CN117026704A - 一种打磨单元下压机构，包括该机构的打磨单元及打磨车 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种打磨单元下压机构，包括该机构的打磨单元及打磨车，下压机构包括：上安装座、缓冲元件及下压执行机构。下压执行机构通过其端部设置的缓冲元件连接于上安装座与打磨执行机构之间。下压执行机构工作于非恒功率或非恒压力打磨方式，并通过缓冲元件的弹性变形实现钢轨顶面的波磨病害消除。本申请能解决现有结构采用恒功率或恒压力打磨，波峰波谷位置打磨力基本相同，钢轨波磨病害消除能力差的技术问题。

Description

一种打磨单元下压机构，包括该机构的打磨单元及打磨车

技术领域

本申请涉及铁路工程机械技术领域，尤其涉及一种应用于钢轨打磨修复的打磨单元下压机构，包括该机构的打磨单元及打磨车。

背景技术

列车在轨道上运行时，轮轨之间的摩擦会使钢轨表面材料沿纵向发生塑性形变。此外，由于车轮踏面具有一定锥度，受列车运行动态特性和随机因素的影响，列车向前运动的同时会发生左右横移，产生蛇形运动，致使钢轨表面材料沿横向亦产生形变及磨耗。同时，轮轨之间的循环接触会使钢轨表面产生疲劳层，当钢轨材料的塑性形变和疲劳累积到限值后，其表面会出现波磨、裂纹和侧面肥边，乃至剥落等病害。

钢轨打磨是通过采用装载于特定移动设备上的旋转砂轮在钢轨表面磨削金属的过程。近年来，钢轨打磨已成为世界普遍公认、有效的钢轨维修养护手段，其目的主要包括两个方面：(1)一是控制钢轨表面与次表面的塑性变形与裂纹，清除钢轨病害，从而延长钢轨寿命；(2)二是通过打磨修复钢轨廓型以改善轮轨关系，使轮轨间的相互作用回归到轮轨接触的初始状态，改善轮轨等效锥度及列车运行的直线稳定性和曲线通过性，提高列车运行品质。

钢轨打磨车是用于对线路钢轨表面进行磨削加工，以消除钢轨表面缺陷(锈蚀、疲劳裂纹、不平顺、波磨、肥边、变形等)的设备，而打磨装置内的打磨单位为钢轨打磨车的核心机构。打磨单元包括高速旋转的打磨马达或电机、砂轮、调节机构，打磨马达或电机与砂轮直连，并驱动砂轮高速旋转，而调节机构用以保证打磨的位置、质量和效率并避开障碍物保证安全，尤其是下压机构，需要进行实时的不停调节。

现有钢轨打磨车的打磨单元主要包括三个调节机构：下压机构、偏转机构及横移机构。为了保证稳定性和结构刚度，偏转机构和横移机构采用油缸或电缸调节方式，而下压形式主要有两种：气缸下压方式，以及油缸下压方式。目前，现有的打磨单元下压都是采用恒功率或恒压力的方法进行控制，并根据每个时刻的条件对下压力进行实时的调节。

其中，气缸下压方式相对比较柔和，打磨起始落点缓和，实时控制时下压力变化也比较缓和，相对波动冲击小，不会出现钢轨发蓝现象。但是，气动下压方式存在如下技术缺陷：

1)下压气缸体积大，导致打磨小车体积较大，内部空间太密集，维护空间小；

2)车体上需要增加一套空压机和干燥器等气动设备，占用较大的空间，增加了成本；

3)气缸刚度比较弱，打磨单元刚下落至钢轨顶面进行打磨的初始阶段容易出现弹跳现象，打磨初始段不平稳；

4)气动系统固有的非线性导致打磨功率控制困难。

而油缸下压方式占用体积小，节省空间，下压油缸和偏转油缸共用一套液压站设备，不需要增加额外的设备。但是，油缸下压方式也存在如下技术缺陷：

1)油缸刚度较大，打磨起始落点容易出现过度打磨现象；

2)打磨过程中实时调节的下压力变化冲击大，易出现钢轨表面发蓝发棕等烧伤现象，且钢轨的表面平顺性差；

3)无论是油缸还是气缸下压方式，均通过实时控制保证恒功率或恒压力打磨，波峰波谷位置打磨力基本相同，导致钢轨波磨病害消除能力差。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种打磨单元下压机构，包括该机构的打磨单元及打磨车，以解决现有结构采用恒功率或恒压力打磨，波峰波谷位置打磨力基本相同，钢轨波磨病害消除能力差的技术问题。

为了实现上述发明目的，本申请具体提供了一种打磨单元下压机构的技术实现方案，打磨单元下压机构，包括：上安装座、缓冲元件及下压执行机构。所述下压执行机构通过其端部设置的缓冲元件连接于上安装座与打磨执行机构之间。所述下压执行机构工作于非恒功率或非恒压力打磨方式，并通过所述缓冲元件的弹性变形实现钢轨顶面的波磨病害消除。

进一步的，所述下压执行机构的一端通过缓冲元件与上安装座连接，另一端通过下安装座与打磨执行机构连接。

进一步的，所述下压执行机构的另一端通过弹性结构与下安装座相连。

进一步的，当进行打磨作业时，所述下压执行机构设置为长度锁定状态。

进一步的，当所述打磨执行机构的打磨头运行至钢轨顶面的波谷位置时，所述缓冲元件受到额外向下的拉伸变形，并产生向上的附加拉伸力，从而减小打磨头与钢轨顶面之间的挤压接触力，波谷位置的打磨切削量减小。当所述打磨头运行至钢轨顶面的波峰位置时，所述缓冲元件受到额外向上的推力，并产生向下的附加下压力，从而增加打磨头与钢轨顶面之间的挤压接触力，波峰位置的打磨切削量增加。

进一步的，所述打磨执行机构为旋转马达或电机。

进一步的，所述下压执行机构为包括液压油缸、电动推杆在内任一种能驱动打磨执行机构进行直线运动的装置。

进一步的，所述下压执行机构上还带有位移传感器，能实时检测并输出下压执行机构的位移信号，用于判断所述打磨执行机构下压的位移量及打磨头的砂轮剩余厚度。

进一步的，所述缓冲元件为包括橡胶、弹簧、板簧在内的任一种弹性结构。

进一步的，所述下压执行机构两端的连接方式为包括弹性连接、球铰、转动副、固定在内的任一种结构。

进一步的，在所述下压执行机构上或与下压执行机构相串联处还设置有传感器组件，所述传感器组件能判断打磨头是否已经碰触到钢轨顶面。

进一步的，当进行打磨作业控制时，对所述打磨执行机构的平均切削压力进行监控，当平均下压力超过设定目标值一定范围时，对所述下压执行机构的下压力或长度进行调整，然后再进行下压执行机构的长度锁定。

进一步的，通过获取所述打磨执行机构输出动力的变化判断打磨头是否已经碰触到钢轨顶面。

进一步的，当进行打磨作业控制时，对所述打磨执行机构的平均功率进行监控，当平均功率超过设定目标值一定范围时，对所述下压执行机构的下压力或长度进行调整，然后再进行下压执行机构的长度锁定。

进一步的，所述缓冲元件包括金属衬套及弹性衬套，所述下压执行机构一端的连接头通过销轴与上安装座连接。所述金属衬套套设于销轴上，所述弹性衬套套设于金属衬套之上，并位于金属衬套与连接头之间。当所述下压执行机构的缸体受到外部的垂向位移荷载时，所述缸体推动连接头及金属衬套同步产生竖直方向的位移，从而使得所述弹性衬套的上下部位发生拉压变形，左右部位产生剪切变形，进而对所述下压执行机构产生附加的反作用力。

进一步的，所述缓冲元件包括若干个相互间隔层叠设置的弹性层及金属板，所述弹性层及金属板设置于上安装座的竖板与连接板之间。所述下压执行机构一端的连接座通过销轴与连接板连接。当所述上安装座固定时，所述下压执行机构的缸体位移变化通过销轴传递至连接板，使上安装座与连接板之间产生竖向相对位移，该位移使得弹性层及金属板复合结构发生竖向剪切变形，从而产生竖向反作用力。

进一步的，所述下压执行机构的一端设置有法兰型的连接头，所述连接头通过筒体与上安装座相连。所述筒体套设于连接头上，所述缓冲元件包括设置于所述筒体上部与连接头之间，以及所述连接头与筒体下部之间的压缩弹簧。当所述下压执行机构的缸体固定时，所述连接头的位移变化推动压缩弹簧发生弹性变形，从而产生竖向反作用力的变化。

进一步的，所述筒体的上部与压缩弹簧之间设置有垫板，所述筒体的上部还设置有调节螺钉及锁定螺母。所述调节螺钉与筒体之间通过螺纹副连接，并通过所述锁定螺母进行固定，所述调节螺钉通过垫板调节所述压缩弹簧的压缩弹力。

进一步的，所述下压执行机构的一端通过工型架与上安装座相连，所述缓冲元件包括设置于上安装座与工型架之间的弹性元件。当锁定后的所述下压执行机构整体发生上下位移变化时，导致所述弹性元件产生附加变形，从而对下压执行机构产生附加的竖向反作用力。

进一步的，所述下压执行机构的一端通过连接头与上安装座连接，所述下压执行机构的缸体的无杆腔内部设置有隔离活塞，所述隔离活塞与缸体之间填充有弹性压缩体。当所述下压执行机构处于锁定状态并受到竖向的推拉作用时，通过所述下压执行机构的缸体内部弹性压缩体的体积变化使得下压执行机构在竖向产生相应的伸缩。

进一步的，所述下压执行机构的一端通过连接头与上安装座连接，所述下压执行机构的缸体的无杆腔内部设置有橡胶气囊。当所述下压执行机构处于锁定状态并受到竖向的推拉作用时，通过所述下压执行机构的缸体内部橡胶气囊的体积变化使得下压执行机构在竖向产生相应的伸缩。

本申请还另外具体提供了一种打磨单元下压机构的技术实现方案，打磨单元，包括：打磨执行机构、打磨单元架、连接架，以及如上所述的打磨单元下压机构。所述打磨单元架与连接架之间连接有导柱，上安装座设置于连接架上。所述导柱上套设有导套，所述导套同时固定在打磨执行机构上。

进一步的，所述打磨单元架通过第二销轴与车架相连，所述打磨单元架与第二销轴之间设置有弹性轴套。

本申请还另外具体提供了一种打磨单元下压机构的技术实现方案，钢轨打磨车，包括：如上所述的打磨单元。

通过实施上述本申请提供的打磨单元下压机构，包括该机构的打磨单元及打磨车的技术方案，具有如下有益效果：

(1)本申请打磨单元下压机构，包括该机构的打磨单元及打磨车，采用非恒功率或非恒压力打磨方式，并通过缓冲元件的弹性变形适应钢轨病害，被动调整打磨下压力，达到波峰打磨切削力大、波谷打磨切削力小的非恒力打磨目标，实现消除波磨病害的目的，大大提高了对波磨病害的消除能力；

(2)本申请打磨单元下压机构，包括该机构的打磨单元及打磨车，通过缓冲元件解决了下压执行机构本身刚度大的问题，使打磨执行机构打磨时平稳平顺，在面对较大的冲击工况时不会出现打磨效果的异常突变；

(3)本申请打磨单元下压机构，包括该机构的打磨单元及打磨车，通过增加缓冲元件有效地降低了振动冲击，大大提高了下压执行机构、打磨单元架及打磨小车的寿命，有效地解决了其疲劳损坏的技术问题；

(4)本申请打磨单元下压机构，包括该机构的打磨单元及打磨车，解决了现有油缸下压方式刚度大，打磨起始落点容易出现过度打磨现象，打磨过程中实时调节下压力变化冲击大，易出现发蓝现象，且钢轨表面平顺性差等技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的实施例。

图1是本申请打磨单元下压机构一种具体实施例的结构组成示意图；

图2是本申请打磨单元下压机构一种具体实施例中缓冲元件的连接结构示意图；

图3是本申请打磨单元下压机构第二种具体实施例中缓冲元件的连接结构示意图；

图4是本申请打磨单元下压机构第三种具体实施例中缓冲元件的连接结构示意图；

图5是本申请打磨单元下压机构第四种具体实施例中缓冲元件的连接结构示意图；

图6是本申请打磨单元下压机构第五种具体实施例中下压执行机构的连接结构示意图；

图7是本申请打磨单元下压机构第二种具体实施例中下压执行机构的连接结构示意图；

图8是本申请打磨单元下压机构第三种具体实施例中下压执行机构的连接结构示意图；

图9是本申请打磨单元下压机构第四种具体实施例中下压执行机构的连接结构示意图；

图10是本申请打磨单元下压机构第六种具体实施例中下压执行机构的连接结构示意图；

图11是本申请打磨单元下压机构另一种具体实施例的结构组成示意图；

图12是本申请打磨单元下压机构一种具体实施例的安装结构示意图；

图13是本申请打磨单元下压机构一种具体实施例消除波磨的作用原理示意图；

图14是本申请打磨单元下压机构一种具体实施例的控制原理示意图；

图15是基于本申请机构的打磨单元下压控制方法一种具体实施例的程序流程图；

图中：1-上安装座，2-缓冲元件，3-下压执行机构，4-打磨执行机构，5-下安装座，6-打磨头，7-钢轨，8-缸体，9-伸缩杆，10-金属衬套，11-弹性衬套，12-销轴，13-连接头，14-弹性层，15-金属板，16-连接板，17-竖板，18-筒体，19-垫板，20-压缩弹簧，21-调节螺钉，22-锁定螺母，23-工型架，24-弹性元件，25-弹性结构，26-活塞，27-进油口，28-出油口，29-隔离活塞，30-弹性压缩体，31-传感器组件，32-弹性轴套，33-打磨单元架，34-钢轨顶面，35-控制单元，36-电磁阀，37-液压系统，38-连接架，39-导柱，40-导套，41-连接座，42-横板。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

如附图1至附图15所示，给出了本申请打磨单元下压机构，包括该机构的打磨单元及打磨车的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步说明。

实施例1

如附图1所示，一种本申请打磨单元下压机构的实施例，具体包括：上安装座1、缓冲元件2及下压执行机构3。下压执行机构3通过其端部设置的缓冲元件2连接于上安装座1与打磨执行机构4之间。下压执行机构3工作于非恒功率或非恒压力打磨方式，并通过缓冲元件2的弹性变形实现钢轨顶面34的波磨病害消除。下压执行机构3进一步包括缸体8及伸缩杆9。如附图2所示，作为本申请一种较佳的具体实施例，下压执行机构3的一端(具体为缸体8一端)通过缓冲元件2与上安装座1连接，另一端(具体为伸缩杆9一端)直接与打磨执行机构4连接或通过下安装座5与打磨执行机构4连接。当然，缓冲元件2也可以连接在下压执行机构3与下安装座5(或打磨执行机构4)之间，或者也可以是下压执行机构3的伸缩杆9一端通过缓冲元件2与上安装座1连接，而缸体8的一端通过下安装座5与打磨执行机构4连接，但本实施例技术方案的综合打磨效果最佳。此外，下安装座5可以集成在打磨执行机构4上，伸缩杆9直接与打磨执行机构4相连。上安装座1固定在打磨单元框架上，下安装座5固定在旋转马达或电机上，旋转马达或电机的下部直接连接驱动打磨头6高速旋转。可以通过控制单元35使下压执行机构3产生上下方向的直线运动，以驱动旋转的打磨头6与钢轨7接触，并进而对钢轨7进行磨削。缓冲元件2与下压执行机构3以串联的方式连接在上安装座1与下安装座5之间。

其中，打磨执行机构4可以采用旋转马达或电机，在本实施例中，打磨执行机构4具体采用打磨电机。下压执行机构3可以采用包括液压油缸、电动推杆在内任一种能驱动打磨执行机构4进行直线运动的装置。缓冲元件2可以采用包括橡胶、弹簧、板簧在内的任一种弹性结构。下压执行机构3两端的连接方式采用包括弹性连接、球铰、转动副、固定在内的任一种结构。作为本申请一种较佳的具体实施例，所涉及的下压执行机构3除了采用液压油缸之外，还可以采用电动推杆(即电缸)，当采用电动推杆时能够实现下压执行机构3为电动，打磨执行机构4为电动，则整个打磨小车能摆脱对液压系统的依赖，完全实现电动控制。

在本实施例中，缓冲元件2具体采用橡胶球铰缓冲结构。缓冲元件2进一步包括金属衬套10及弹性衬套11，下压执行机构3一端(具体为缸体8一端)设置有环形的连接头13，连接头13通过销轴12与上安装座1连接，下压执行机构3的另一端(具体为伸缩杆9一端)通过下安装座5与打磨执行机构4连接。连接头13的孔内壁嵌有环形的弹性衬套11(可以具体采用橡胶衬套)，环形的金属衬套10套设于销轴12上。弹性衬套11套设于金属衬套10之上，并位于金属衬套10与连接头13之间。当下压执行机构3的缸体8受到外部的垂向位移荷载时，缸体8推动连接头13及金属衬套10同步产生竖直方向(如附图中H所示的方向)的位移，从而使得弹性衬套11的上下部位发生拉压变形，左右部位产生剪切变形，进而对下压执行机构3产生附加的反作用力。

作为本申请一种较佳的具体实施例，下压执行机构3上还进一步带有位移传感器，能实时检测并输出下压执行机构3的位移信号，用于判断打磨执行机构4下压的位移量及打磨头6的砂轮(磨石)剩余厚度。

如附图11所示，在下压执行机构3上或与下压执行机构3相串联处还设置有传感器组件31，传感器组件31能判断打磨头6是否已经碰触到钢轨顶面34。当进行打磨作业控制时，对打磨执行机构4的平均切削压力进行监控，当平均下压力超过设定目标值一定范围时，对下压执行机构3的下压力或长度进行调整，然后再进行下压执行机构3的长度锁定。或者，还可以通过获取打磨执行机构4输出动力的变化判断打磨头6是否已经碰触到钢轨顶面34。当进行打磨作业控制时，对打磨执行机构4的平均功率进行监控，当平均功率超过设定目标值一定范围时，对下压执行机构3的下压力或长度进行调整，然后再进行下压执行机构3的长度锁定。

现有打磨单元在打磨时下压执行机构3不锁定，实时检测打磨电机的功率或压力。以压力调整为例，控制系统一直实时不断地调整液压油的压力，当检测到压力大了就调小油缸的伸出长度，压力小了就调大油缸的伸出长度，每秒调整几十次，油缸的伸出长度也跟着调整几十次，由于油缸没有缓冲，因此打磨的深度不平滑。而在本实施例的技术方案中，打磨钢轨波磨病害时，将下压执行机构3(如：油缸)锁定，缓冲元件2起作用。在一般情况下，不断调整液压油的压力时，该缓冲元件2能够减少打磨头6对钢轨7的冲击，使打磨深度更稳定。同时，打磨头6的起落点位置更加可控，旋转的打磨头6刚压到钢轨7上时，有缓冲过渡阶段，不会将钢轨7打出一个深坑。本实施例描述的打磨单元下压机构，通过弹性元件2与下压执行机构3进行串联连接，使得下压机构的整体刚度减小，可以防止打磨初始阶段，打磨头6从高位下压至与钢轨7接触状态时的惯性冲击，能够有效解决下压油缸刚度较大，打磨起始落点容易出现过度打磨的技术问题。

其次，在进行非波磨线路打磨作业时，现有技术一般采用恒功率或恒压力控制方式，实时调节油缸的输出力，调节时的下压力变化冲击大，易出现发蓝烧伤现象。其打磨电机的下压过程一般为：整车速度达到目标速度，启动打磨电机的打磨头6高速旋转，下压油缸下压直至打磨头6底部的砂轮接触到钢轨7。此时，打磨电机1的下压速度过快，由于打磨头6的惯性，砂轮容易碰撞到钢轨顶面34(该位置即是打磨头6的落点位置)，就会在与钢轨7接触时将钢轨顶面34磨出一个深坑。当控制系统得到打磨头6接触钢轨7的反馈信号后，开始实时调整下压压力。其中，现有技术的打磨下压力控制有多种方式，例如：打磨电机电流是波动的，电流不超过电机允许值。还例如：平均功率不超过额定功率的设定百分比。再例如：下压力反馈值不能高于设定的上限值，也不能低于设定的下限值。而本实施例中下压执行机构3的下压控制方式既不是采用恒功率控制，也不是采用恒力控制，而是增加了一个位移保持(即长度锁定)阶段。在一般情况下位移都是不变的，只有当检测到平均功率或平均力偏差较大时才改变一次位移量(恒功率或恒力都是采用实时控制，每秒内下压力都要调整几十次，追求的是时时刻刻都保持相同的打磨功率或下压力)。因此，本实施例追求的目标是根据线路波磨依靠下压机构的弹性自动变化压力，当遇到波峰时下压力增大，遇到波谷时下压力减小，当打磨砂轮被消耗至接近无法接触到钢轨7时，才能将打磨头6的下压位置向下调整一些位移。本实施例描述的下压机构增加了缓冲元件2，可减少因下压力调整冲击带来的打磨过度、发蓝烧伤，以及打磨后钢轨表面平顺性差的现象。

同时，钢轨波磨通常是指钢轨轨头踏面沿长度方向出现的周期性不均匀塑性变形和磨耗，钢轨波磨使得钢轨全程呈现波浪形状的不平顺现象。波磨病害会导致车体振动明显、噪声显著、乘客舒适度下降，严重时甚至导致轨道零配件松脱、轨顶掉块、列车脱轨等严重事故。理论上，钢轨顶面34应为平直面，沿钢轨7长度方向的轨顶高度应为一条直线，如附图13中虚线所示。而存在波磨病害的线路具有周期性的波峰波谷，当上安装座1固定时，一般打磨作业时是通过恒功率或恒压力对油缸内部的油压压力进行实时调节，此时无论波峰位置还是波谷位置，打磨砂轮对钢轨7的切削力及切削深度基本相同，对波磨的消除效果不明显。本实施例通过非恒功率或非恒压力的打磨控制方式，能够提高对钢轨波磨病害的消除能力。本实施例描述的打磨单元下压机构，当进行打磨作业时，下压执行机构3设置为长度锁定状态。当打磨执行机构4的打磨头6运行至钢轨顶面34的波谷位置时，缓冲元件2受到额外向下的拉伸变形，并产生向上的附加拉伸力，从而减小打磨头6与钢轨顶面34之间的挤压接触力，波谷位置的打磨切削量减小。当打磨头6运行至钢轨顶面34的波峰位置时，缓冲元件2受到额外向上的推力，并产生向下的附加下压力，从而增加打磨头6与钢轨顶面34之间的挤压接触力，波峰位置的打磨切削量增加。

本实施例描述的打磨单元下压机构，通过缓冲元件2降低了下压执行机构3自身刚度大的问题，使打磨单元在打磨作业时平稳平顺，在面对较大的冲击工况时不会出现打磨效果的异常突变。同时，打磨单元在进行打磨作业时，钢轨7的不平顺(如波磨等)导致打磨单元产生高频振动，而高频振动的冲击力会传递至打磨单元架33及打磨小车结构上，使得打磨结构的疲劳寿命大大降低，尤其是结构相对较弱的下压执行机构3非常容易产生疲劳损坏。本实施例通过增加缓冲元件2，可以有效地降低振动冲击，大大提高了下压执行机构3、打磨单元架33及打磨小车的寿命，有效地解决了疲劳破坏的问题。

在本实施例中，缓冲元件2位于下压执行机构3之前，下压执行机构3位于缓冲元件2与打磨执行机构4之间，能够解决下压油缸刚度较大，打磨起始落点容易出现过度打磨现象，以及打磨过程中实时调节的下压力变化冲击大，易出现发蓝现象，且钢轨的表面平顺性差等技术缺陷，能够更有效地消除钢轨的波磨病害。同时，现有技术中的气缸及液压油缸下压机构，需要高频的实时控制及下压动作调整以达到恒压力或恒功率控制的目的，其中的油缸与气缸极易损坏。而在本实施例中，为了实现非恒压力控制，缓冲元件2用于适应钢轨病害，被动调整打磨下压力，使得波峰打磨切削力大，波谷打磨切削力小。

本实施例针对油压和气压两种下压方式的优缺点进行综合，提出了一种打磨单元下压机构，在原有油缸下压方式的基础上，通过最小的改动解决了下压油缸刚度大，打磨起始落点容易出现过度打磨现象；打磨过程中实时调节的下压力变化冲击大，易出现发蓝现象；以及打磨后钢轨的表面平顺性差等技术缺陷。同时，通过非恒功率或非恒压力打磨方式，提高了对波磨病害的消除能力。

实施例2

在本实施例中，缓冲元件2具体采用橡胶剪切变形缓冲结构。如附图3及附图7所示，上安装座1进一步包括位于上部的横板42，及其两侧的竖板17，缓冲元件2进一步包括若干个相互间隔层叠设置的弹性层14及金属板15。弹性层14及金属板15设置于上安装座1的竖板17与连接板16之间。两侧的竖板17与连接板16之间通过多层的弹性层14及金属板15硫化成一体。下压执行机构3一端(具体为缸体8一端)的连接座41通过销轴12与连接板16连接，另一端(即伸缩杆9一端)通过下安装座5与打磨执行机构4连接。当上安装座1固定时，下压执行机构3的缸体8位移变化通过销轴12传递至连接板16，使上安装座1与连接板16之间产生竖向(如附图中H所示的方向)相对位移，该位移使得弹性层14及金属板15复合结构发生竖向剪切变形，从而产生竖向反作用力。

如附图13所示，以橡胶剪切变形缓冲结构为例，说明利用实施例2所述的技术方案实现波磨消除的具体过程。在存在波磨病害的线路上，取消恒功率或恒压力控制，将下压执行机构3(即油缸)改为锁定状态，即油缸上下两腔内部的液压油锁定，保证油缸的长度锁定在固定值。当打磨头6底部旋转的砂轮运行至波谷位置时，油缸上部连接的橡胶材料发生额外的朝下剪切变形，并产生往上的附加提升力，从而减少了砂轮与钢轨7之间的挤压接触力，波谷位置打磨切削量大幅减小。相反，当打磨头6底部旋转的砂轮运行至波峰位置时，油缸上部连接的橡胶材料发生额外的朝上剪切变形，并产生往下的附加下压力，从而增加了砂轮与钢轨7之间的挤压接触力，波峰位置打磨切削量大幅增加。因此，本实施例描述的打磨单元下压机构，通过非恒功率或非恒压力打磨方式，通过缓冲元件的弹性变形达到波峰压力大波谷压力小的非恒力打磨目标，实现了消除波峰，保护波谷的目的，对波磨病害的消除具有显著的效果。另外，为了防止砂轮在打磨时的厚度消耗对平均下压力的影响，在打磨作业控制时，需要对平均切削压力或平均功率进行监控，当平均下压力或平均功率超过设定目标值一定范围(如±20％)时，需要对油缸的下压力或油缸的长度进行一次调整，然后再次进行长度锁定。

其余部分更加详细的技术方案可以具体参照实施例1的相关描述，在此不再赘述。

实施例3

在本实施例中，缓冲元件2具体采用弹簧缓冲结构。如附图4及附图8所示，下压执行机构3的一端(具体为伸缩杆9一端)设置有法兰型的连接头13，另一端(具体为缸体8一端)通过下安装座5与打磨执行机构4连接。法兰型接头13的上下两面各安装有一个压缩弹簧20，连接头13通过筒体18与上安装座1相连。筒体18套设于连接头13上，缓冲元件2进一步包括设置于筒体18上部与连接头13之间，以及连接头13与筒体18下部之间的压缩弹簧20。当下压执行机构3的缸体8固定时，连接头13的位移变化推动压缩弹簧20发生弹性变形，从而产生竖向(如附图中H所示的方向)反作用力的变化。在本实施例中，弹簧储能结构的作用是实现起始落点缓冲，并通过弹性变形达到波峰压力大、波谷压力小的非恒力打磨目标，进而实现消除钢轨波磨病害的目的。

另外，为了对压缩弹簧的反力进行调节，筒体18的上部与压缩弹簧20之间设置有垫板19，筒体18的上部还设置有调节螺钉21及锁定螺母22。调节螺钉21与筒体18之间通过螺纹副连接，并通过锁定螺母22进行固定，调节螺钉21通过垫板19调节压缩弹簧20的压缩弹力。

其余部分更加详细的技术方案可以具体参照实施例1的相关描述，在此不再赘述。

实施例4

在本实施例中，缓冲元件2具体采用双向橡胶板/柱缓冲结构。如附图5及附图9所示，下压执行机构3的一端(具体为伸缩杆9一端)进一步通过工型架23与上安装座1相连，另一端(具体为缸体8一端)通过下安装座5与打磨执行机构4连接。缓冲元件2包括设置于上安装座1与工型架23之间的弹性元件24，工字型金属架(即工型架23)与上安装座1之间通过上下两层高分子弹性材料(即弹性元件24)相连。当锁定后的下压执行机构3整体发生上下位移变化时，导致弹性元件24产生附加变形，从而对下压执行机构3产生附加的竖向(如附图中H所示的方向)反作用力。

其余部分更加详细的技术方案可以具体参照实施例1的相关描述，在此不再赘述。

实施例5

本申请具体实施例描述的打磨单元下压机构，既可在下压执行机构3的一端设置有弹性缓冲结构，也可以分别在下压执行机构3的上下两端均设置相同或不同形式的弹性结构。在本实施例中，下压执行机构3的上下两端均带有缓冲结构，如附图6所示，在实施例1的基础上，下压执行机构3的另一端还可以进一步通过弹性结构25与下安装座5相连。

其余部分更加详细的技术方案可以具体参照实施例1的相关描述，在此不再赘述。

实施例6

在本实施例中，为下压执行机构3(即油缸)内部带有可压缩体的缓冲结构，可在下压执行机构3的一端设置有弹性结构，也可以分别在油缸的上下两端设置相同或不同形式的弹性结构。作为本申请一种典型的具体实施例，如附图10所示，下压执行机构3的一端(具体为伸缩杆9一端)通过连接头13与上安装座1连接，另一端(具体为缸体8一端)通过下安装座5与打磨执行机构4连接。下压执行机构3的缸体8的无杆腔内部设置有隔离活塞29，隔离活塞29与缸体8之间填充有弹性压缩体30。当下压执行机构3处于锁定状态并受到竖向的推拉作用时，通过下压执行机构3的缸体8内部弹性压缩体30的体积变化使得下压执行机构3在竖向(如附图中H所示的方向)产生相应的伸缩。或者，下压执行机构3的一端(具体为伸缩杆9一端)通过连接头13与上安装座1连接，另一端(具体为缸体8一端)通过下安装座5与打磨执行机构4连接，下压执行机构3的缸体8的无杆腔内部设置有橡胶气囊。当下压执行机构3处于锁定状态并受到竖向的推拉作用时，通过下压执行机构3的缸体8内部橡胶气囊的体积变化使得下压执行机构3在竖向产生相应的伸缩。油缸的缸体8被活塞26分隔为上下两个腔体，即为有杆腔及无杆腔，腔体内通有液压油，有杆腔设置有进油口27，无杆腔设置有出油口28。其中，油缸的底部是一个腔体体积可以变化的缓冲空间，可以是气囊或弹簧推动的活塞密封空间，具体可以采用本实施例的可沿缸体8上下滑动的隔离活塞29。其中，隔离活塞29的上部是油缸的液压油，底部是可压缩的空间，例如压缩空气，或者底部也可以做成橡胶气囊结构。当(液压)油缸的上下进油口27及出油口28被关闭时，油缸处于锁定状态，此时如果伸缩杆9受到推拉，通过缸体8内橡胶气囊的体积变化使油缸发生相应的适当伸缩。

其余部分更加详细的技术方案可以具体参照实施例1的相关描述，在此不再赘述。

实施例7

如附图12所示，一种打磨单元的实施例，具体包括：打磨执行机构4、打磨单元架33、连接架38，以及如实施例1-6所述的打磨单元下压机构。打磨单元架33与连接架38之间连接有导柱39，上安装座1设置于连接架38上。导柱39上套设有导套40，导套40同时固定在打磨执行机构4上。

打磨单元架33通过第二销轴与车架相连，打磨单元架33与第二销轴之间设置有弹性轴套32(即缓冲弹性元件)。在本实施例中，缓冲弹性元件可以安装在打磨单元(偏转)架33上或其安装架上，从而使得打磨单元整体具有弹性。

实施例8

一种钢轨打磨车的实施例，具体包括：如实施例7所述的打磨单元。如附图14所示，为本申请打磨单元下压机构一种具体实施例的控制原理示意图。控制单元35获取传感器组件31的信号，并根据该信号控制电磁阀36，通过电磁阀36控制液压系统37相应管路的通断，再由液压系统37控制下压执行机构3执行相应的操作。

实施例9

如附图15所示，一种基于本申请实施例1-6所述打磨单元下压机构的打磨单元下压控制方法的实施例，将下压执行机构3通过缓冲元件2连接于上安装座1与打磨执行机构4之间，该方法具体包括以下步骤：

S11)将下压执行机构3设置为锁定状态，保证下压执行机构3的长度锁定在固定值；

S12)当打磨执行机构4的打磨头6运行至钢轨顶面34的波谷位置时，缓冲元件2受到额外向下的拉伸变形，并产生向上的附加拉伸力，从而减小打磨头6与钢轨顶面34之间的挤压接触力，波谷位置的打磨切削量减小；

S13)当打磨头6运行至钢轨顶面34的波峰位置时，缓冲元件2受到额外向上的推力，并产生向下的附加下压力，从而增加打磨头6与钢轨顶面34之间的挤压接触力，波峰位置的打磨切削量增加。

在步骤S12)及步骤S13)中，下压执行机构3工作于非恒功率或非恒压力打磨方式，并通过缓冲元件2的弹性变形实现钢轨顶面34的波磨病害消除。

在步骤S12)及步骤S13)中，通过设置于下压执行机构3上的位移传感器实时检测并输出下压执行机构3的位移信号，用于判断打磨执行机构4下压的位移量及打磨头6的砂轮剩余厚度。

在步骤S12)及步骤S13)中，通过设置于下压执行机构3上或与下压执行机构3相串联处的传感器组件31判断打磨头6是否已经碰触到钢轨顶面34。

在步骤S12)及步骤S13)中，通过获取打磨执行机构4输出动力的变化判断打磨头6是否已经碰触到钢轨顶面34。

在步骤S12)及步骤S13)中，对打磨执行机构4的平均切削压力或平均功率进行监控，当平均下压力或平均功率超过设定目标值一定范围时，对下压执行机构3的下压力或长度进行调整，然后再进行下压执行机构3的长度锁定。

在本申请的描述中，需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。

需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容能够涵盖的范围内。

通过实施本申请具体实施例描述的打磨单元下压机构，包括该机构的打磨单元及打磨车的技术方案，能够产生如下技术效果：

(1)本申请具体实施例描述的打磨单元下压机构，包括该机构的打磨单元及打磨车，采用非恒功率或非恒压力打磨方式，并通过缓冲元件的弹性变形适应钢轨病害，被动调整打磨下压力，达到波峰打磨切削力大、波谷打磨切削力小的非恒力打磨目标，实现消除波磨病害的目的，大大提高了对波磨病害的消除能力；

(2)本申请具体实施例描述的打磨单元下压机构，包括该机构的打磨单元及打磨车，通过缓冲元件解决了下压执行机构本身刚度大的问题，使打磨执行机构打磨时平稳平顺，在面对较大的冲击工况时不会出现打磨效果的异常突变；

(3)本申请具体实施例描述的打磨单元下压机构，包括该机构的打磨单元及打磨车，通过增加缓冲元件有效地降低了振动冲击，大大提高了下压执行机构、打磨单元架及打磨小车的寿命，有效地解决了其疲劳损坏的技术问题；

(4)本申请具体实施例描述的打磨单元下压机构，包括该机构的打磨单元及打磨车，解决了现有油缸下压方式刚度大，打磨起始落点容易出现过度打磨现象，打磨过程中实时调节下压力变化冲击大，易出现发蓝现象，且钢轨表面平顺性差等技术问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制。虽然本申请已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请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申请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，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请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，均仍属于本申请技术方案保护的范围。

Claims (24)

1.一种打磨单元下压机构，其特征在于，包括：上安装座(1)、缓冲元件(2)及下压执行机构(3)；所述下压执行机构(3)通过其端部设置的缓冲元件(2)连接于上安装座(1)与打磨执行机构(4)之间；所述下压执行机构(3)工作于非恒功率或非恒压力打磨方式，并通过所述缓冲元件(2)的弹性变形实现钢轨顶面(34)的波磨病害消除。

2.根据权利要求1所述的打磨单元下压机构，其特征在于：所述下压执行机构(3)的一端通过缓冲元件(2)与上安装座(1)连接，另一端通过下安装座(5)与打磨执行机构(4)连接。

3.根据权利要求1或2所述的打磨单元下压机构，其特征在于：所述下压执行机构(3)的另一端通过弹性结构(25)与下安装座(5)相连。

4.根据权利要求3所述的打磨单元下压机构，其特征在于：当进行打磨作业时，所述下压执行机构(3)设置为长度锁定状态。

5.根据权利要求4所述的打磨单元下压机构，其特征在于：当所述打磨执行机构(4)的打磨头(6)运行至钢轨顶面(34)的波谷位置时，所述缓冲元件(2)受到额外向下的拉伸变形，并产生向上的附加拉伸力，从而减小打磨头(6)与钢轨顶面(34)之间的挤压接触力，波谷位置的打磨切削量减小；当所述打磨头(6)运行至钢轨顶面(34)的波峰位置时，所述缓冲元件(2)受到额外向上的推力，并产生向下的附加下压力，从而增加打磨头(6)与钢轨顶面(34)之间的挤压接触力，波峰位置的打磨切削量增加。

6.根据权利要求1、2、4或5所述的打磨单元下压机构，其特征在于：所述打磨执行机构(4)为旋转马达或电机。

7.根据权利要求6所述的打磨单元下压机构，其特征在于：所述下压执行机构(3)为包括液压油缸、电动推杆在内任一种能驱动打磨执行机构(4)进行直线运动的装置。

8.根据权利要求7所述的打磨单元下压机构，其特征在于：所述下压执行机构(3)上还带有位移传感器，能实时检测并输出下压执行机构(3)的位移信号，用于判断所述打磨执行机构(4)下压的位移量及打磨头(6)的砂轮剩余厚度。

9.根据权利要求1、2、4、5、7或8所述的打磨单元下压机构，其特征在于：所述缓冲元件(2)为包括橡胶、弹簧、板簧在内的任一种弹性结构。

10.根据权利要求9所述的打磨单元下压机构，其特征在于：所述下压执行机构(3)两端的连接方式为包括弹性连接、球铰、转动副、固定在内的任一种结构。

11.根据权利要求1、2、4、5、7、8或10所述的打磨单元下压机构，其特征在于：在所述下压执行机构(3)上或与下压执行机构(3)相串联处还设置有传感器组件(31)，所述传感器组件(31)能判断打磨头(6)是否已经碰触到钢轨顶面(34)。

12.根据权利要求11所述的打磨单元下压机构，其特征在于：当进行打磨作业控制时，对所述打磨执行机构(4)的平均切削压力进行监控，当平均下压力超过设定目标值一定范围时，对所述下压执行机构(3)的下压力或长度进行调整，然后再进行下压执行机构(3)的长度锁定。

13.根据权利要求1、2、4、5、7、8或10所述的打磨单元下压机构，其特征在于：通过获取所述打磨执行机构(4)输出动力的变化判断打磨头(6)是否已经碰触到钢轨顶面(34)。

14.根据权利要求13所述的打磨单元下压机构，其特征在于：当进行打磨作业控制时，对所述打磨执行机构(4)的平均功率进行监控，当平均功率超过设定目标值一定范围时，对所述下压执行机构(3)的下压力或长度进行调整，然后再进行下压执行机构(3)的长度锁定。

15.根据权利要求1、2、4、5、7、8、10、12或14所述的打磨单元下压机构，其特征在于：所述缓冲元件(2)包括金属衬套(10)及弹性衬套(11)，所述下压执行机构(3)一端的连接头(13)通过销轴(12)与上安装座(1)连接；所述金属衬套(10)套设于销轴(12)上，所述弹性衬套(11)套设于金属衬套(10)之上，并位于金属衬套(10)与连接头(13)之间；当所述下压执行机构(3)的缸体(8)受到外部的垂向位移荷载时，所述缸体(8)推动连接头(13)及金属衬套(10)同步产生竖直方向的位移，从而使得所述弹性衬套(11)的上下部位发生拉压变形，左右部位产生剪切变形，进而对所述下压执行机构(3)产生附加的反作用力。

16.根据权利要求1、2、4、5、7、8、10、12或14所述的打磨单元下压机构，其特征在于：所述缓冲元件(2)包括若干个相互间隔层叠设置的弹性层(14)及金属板(15)，所述弹性层(14)及金属板(15)设置于上安装座(1)的竖板(17)与连接板(16)之间；所述下压执行机构(3)一端的连接座(41)通过销轴(12)与连接板(16)连接；当所述上安装座(1)固定时，所述下压执行机构(3)的缸体(8)位移变化通过销轴(12)传递至连接板(16)，使上安装座(1)与连接板(16)之间产生竖向相对位移，该位移使得弹性层(14)及金属板(15)复合结构发生竖向剪切变形，从而产生竖向反作用力。

17.根据权利要求1、2、4、5、7、8、10、12或14所述的打磨单元下压机构，其特征在于：所述下压执行机构(3)的一端设置有法兰型的连接头(13)，所述连接头(13)通过筒体(18)与上安装座(1)相连；所述筒体(18)套设于连接头(13)上，所述缓冲元件(2)包括设置于所述筒体(18)上部与连接头(13)之间，以及所述连接头(13)与筒体(18)下部之间的压缩弹簧(20)；当所述下压执行机构(3)的缸体(8)固定时，所述连接头(13)的位移变化推动压缩弹簧(20)发生弹性变形，从而产生竖向反作用力的变化。

18.根据权利要求17所述的打磨单元下压机构，其特征在于：所述筒体(18)的上部与压缩弹簧(20)之间设置有垫板(19)，所述筒体(18)的上部还设置有调节螺钉(21)及锁定螺母(22)；所述调节螺钉(21)与筒体(18)之间通过螺纹副连接，并通过所述锁定螺母(22)进行固定，所述调节螺钉(21)通过垫板(19)调节所述压缩弹簧(20)的压缩弹力。

19.根据权利要求1、2、4、5、7、8、10、12或14所述的打磨单元下压机构，其特征在于：所述下压执行机构(3)的一端通过工型架(23)与上安装座(1)相连，所述缓冲元件(2)包括设置于上安装座(1)与工型架(23)之间的弹性元件(24)；当锁定后的所述下压执行机构(3)整体发生上下位移变化时，导致所述弹性元件(24)产生附加变形，从而对下压执行机构(3)产生附加的竖向反作用力。

20.根据权利要求1、2、4、5、7、8、10、12或14所述的打磨单元下压机构，其特征在于：所述下压执行机构(3)的一端通过连接头(13)与上安装座(1)连接，所述下压执行机构(3)的缸体(8)的无杆腔内部设置有隔离活塞(29)，所述隔离活塞(29)与缸体(8)之间填充有弹性压缩体(30)；当所述下压执行机构(3)处于锁定状态并受到竖向的推拉作用时，通过所述下压执行机构(3)的缸体(8)内部弹性压缩体(30)的体积变化使得下压执行机构(3)在竖向产生相应的伸缩。

21.根据权利要求1、2、4、5、7、8、10、12或14所述的打磨单元下压机构，其特征在于：所述下压执行机构(3)的一端通过连接头(13)与上安装座(1)连接，所述下压执行机构(3)的缸体(8)的无杆腔内部设置有橡胶气囊；当所述下压执行机构(3)处于锁定状态并受到竖向的推拉作用时，通过所述下压执行机构(3)的缸体(8)内部橡胶气囊的体积变化使得下压执行机构(3)在竖向产生相应的伸缩。

22.一种打磨单元，其特征在于，包括：打磨执行机构(4)、打磨单元架(33)、连接架(38)，以及如权利要求1至21中任一项所述的打磨单元下压机构；所述打磨单元架(33)与连接架(38)之间连接有导柱(39)，上安装座(1)设置于连接架(38)上；所述导柱(39)上套设有导套(40)，所述导套(40)同时固定在打磨执行机构(4)上。

23.根据权利要求22所述的打磨单元，其特征在于：所述打磨单元架(33)通过第二销轴与车架相连，所述打磨单元架(33)与第二销轴之间设置有弹性轴套(32)。

24.一种钢轨打磨车，其特征在于，包括：如权利要求22或23所述的打磨单元。