CN112170553B - 智能四向钢轨校直机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能四向钢轨校直机，移动平台安装在床身上面，移动平台上装有安装架，安装架上面装有校直装置、测量装置和操做面板，两边装有托辊装置和夹紧装置，校直装置的压头设置在钢轨的顶部上方，下压头及前后压头设置在钢轨的底部下方，上压头、下压头分别由液压缸驱动做上下运动，上压头由摆动液压缸机构驱动实现摆动，前后压头由液压缸驱动做前后运动，钢轨顶部上方两侧分别设有上支点，夹紧装置设置在下支点的外侧；夹紧装置两侧分别设置托辊装置的浮动托辊和固定托辊；测量装置的测量头连接测量头液压缸的活塞杆，由测量头液压缸带动做上下直线运动，以及测量头通过同步带连接电机，由电机驱动同步带动测量头做水平运动，扫描采集钢轨数据。

Description

智能四向钢轨校直机

技术领域

本发明涉及一种钢轨校直机，尤其是一种四向钢轨校直机。

背景技术

近年来动车和高铁等高速轨道运输工具的不断提速，其重要原因之一就是无缝钢轨技术的使用，无缝钢轨的基本生产模式是在焊轨基地将5段100米的标准钢轨焊成到500米的长钢轨，然后再将长钢轨运输到铺设现场，在现场将长钢轨焊接成一体的无缝钢轨线。随着列车运行速度的不断提高，为了保证列车高速运行的安全性和舒适性，对长钢轨的焊接接头的平直度和质量要求也越来越高，因此焊轨车间需要在钢轨焊接后对钢轨焊缝处进行校直。

传统的人工校直钢轨过程一般是测量人员先手动测量钢轨，得到钢轨数据后，校直人员依靠经验选取合适的支点与压点对钢轨进行校直，这类传统的人工校直方法效率低、劳动强度大，且对校直人员的工作经验与技术有较高的要求。

现有的钢轨四向校直机，如专利公告号CN207695373U公开了一种数控钢轨四向校直机，其结构简图，如图1，图2的(a)，(b)，(c)所示，其中图示中的各个部件均安装在机床安装架上，安装平台与液压缸的活塞杆相连，可由其推拉从而完成上下运动，活动支点的水平运动是靠电机带动正反滚珠丝杠实现同步运动(两个活动支点的位置始终是对称的)。从图2中可以看出钢轨上下拱时(在竖直面弯曲时)的校直原理，当钢轨前后拱时(在水平面内弯曲)校直机构及原理相同(同样有一对安装平台，在图2中未画出)。四个安装平台的位置如图所示，钢轨上下拱时校直靠是位于上下的活动支点与安装平台，钢轨前后拱时校直靠的是位于前后的活动支点与安装平台，结构和原理是一样的。

现有的校直方法缺点：

1.人工校直测量技术落后，依靠人工测量钢轨数据，测量误差大、测量精度低、耗费时间长。

2.专利公告号CN207695373U)公开的一种数控钢轨四向校直机，各支点与压头只能同步运动不能适应各种变形的钢轨，在得到钢轨数据后仍需操做人员根据钢轨数据选取支点与压头的位置进行校直。

发明内容

为了提高校直钢轨的效率、减少人工成本，本发明提出一种能够自动、高效、智能地完成钢轨校直的智能四向钢轨校直机，该钢轨校直机能够自动地采集钢轨数据并智能地校直钢轨，并可以根据测量装置得到的钢轨数据进行分析，自动地寻找出钢轨需要校直的位置，并通过控制柜控制对应的压头与支点运动到合适的位置校直钢轨。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种智能四向钢轨校直机，包括校直装置、夹紧装置、支撑装置、测量装置、托辊装置、控制柜、操作面板、机床外壳、床身、移动平台、安装架，所述移动平台安装在床身上面，可以相对床身做X方向的运动，所述移动平台上装有安装架，所述安装架上面中间装有校直装置，两边装有托辊装置和夹紧装置，上部装有测量装置和操作面板；所述校直装置包括上压头、下压头、前后压头、上支点、下支点；所述上压头设置在钢轨的顶部上方，所述下压头及前后压头设置在钢轨的底部下方，所述上压头、下压头分别由液压缸驱动作上下运动，所述上压头由摆动液压缸机构驱动实现摆动，所述前后压头由液压缸驱动作前后运动，所述钢轨的顶部上方两侧分别设有上支点，上支点连接摆动液压缸机构，由摆动液压缸机构驱动实现上支点的左右摆动，上支点还连接上支点液压缸的活塞杆，由上支点液压缸带动作左右水平直线运动；所述下支点为“凹”型结构，两个下支点分别设置在钢轨左右两端，并连接下支点液压缸的活塞杆，由下支点液压缸带动作左右直线运动，实现两个下支点之间的间距可调；所述夹紧装置设置在下支点的外侧；所述夹紧装置两侧分别设置托辊装置的浮动托辊和固定托辊；所述测量装置置于钢轨的顶部上方，所述测量装置的测量头连接测量头液压缸的活塞杆，由测量头液压缸带动作上下直线运动，以及测量头通过同步带连接电机，由电机驱动同步带动测量头做水平运动，扫描采集钢轨数据，并将得到的钢轨数据传送至控制柜，所述控制柜输出控制信号给上压头、下压头、前后压头、上支点、下支点以及夹紧装置的液压缸，控制各液压缸动作。

进一步，所述测量头采用激光传感器采集钢轨数据，并安装在测量头安装板上，测量头与安装在测量头安装板上的液压缸的活塞杆相连，测量头安装板安装在安装架导轨上并与由电机驱动的同步带固定相连，实现测量头的上下与水平运动。

进一步，所述激光传感器分别设置在钢轨顶部上面，用于测量上轨面得到钢轨在竖直方向的弯曲数据，设置在钢轨侧面，用于测量钢轨侧轨面得到钢轨在水平面的弯曲数据。

进一步，所述上压头安装在上压头安装板上，并与安装在上压头安装板上的上压头摆动液压缸连接，所述上压头摆动液压缸的活塞杆通过齿条连接上压头上的齿轮，带动上压头上实现摆动，所述上压头安装板安装在安装架导轨上并与安装在安装架上的上压头液压缸的活塞杆相连；当测量头扫描时，摆动至水平给测量头让位，校直时，所述上压头摆动至竖直位置，由上压头液压缸推动上压头下压校直钢轨。

进一步，所述下压头安装在安装架导轨上，并与安装在安装架上的下压头液压缸的活塞杆相连，并由下压头液压缸带动下压头做直线运动。

进一步，所述前后压头安装在安装架导轨上并与安装在安装架上的前后压头液压缸的活塞杆相连。

进一步，所述上支点安装在上支点安装板上，上支点安装板上还装有上支点摆动液压缸，上支点摆动液压缸活塞杆带动齿条做直线运动，齿条与上支点的齿轮配合从而实现上支点的摆动，上支点安装板安装在安装架导轨上并与安装在安装架上的上支点液压缸的活塞杆相连。

进一步，所述夹紧装置包括夹紧爪、连接杆、齿轮，夹紧液压缸，夹紧爪下端与齿轮固定连接，两个夹紧爪通过一对齿轮啮合连接，其中，一个齿轮通过连接杆与安装在安装架上的夹紧液压缸连接，夹紧爪由夹紧液压缸驱动实现夹紧与松开，并且能够自动地定位，使得在夹紧状态时钢轨能处在中间位置。

进一步，所述托辊装置包括浮动托辊、固定托辊、托辊安装板、托辊安装架，所述浮动托辊安装在托辊安装板上，所述托辊安装板通过托辊安装板的水平板和垂直板之间的转轴连接托辊安装架，所述托辊安装架上部通过螺栓及螺母连接垂直板，其中，螺栓穿过垂直板和托辊安装架后用螺母固定，螺栓头部与垂直板之间的螺栓上套接有弹簧及尼龙弹圈；所述固定托辊直接安装在托辊安装架上。

进一步，所述床身下面装有多个轮子，轮子连接电机及传动机构，由电机及传动机构驱动带动整机运动，所述机床外壳安装在床身上。

本发明的有益效果是：

1.整体结构简单，各部件易加工更换，易检修。

2.机床操做简单，钢轨运入校直机后，操作人员只需开启校直机的校直功能，校直机就可以自动智能地完成钢轨校直与检测，不需要人工操作机床手动校直钢轨，对操作人员的技术要求比较低。

3.采用机器测量代替人工测量，能快速准确地测量钢轨数据，测量效率高并且能方便地将钢轨的数据储存起来并能根据钢轨数据进行分析。

4.各个支点位置与压头可以在线灵活地变动位置以适应不同弯曲的钢轨的校直，现有专利的一对活动支点由一根正反丝杠与电机驱动，因此它们一直是同步对称运动的，而本发明的一对上支点(或一对下支点)分别由两个独立的液压缸驱动，因此两个支点的位置可以配合压头任意变化以适应不同钢轨的校直，也能保证支点与钢轨一直保持接触。

5.能够自动智能地完成钢轨的校直。本发明的校直机可以根据测量装置得到的钢轨数据进行分析，自动地寻找出钢轨需要校直的位置，并通过控制柜控制对应的压头与支点运动到合适的位置校直钢轨。

附图说明

图1是现有的数控钢轨四向校直机的结构简图；

图2是现有的数控钢轨四向校直机的校直原理简图；

其中：(a)钢轨上拱或后拱，(b)钢轨下拱或前拱，(c)钢轨上下拱或前后拱；

图3是本发明的智能四向钢轨校直机的总体结构示意图；

图4是图3的左视图；

图5是图3的俯视图；

图6是本发明的智能四向钢轨校直机的外形图；

图7是本发明的智能四向钢轨校直机的内部结构图；

图8是本发明的智能四向钢轨校直机的各功能部件分布图；

图9是本发明的智能四向钢轨校直机的校直原理简图；

其中：(a)钢轨上拱，(b)钢轨下拱，(c)钢轨前拱，(d)钢轨后拱；

图10是上压头结构主视图；

图11是图10的左视图；

图12是下压头及前后压头结构主视图；

图13是图12的俯视图；

图14是上支点结构示意图；

图15是下支点结构示意图；

图16是图15的左视图；

图17是图16的俯视图；

图18是夹紧装置在夹紧状态时的结构示意图；

图19是夹紧装置在松开状态的结构示意图；

图20是测量装置结构原理示意图；

图21是图20的左视图；

图22是托辊装置结构原理示意图；

图23是托辊装置在钢轨重力和压头压力作用下向下运动状态示意图；

图24是机床外壳结构示意图；

图25是本发明的智能四向钢轨校直机的校直流程图；

图26是本发明的智能四向钢轨校直机与现有的数控钢轨四向校直机工做原理对比图；

其中：(a)数控钢轨四向校直机校直原理，(b)智能四向钢轨校直机校直原理。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

如图3～图8，图9的(a)，(b)，(c)，(d)所示，本发明的智能四向钢轨校直机，主要包括校直装置6、夹紧装置10、测量装置7、托辊装置9、控制柜8、操作面板5、机床外壳、床身1、移动平台2、安装架4等。

床身1下面装有多个轮子11，轮子11由电机及传动机构驱动可以带动整机运动，机床外壳安装在床身上，移动平台2安装在床身1上面可以相对床身做X方向的运动，安装架3安装在移动平台2上，安装架3上面中间装有校直装置6，两边装有托辊装置9和夹紧装置10，上部装有测量装置7和操作面板5等。

校直装置6主要包括上压头6-1、下压头6-3、前后压头6-5、上支点6-2、下支点6-4等；夹紧装置10主要包括夹紧机构等；托辊装置9主要包括浮动托辊等；测量装置7主要包括测量头7-1等。

各个结构原理及结构说明：

上压头6-1：Z轴运动(油缸驱动上下方向)与A轴摆动(齿轮齿条)，见图10，11。当测量头7-1扫描时，摆动至水平给测量头7-1让位，当校直时，上压头摆动至竖直位置，由上压头液压缸6-1-4推动下压校直钢轨4。上压头6-1安装在上压头安装板6-1-2上，上压头安装板6-1-2上还装有上压头摆动液压缸6-1-1，上压头摆动液压缸6-1-1的活塞杆带动齿条做直线运动，齿条与上压头上的齿轮6-1-5配合从而实现上压头6-1的摆动，上压头安装板6-1-2安装在安装架导轨6-1-3上并与安装在安装架3上的上压头液压缸6-1-4的活塞杆相连，由其带动作直线运动，从而实现上压头6-1的上下运动。

下压头6-3：Z轴运动(油缸驱动上下方向)，见图12，13。钢轨4向下拱时，下压头6-3上顶校直。下压6-3头安装在安装架导轨上并与安装在安装架3上的下压头液压缸6-3-1的活塞杆相连，并由下压头液压缸6-3-1带动作直线运动。

前后压头6-5：Y轴运动(油缸驱动前后方向)。钢轨4水平方向向前或向后拱时，前后压头6-5由前后压头液压缸6-5-1带动向前推或向后拉校直。前后压头6-5安装在安装架导轨上并与安装在安装架3上的前后压头液压缸6-5-1的活塞杆相连，并由前后压头液压缸6-5-1带动作直线运动。并且下压头6-3置于前后压头6-5的长通槽6-5-2内，保证下压头6-3和前后压头6-5的运动不互相影响。

上支点6-2：X轴运动(油缸驱动左右方向)、B轴摆动(齿轮齿条)，见图14。当测量头7-1扫描时，摆动至水平给测量头让位，当校直时(钢轨下拱时)，摆动至竖直位置做为支点。上支点6-2安装在上支点安装板6-2-1上，上支点安装板6-2-1上还装有上支点摆动液压缸6-2-3，上支点摆动液压缸6-2-3的活塞杆带动齿条做直线运动，齿条与上支点的齿轮6-2-2配合从而实现上支点6-2的摆动，上支点安装板6-2-1安装在上支点安装架导轨6-2-5上并与安装在安装架3上的上支点液压缸6-2-4的活塞杆相连，并由上支点液压缸6-2-4带动作直线运动，从而实现上支点6-2的水平运动。

下支点6-4：X轴运动(油缸驱动左右方向)，见图15，16，17。下支点6-4为“凹”型结构，前后下三面装有支撑点6-4-3，钢轨4上拱时或前后拱时，做为支点，两个下支点6-4之间的间距可调。下支点6-4安装在下支点安装架导轨6-4-2上并与安装在安装架3上的下支点液压缸6-4-1的活塞杆相连，并由下支点液压缸6-4-1带动作直线运动，从而实现下支点6-4的直线运动。

夹紧装置10：A轴摆动(齿轮配合、定心夹紧)，见图18，19。测量头7-1扫描钢轨4时夹紧、校直装置矫直钢轨4时松开。夹紧装置10包括夹紧爪10-1、连接杆10-3、齿轮10-2，夹紧液压缸10-4，夹紧爪10-1下端与齿轮10-2固定连接，两个夹紧爪10-1通过一对齿轮10-2啮合连接，其中，一个齿轮10-2通过连接杆10-3与安装在安装架上的夹紧液压缸10-4连接，夹紧爪10-1由夹紧液压缸10-4驱动实现夹紧与松开，并且能够自动地定位，使得在夹紧状态时钢轨能处在中间位置。

测量装置7：X轴移动(同步带驱动左右方向)，见图20，21。扫描测量得到钢轨的数据。测量头7-1使用激光传感器采集钢轨4数据，安装在测量头安装板7-2上，测量头7-1与安装在测量头安装板7-2上的驱动液压缸7-3的活塞杆相连，并由驱动液压缸7-3带动作直线运动，测量头安装板7-2安装在安装架导轨上并与由电机7-5驱动的同步带7-4固定相连，由此可以实现测量头7-1的上下与水平运动。测量装置能够自动地完成钢轨轨型的扫描得到钢轨数据，对钢轨数据进行分析后通过控制柜控制各个支点与压头运动到合适位置校直钢轨。其中，位于钢轨顶部上面的激光传感器A测量上轨面得到钢轨在竖直方向的弯曲数据；位于钢轨侧面的激光传感器B测量侧轨面得到钢轨在水平面的弯曲数据。

托辊装置9：B轴小角度摆动运动，见图22，23。利用具有一定的弹性的尼龙圈9-6提供弹力，不校直时，弹力>钢轨重力G，浮动托辊9-1处于最高位做为支点支撑起钢轨4，使钢轨4悬起远离下支点6-4，当校直时，上压头下压，弹力<钢轨重力G+上压头压力P，钢轨4与浮动托辊6-1一起向下运动，钢轨4接触下支点6-4时，以下支点6-4做为支撑点开始校直。浮动托辊9-1安装在托辊安装架上，可以有一定的上下浮动。托辊装置9包括浮动托辊9-1、固定托辊、托辊安装板9-2、托辊安装架9-3，浮动托辊9-1安装在托辊安装板9-2上，托辊安装板9-2通过托辊安装板的水平板和垂直板之间的转轴连接托辊安装架9-3，托辊安装架9-3上部通过螺栓及螺母9-4连接垂直板，其中，螺栓穿过垂直板和托辊安装架9-3后用螺母9-4固定，螺栓头部与垂直板之间的螺栓上套接有弹簧9-5及尼龙弹圈9-6；固定托辊直接安装在托辊安装架上。

机床床身1：机床床身1上装有多个轮子11，由电机及传动机构驱动可以带动整机自由运动。

机床安装架3：机床安装架3安装在移动平台2上，移动平台2安装在机床床身1上可以相对床身做X方向的运动，在校直时可以根据测量装置得到的钢轨数据带动安装架等进行移动，使得压头到达需要到达的位置。

操作面板5：操作面板5与通过安装臂安装在安装架3上，可以自由地调整位置。

机床外壳12：机床外壳12安装在机床床身1上，主要起保护与美观等做用。如图24所示。

本发明的智能四向钢轨校直机的校直流程，如图25所示。

本发明与现有专利“一种数控钢轨四向校直机”的不同：

1.校直装置结构不同。本发明的校直部分每个方向的校直都有各自对应的顶柱与支点，压头与支点的运动灵活。

2.夹紧装置的结构不同。本发明的结构简单，自动定心。

3.托辊装置的结构不同。本发明的结构简单，易制造安装维修。

4.驱动结构不同。各个功能装置的运动的驱动结构不同。现有专利的两个支点只能对称分布，会出现悬空的情，其它结构代替支点受力，见图26的(a)。而本发明的两个支点可以灵活分布，保证支点始终与钢轨接触始终作为校直的受力点，见图26的(b)。

5.本发明能够自动地完成钢轨数据的收集，并能根据数据自动智能地控制校装置完成钢轨的校直。

本发明的各个功能部件的运动多是由液压缸直接驱动的，在保持校直原理不变的前提下，这些机构的运动也可由其他装置代替，例如可以使用电机与滚珠丝杆等机械结构代替液压缸实现各个压头与支点等的直线运动的驱动，使用电机齿轮等机械结构代替液压缸与齿轮齿条实现上压头与上支点的摆动。

Claims (10)

1.一种智能四向钢轨校直机，包括校直装置、夹紧装置、支撑装置、测量装置、托辊装置、控制柜、操作面板、机床外壳、床身、移动平台、安装架，其特征在于：所述移动平台安装在床身上面，可以相对床身做X方向的运动，所述移动平台上装有安装架，所述安装架上面中间装有校直装置，两边装有托辊装置和夹紧装置，上部装有测量装置和操作面板；所述校直装置包括上压头、下压头、前后压头、上支点、下支点；所述上压头设置在钢轨的顶部上方，所述下压头及前后压头设置在钢轨的底部下方，所述上压头、下压头分别由液压缸驱动作上下运动，所述上压头由摆动液压缸机构驱动实现摆动，所述前后压头由液压缸驱动作前后运动，所述钢轨的顶部上方两侧分别设有上支点，上支点连接摆动液压缸机构，由摆动液压缸机构驱动实现上支点的左右摆动，上支点还连接上支点液压缸的活塞杆，由上支点液压缸带动作左右水平直线运动；所述下支点为“凹”型结构，两个下支点分别设置在钢轨左右两端，并连接下支点液压缸的活塞杆，由下支点液压缸带动作左右直线运动，实现两个下支点之间的间距可调；所述夹紧装置设置在下支点的外侧；所述夹紧装置两侧分别设置托辊装置的浮动托辊和固定托辊；所述测量装置置于钢轨的顶部上方，所述测量装置的测量头连接测量头液压缸的活塞杆，由测量头液压缸带动作上下直线运动，以及测量头通过同步带连接电机，由电机驱动同步带动测量头做水平运动，扫描采集钢轨数据，并将得到的钢轨数据传送至控制柜，所述控制柜输出控制信号给上压头、下压头、前后压头、上支点、下支点以及夹紧装置的液压缸，控制各液压缸动作。

2.根据权利要求1所述的智能四向钢轨校直机，其特征在于：所述测量头采用激光传感器采集钢轨数据，并安装在测量头安装板上，测量头与安装在测量头安装板上的液压缸的活塞杆相连，测量头安装板安装在安装架导轨上并与由电机驱动的同步带固定相连，实现测量头的上下与水平运动。

3.根据权利要求2所述的智能四向钢轨校直机，其特征在于：所述激光传感器分别设置在钢轨顶部上面，用于测量上轨面得到钢轨在竖直方向的弯曲数据，设置在钢轨侧面，用于测量钢轨侧轨面得到钢轨在水平面的弯曲数据。

4.根据权利要求1所述的智能四向钢轨校直机，其特征在于：所述上压头安装在上压头安装板上，并与安装在上压头安装板上的上压头摆动液压缸连接，所述上压头摆动液压缸的活塞杆通过齿条连接上压头上的齿轮，带动上压头实现摆动，所述上压头安装板安装在安装架导轨上并与安装在安装架上的上压头液压缸的活塞杆相连；当测量头扫描时，所述上压头摆动至水平位置给测量头让位，校直时，所述上压头摆动至竖直位置，由上压头液压缸推动上压头下压校直钢轨。

5.根据权利要求1所述的智能四向钢轨校直机，其特征在于：所述下压头安装在安装架导轨上，并与安装在安装架上的下压头液压缸的活塞杆相连，并由下压头液压缸带动下压头做直线运动。

6.根据权利要求1所述的智能四向钢轨校直机，其特征在于：所述前后压头安装在安装架导轨上并与安装在安装架上的前后压头液压缸的活塞杆相连。

7.根据权利要求1所述的智能四向钢轨校直机，其特征在于：所述上支点安装在上支点安装板上，上支点安装板上还装有上支点摆动液压缸，上支点摆动液压缸活塞杆带动齿条做直线运动，齿条与上支点的齿轮配合从而实现上支点的摆动，上支点安装板安装在安装架导轨上并与安装在安装架上的上支点液压缸的活塞杆相连。

8.根据权利要求1所述的智能四向钢轨校直机，其特征在于：所述夹紧装置包括夹紧爪、连接杆、齿轮，夹紧液压缸，夹紧爪下端与齿轮固定连接，两个夹紧爪通过一对齿轮啮合连接，其中，一个齿轮通过连接杆与安装在安装架上的夹紧液压缸连接，夹紧爪由夹紧液压缸驱动实现夹紧与松开，并且能够自动地定位，使得在夹紧状态时钢轨能处在中间位置。

9.根据权利要求1所述的智能四向钢轨校直机，其特征在于：所述托辊装置包括浮动托辊、固定托辊、托辊安装板、托辊安装架，所述浮动托辊安装在托辊安装板上，所述托辊安装板通过托辊安装板的水平板和垂直板之间的转轴连接托辊安装架，所述托辊安装架上部通过螺栓及螺母连接垂直板，其中，螺栓穿过垂直板和托辊安装架后用螺母固定，螺栓头部与垂直板之间的螺栓上套接有弹簧及尼龙弹圈；所述固定托辊直接安装在托辊安装架上。

10.根据权利要求1所述的智能四向钢轨校直机，其特征在于：所述床身下面装有多个轮子，轮子连接电机及传动机构，由电机及传动机构驱动带动整机运动，所述机床外壳安装在床身上。

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