.4.1与驱动电机3.1的主轴之间通过轴肩定位，利用键3.4.2进行连接，通过垫块3.4.3和螺栓3.4.4进行固定。

驱动电机3.1的输出轴与定位机构1的伺服电机1.3的输出轴平行，驱动电机3.1输出轴与钢轨6的长度方向垂直。

为了实现自动精确控制，该驱动电机3.1还与控制系统相连，通过该控制系统能够实时监测和调整驱动电机3.1的输出功率。

由于驱动电机3.1通过驱动电机安装板3.3与定位机构1和进给机构5相连，且驱动电机3.1的输出轴与定位机构1的伺服电机1.3的输出轴平行，故随着定位机构1调整定位量，驱动电机3.1驱动砂轮3.2进行打磨。

四、偏转机构4

偏转机构4位于整个装置的中间位置，用于给定位机构1、打磨机构3和进给机构5提供一个绕钢轨线路方向的偏转角度，使打磨砂轮的倾斜角度得以确定。其安装在升降机构2的总安装板2.1上，随升降机构2的升降运动而升降。

该偏转机构4包括蜗轮蜗杆机构4.1、偏转电机4.2和环形连接件4.3。

偏转电机4.2为蜗轮蜗杆机构4.1提供动力。

蜗轮蜗杆机构4.1具有蜗轮双输出轴，该双输出轴与钢轨6的长度方向平行。

蜗轮蜗杆机构4.1的双输出轴分别与两个环形连接件4.3相连，双输出轴通过这两个环形连接件4.3分别与位于偏转机构4两侧的两个进给机构5相连。

如图3所示，偏转机构4两侧对称有两个打磨机构3，偏转机构4带动两个打磨机构3各自的砂轮3.2偏转相同角度，两个砂轮3.2各自通过独立的进给油缸5.2和定位机构1，分别调整砂轮3.2的进给量和定位信息，进而控制对钢轨6的打磨深度，使得两个打磨机构3对钢轨6的打磨深度不同，二者的打磨深度相差范围可以为0.05-0.1mm。

为了实现精确控制，该偏转电机4.2还与控制系统相连，所示实时监测和调整偏转电机4.2的输出转角(参考图6)，需要打磨的角度范围为如图7所示的从钢轨6廓面的内侧60°到外侧-20°，由此可以实现对钢轨整个易磨损廓面的包络打磨。

偏转电机4.2启动，带动蜗轮蜗杆机构4.1运转，由于蜗轮蜗杆机构4.1双输出轴通过两个环形连接件4.3分别与位于偏转机构4两侧的两个进给机构5相连，进给机构5与打磨机构3通过驱动电机安装板3.3相连，故随着蜗轮蜗杆机构4.1运转，两个打磨机构3和进给机构5都会偏转相同角度。

五、进给机构5

进给机构5用于控制打磨机构3和定位机构1的微量进给量。进给机构5为两个，对称布置在偏转机构4的两侧。每一侧的进给机构5随偏转机构4的输出而调整其偏转角度，并通过进给油缸的驱动确定打磨机构3和定位机构1的进给量。

该进给机构5包括导柱5.1、进给油缸5.2和导套5.3。进给油缸5.2与驱动电机3.1输出轴平行；进给油缸5.2一端安装在偏转机构4的环形连接件4.3上，通过环形连接件4.3与偏转机构4的输出轴相连；另一端通过驱动电机安装板3.3连接打磨机构3和定位机构1。导柱5.1固定安装在环形连接件4.3上，导柱5.1与进给油缸5.2平行。导套5.3安装在打磨机构3的驱动电机安装板3.3上，导柱5.1在导套5.3里面，导套5.3与导柱5.1配套使用为打磨机构3提供进给方向的导向作用。

由于进给油缸5.2一端通过偏转机构4的环形连接件4.3与偏转机构4的输出轴相连；另一端通过驱动电机安装板3.3连接着打磨机构3和定位机构1，导套5.3安装在驱动电机安装板3.3上，导柱5.1固定在环形连接件4.3上，所以进给油缸5.2工作时，会带动打磨机构3和定位机构1沿与导套5.3配套的导柱5.1向下运动。

本发明的工作情况如下：

使用本发明前，将整个打磨装置通过连接件2.4和导轨2.3安装在打磨车上，打磨机构3的两个砂轮3.2均位于钢轨6的正上方，两个砂轮3.2的连线与钢轨6的长度方向平行。

本发明工作时按照如下步骤执行：

步骤S101，启动升降油缸2.5工作，带动打磨装置整体沿着导轨2.3向下运动到指定位置；

步骤S102，通过控制系统给偏转机构4的偏转电机4.2发出控制信号，使偏转电机4.2带动蜗轮蜗杆机构4.1转动到指定角度，由于偏转机构4的环形连接件4.3与进给机构5的进给油缸5.2一端相连，进给油缸5.2另一端通过驱动电机安装板3.3与打磨机构3、定位机构1相连，所以偏转机构4的蜗轮蜗杆机构4.1转动时，能够带动打磨机构3、定位机构1、进给机构5转动到指定的角度，打磨区域为如图7所示的钢轨廓面的内侧60°到外侧20°范围之间。由此可以实现对整个钢轨易磨损廓面进行包络打磨。

步骤S103，定位机构1的伺服电机1.3工作，通过丝杠螺母副1.4带动定位块1.1，使定位块1.1的下表面与砂轮3.2的下表面平齐。

步骤S104，进给机构5的进给油缸5.2工作，由于进给油缸5.2一端固定安装在偏转机构4的环形连接件4.3上，通过环形连接件4.3与偏转机构4的输出轴相连；另一端连接打磨机构3和定位机构1，所以进给油缸5.2工作时，会带动打磨机构3和定位机构1沿导柱5.1向下运动，直至传感器1.2检测到相关信号后，启动打磨机构3的驱动电机3.1进行打磨；在打磨过程中，控制系统会不断接收到的定位块1.1的位置信息和压力信息、进给油缸5.2的油压信息以及驱动电机3.1的功率信息，并根据收到的这些信息作恒定打磨压力的闭环控制，控制原理为装置重力、定位块压力、油缸压力和打磨压力的力平衡原理，通过系统接收到的信息可计算出打磨压力，进而可以推算出实际打磨深度，然后控制进给油缸5.2、伺服电机1.3和打磨电机3.1进行协同工作，开始对钢轨6进行打磨工作。

本发明通过进给机构5的进给油缸5.2调整砂轮3.2的进给量，通过偏转机构4调整打磨机构3的砂轮3.2的倾斜角度，通过定位结构1确定砂轮3.2的定位信息，打磨机构3根据砂轮的进给量、倾斜角度和定位信息进行钢轨廓面的打磨。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但以上实施例只是本发明一部分，本发明不限于上述实施方式，任何熟悉本专业的技术人员在没有做出创造性劳动前提下，基于本发明技术方案对上述实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，都落入本发明的保护范围内。本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (8)

1.一种钢轨打磨装置，其特征在于，所述钢轨打磨装置包括：

升降机构(2)、打磨机构(3)、偏转机构(4)和进给机构(5)；

所述偏转机构(4)随升降机构(2)的升降而动作；

所述打磨机构(3)和进给机构(5)均为两个，分别以偏转机构(4)为中心呈对称分布，并随偏转机构(4)的动作同时调整偏转角度；

所述进给机构(5)调整打磨机构(3)的进给量；

所述打磨机构(3)基于所述偏转角度，根据所述进给量对钢轨易磨损廓面进行打磨。

2.根据权利要求1所述的一种钢轨打磨装置，其特征在于，所述钢轨打磨装置还包括：

定位机构(1)；

所述定位机构(1)为两个，分别以偏转机构(4)为中心呈对称分布，并随偏转机构(4)的动作同时调整偏转角度；

所述进给机构(5)调整所述定位机构(1)的进给量；所述定位机构(1)为打磨机构(3)提供定位信息；

所述打磨机构(3)基于所述偏转角度，根据所述进给量、所述定位信息对钢轨易磨损廓面进行打磨。

3.根据权利要求2所述的一种钢轨打磨装置，其特征在于，

所述升降机构(2)包括总安装板(2.1)；所述偏转机构(4)安装在所述总安装板(2.1)上；

所述偏转机构(4)包括两个环形连接件(4.3)；所述偏转机构(4)的双输出轴通过两个所述环形连接件(4.3)分别与位于所述偏转机构(4)两侧的两个进给机构(5)相连；

所述打磨机构(3)包括驱动电机(3.1)和驱动电机安装板(3.3)；所述驱动电机(3.1)固定在所述驱动电机安装板(3.3)上，并通过所述驱动电机安装板(3.3)与定位机构(1)和进给机构(5)相连；

所述进给机构(5)包括进给油缸(5.2)；所述进给油缸(5.2)的一端固定在所述环形连接件(4.3)上，与偏转机构(4)的输出轴连接，另一端固定在所述驱动电机安装板(3.3)上；

所述定位机构(1)包括伺服电机(1.3)；所述伺服电机(1.3)安装在所述驱动电机安装板(3.3)上。

4.根据权利要求3所述的一种钢轨打磨装置，其特征在于，所述定位机构(1)还包括：

定位块(1.1)、传感器(1.2)以及与所述伺服电机(1.3)同轴相连的丝杠螺母副(1.4)；

所述伺服电机(1.3)工作，通过丝杠螺母副(1.4)带动定位块(1.1)动作，使定位块(1.1)的下表面与打磨机构(3)的砂轮下表面平齐且在工作时始终与钢轨廓面紧密接触；

所述传感器(1.2)实时监测所述定位块(1.1)的位移和所受压力并传给控制系统。

5.根据权利要求3所述的一种钢轨打磨装置，其特征在于，所述升降机构(2)还包括：

滑块(2.2)、竖向导轨(2.3)、连接件(2.4)和升降油缸(2.5)；

所述升降油缸(2.5)和竖向导轨(2.3)平行；升降油缸(2.5)的一端安装在所述总安装板(2.1)上；升降油缸(2.5)的另一端通过连接件(2.4)固定在钢轨打磨车上；

所述升降油缸(2.5)动作，带动与其连接的总安装板(2.1)动作，所述安装在总安装板(2.1)上的滑块(2.2)与固定在打磨车上的导轨(2.3)为总安装板(2.1)的动作提供导向作用。

6.根据权利要求3所述的一种钢轨打磨装置，其特征在于，所述打磨机构(3)还包括：

与所述驱动电机(3.1)相连的砂轮(3.2)；

随着所述进给机构(5)调整进给量，驱动电机(3.1)驱动砂轮(3.2)对钢轨廓面进行打磨。

7.根据权利要求3所述的一种钢轨打磨装置，其特征在于，所述偏转机构(4)还包括：

包括蜗轮蜗杆机构(4.1)和偏转电机(4.2)；

偏转电机(4.2)为蜗轮蜗杆机构(4.1)提供动力；

所述蜗轮蜗杆机构(4.1)具有蜗轮双输出轴，所述双输出轴与钢轨的长度方向平行；

所述双输出轴通过两个环形连接件(4.3)分别与位于偏转机构(4)两侧的两个进给机构(5)相连。

8.根据权利要求3所述的一种钢轨打磨装置，其特征在于，所述进给机构(5)还包括：

导柱(5.1)和导套(5.3)；

所述导柱(5.1)固定安装在所述环形连接件(4.3)上，所述导柱(5.1)与所述进给油缸(5.2)平行；

所述导套(5.3)安装在所述打磨机构(3)的驱动电机安装板(3.3)上；所述导套(5.3)与所述导柱(5.1)配套使用；

所述进给油缸(5.2)工作时，带动通过所述驱动电机安装板(3.3)与所述导套(5.3)连接的打磨机构(3)和定位机构(1)，沿与所述导套(5.3)配套的导柱(5.1)运动。

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