一种飞锤轮及锤击作业方法与流程

本发明涉及一种锤击方式作业的工业设备机电设备，是一项可用于钢轨轨面除锈的飞锤轮及其锤击作业方法。

背景技术：

由于架设或铺设的钢轨所处的复杂环境，尤其是野外环境，常年的雨、雪、露、霾的侵蚀，造成钢轨轨面不洁净，很容易形成锈蚀，在钢轨轨面产生锈斑，列车轮对压上钢轨面时，因锈斑电阻影响，可导致轨道电路电流回流不畅而失效，从而造成铁路信号联锁失效，给铁路的行车构成重大安全隐患。同时，产生锈斑后还会不断在钢轨表层以内逐渐形成深层的电化学腐蚀，锈蚀的不断发展，将直接削弱钢轨的强度，严重的甚至可能造成钢轨断裂、危及行车安全。目前，排除以上安全隐患的方法，大都采用人工除锈，劳动强度大，效率低，不利于正常的铁路运行生产。

现有技术中，存在有利用汽油机做动力，通过传动结构，驱动砂轮、钢丝轮等工具进行除锈的专用除锈工具，动力除锈取代人工除锈，节约了劳动力、提高了作业效率。例如，专利号为201320547587.9的一种钢轨轨面除锈车，该实用新型公开了一种钢轨轨面除锈车，包括走行轮，车体，托板，丝杠及手轮，扶手把手，汽油机，弹簧，轴承盒，钢丝刷轮，中轴，轨面接触电阻检测装置；其中：走行轮布置在车体下部，汽油机通过皮带带动钢丝刷轮转动，对钢轨表面进行打磨除锈，车体上配置有托板，汽油机通过弹簧固定于托板上，钢丝刷轮轴承盒安装在托板前部，托板下部中央位置由中轴固定在车体上；托板后端有螺孔连接丝杠及手轮，丝杠及手轮通过手轮的正反向旋转带动托板绕中轴在垂直面内旋转，轨面接触电阻检测装置安装在车体下部，搭接在钢轨踏面上。这种方法利用简单实用的小型机械代替人工进行钢轨除锈，降低了劳动强度，提高了效率和质量。

但是，采用这种除锈方法的缺点是：汽油机效率很低，一般在40%左右，而且，通过具有一定传递效率损耗的传动机构后，设备效率进一步降低；砂轮或钢丝轮在除锈过程中，必须对钢轨表面施加一定的预压力才能确保有效的接触并工作，因此，会带来额外的无用摩擦功耗，特别在采用硬质砂轮进行作业是，需要小心调节接触压力和控制好接触过程，否则，极易造成砂轮盘崩碎的事故，尤其对于使用过的老旧钢轨，其表面具有不均衡的变形，更增加了作业难度；采用砂轮或钢丝轮在除锈的同时也会打磨或刮削掉钢轨的表层材质，损伤钢轨，严重操作不当情况下，将钢轨磨出坑，造成钢轨损毁需要整条更换；于此同时，砂轮或钢丝轮也会同步磨损成为易损工具，增加了使用成本；汽油机产品质量较重，不利于野外搬运；携带并使用燃油也不便捷、不环保。

技术实现要素：

为克服现有的技术缺陷，本发明提供了一种高效率、便携、环保、操作简单、使用成本低的飞锤轮和采用所述飞锤轮的锤击作业方法。

为实现本发明的目的，采用以下技术方案予以实现：

一种飞锤轮，包括中心驱动轴和若干飞锤体组，所述飞锤体组通过固定限位装置呈圆周式固定在中心驱动轴的圆柱面上，所述中心驱动轴由外部的动力装置驱动转动。

本发明中，飞锤轮外部的驱动装置带动中心驱动轴旋转，中心驱动轴带动飞锤体做高速旋转运动，当高速旋转的飞锤体掠过钢轨表面时，与钢轨表面的锈斑发生锤击作用，击碎锈斑并且锈斑被连续掠过的飞锤体带离钢轨表面，实现除锈的目的。与传统的利用砂轮或钢丝轮除锈的方法相比，这种利用飞锤轮进行除锈的方法能够自适应地控制飞锤体的高度，从而调节接触压力和控制好接触过程，以免在除锈的同时打磨或刮削掉钢轨的表层材质，损伤钢轨，并且不拉毛轨面，不易返锈。

进一步地，所述飞锤体组包括用于安装飞锤体的轴向梁和至少一个飞锤体，所述飞锤体沿中心驱动轴的轴向规则排列联结在轴向梁上。

本发明中，通过把轴向梁安装中心驱动轴上从而使飞锤体跟随中心驱动轴的转动而转动，在飞锤轮转动过程中，在轴线垂直于钢轨纵向铺设方向的飞锤轮上的飞锤体组能够一组一组地旋扫在钢轨的轨面上。

进一步地，径向相邻的所述飞锤体组的飞锤体沿飞锤轮轴向插值错开，以使得飞锤轮每旋转一周即可使飞锤轮所有飞锤体组的全部金属锤体在钢轨横向截面的顶面密布锤击作业，锤击区全覆盖轨面。

进一步地，所述飞锤体包括柔性牵引绳和金属锤体，所述柔性牵引绳一端与轴向梁连接，另一端与金属锤体连接。

本发明中，金属锤体是高硬、耐磨耐冲击钢球，也可以是圆柱体外形、棱锥体外形、椭球形等外形结构的质量体，其硬度高于钢轨表面硬度；柔性牵引绳除优选柔性牵引金属绳外，也可以是高强度、耐磨、耐折弯的纤维线绳等其他柔性高强度耐磨牵引体结构，如超高分子量聚乙烯纤维绳。在金属锤体掠过钢轨表面时，锤体对锈斑进行敲击，击碎锈斑，并在锤体绕中心驱动轴转动的过程中将锈斑带离钢轨。这个过程中产生负载扭矩的力臂很小，因此，负载扭矩也很小，功耗也很低。

进一步地，所述柔性牵引绳连接轴向梁的一端设置有第一压铸头，所述轴向梁设有凹槽，所述柔性牵引绳穿过凹槽且所述第一压铸头挂载在轴向梁的端部表面上。

本发明中，飞锤轮与轴向梁的连接方式采用压铸头挂载的方式，压铸头与轴向梁之间活动连接，当钢轨表面锈层较厚时，在飞锤体的撞击过程中，柔性牵引绳把第一压铸头向上顶，使第一压铸头位置高于轴向梁，避免了金属锤体的与钢轨的过度碰撞，发生崩碎；当钢轨表面凹陷时，在飞锤体的撞击过程中，柔性牵引绳把第一压铸头向下拉，使第一压铸头位置紧贴于轴向梁，避免了金属锤体与钢轨的距离过远，金属锤体无法触及锈斑除锈的情况。

进一步地，挂载有第一压铸头的轴向梁的端部表面具有和钢轨横向截面的顶面弧线一致的定位曲线。

本发明中，飞锤体组的轴向梁上具有和钢轨横向截面的顶面弧线一致的定位曲线，使得挂载在轴向梁上的第一压铸头的连线也与钢轨横向截面的顶面弧线一致的定位曲线相拟合，同一组的飞锤体的金属锤体在旋扫过程中也和钢轨横向截面的顶面弧线拟合，实现均衡的除锈接触力度，不会出现在采用砂轮或钢丝轮进行除锈时可能出现的打磨或刮削掉钢轨的表层材质，造成损伤钢轨的情况。

进一步地，所述柔性牵引绳连接金属锤体的一端设置有第二压铸头，所述金属锤体内部具有台阶孔，所述台阶孔包括相通的第一台阶孔和第二台阶孔，所述第一台阶孔和第二台阶孔之间设有过渡部，所述第一台阶孔直径略大于柔性牵引绳直径，所述第二台阶孔直径略大于第二压铸头直径，且所述第一台阶孔供柔性牵引绳穿过，所述第二压铸头位于第二台阶孔内，所述过渡部用于限位顶住第二压铸头。

本发明中，第二台阶孔的高度长于第二压铸头的直径，第二压铸头可以在第二台阶孔内上下滑动，当钢轨表面锈层较厚时，金属锤体相对于第二压铸头向上收缩，防止过度除锈，当钢轨表面凹陷时，金属锤体相对于第二压铸头向下伸长，避免金属锤体与钢轨的距离过远，金属锤体无法触及锈斑除锈的情况，从而达到金属锤体自由适应钢轨表面的各种不均衡变形或凹陷、凸起的目的。

进一步地，所述第二压铸头和金属锤体内部的台阶孔之间的接触部位填充有润滑物，比如二硫化钼锂基脂，以减少运动冲击带来的内部损耗。

进一步地，所述固定限位装置包括两块并排设置的定位板、位于两块定位板之间且与其连接的多个夹扣件和多个夹槽件，多个所述夹扣件呈圆周式设置，且相邻两个夹扣件间对应设有一飞锤体组；每个所述夹扣件一侧设有多个并排的栅栏 ，相邻栅栏间的间隙供飞锤体的柔性牵引绳穿过，用于起限位作用；每个所述夹槽件一一对应卡扣在每个夹扣件上，且所述夹槽件上开有孔供栅栏穿过；所述两块定位板中心位置由中心驱动轴穿过，且由中心驱动轴驱动转动。

进一步地，每个所述栅栏一端与夹扣件的一侧连接，另一端搭接在相邻的夹扣件上。

本发明中，飞锤轮上的固定限位装置让对应飞锤体组的飞锤体柔性牵引绳受栅栏的轴向约束，两个夹扣件间对应设有一飞锤体组，相邻栅栏间对应设有一飞锤体，栅栏可以选择为U型钢丝栅栏，也可以选择为整体的条形栅栏，栅栏、夹扣件和夹槽件设计的目的是为了使得在作业过程中，金属锤体能够不相互窜扰，且不限制金属锤体的锤击运动，飞锤体金属锤体超出固定限位装置一定的自由距离，使得金属锤体可以自由适应钢轨表面的各种不均衡变形或凹陷、凸起；同时，采用光亮的栅栏，极大地减少了飞锤体的柔性牵引绳的额外磨损。

本发明所涉及的飞锤轮实际上不仅仅可以应用于钢轨除锈，还可以广泛应用在其它锤击作业领域，它还提供了一种锤击作业方法，采用上述的飞锤轮进行锤击作业。以往的锤击作业包括大的铁榔头、更大的铁锤设备等单一锤体锤击作业，也包括使用微小粒子的喷砂、喷丸（抛砂、抛丸）等微小锤粒的集群锤击作业，各有不同特点及对应应用，而本发明在锤击作业上进行技术创新提出了采用很多个合适尺度的锤击体、约束集合在一起进行作业的新颖锤击作业方式。它兼顾了具有一定质量的锤体产生的力度和具有一定数量的并发锤击效率，并且锤体可约束，无需额外的比如砂或丸介质源、动力系统、管路及控制系统等复杂的辅助设备。

与现有技术比较，本发明具有以下优点：

1.直流无刷电机与飞锤轮的中心驱动轴直接联结进行直接驱动，省去了额外的运动传递损耗，具有高效、节能、环保的优点；

2.飞锤轮内第一压铸头和轴向梁的接触结构、第二压铸头和金属锤体的连接结构，柔性牵引绳的结构都使得飞锤体能够自适应各种工况的钢轨表面，防止过度除锈或除锈除的不彻底的情况，即有效地进行了除锈同时又保护了钢轨本体的使用寿命；

3. 第二压铸头可以在第二台阶孔内上下滑动而且第二压铸头和金属锤体内部的台阶孔之间的接触部位填充润滑物，所以金属锤体使用寿命延长，产品运行成本低。

4. 径向相邻的飞锤体组的飞锤体沿飞锤轮轴向插值错开的结构，以使得飞锤轮每旋转一周即可使钢轨横向截面的顶面完整地被锤击除锈，不留空白，除锈效率高。

5. 单台设备轻巧，可一人携带操作；自适应轨面，无需随时保持除锈预压力，工作效率高。

附图说明

图1为本发明的飞锤轮结构示意图；

图2为本发明的飞锤体组和中心驱动轴的联结示意图；

图3为本发明的飞锤体组结构示意图；

图4为本发明的柔性牵引绳和金属锤体连接关系示意图；

图5为本发明的固定限位装置结构示意图；

图6为本发明的飞锤轮锤体轴向布局并拟合钢轨横向截面顶面弧线示意图；

图7为本发明的飞锤轮的左视图。

图1中，61是中心驱动轴，62是飞锤体组，63是U型栅栏，64是不锈钢夹扣，65是定位板，67是不锈钢夹槽；

图2中，66是固定装置；

图3中，621是轴向梁，622是柔性牵引金属绳，623是锤体，624是第二压铸头；

图6中，8是钢轨。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明实施方式作进一步详细地说明。

如图1和图2所示，本发明所提供的飞锤轮包括中心驱动轴61、固定限位

装置、飞锤体组62和固定装置66。中心驱动轴61与飞锤轮外部的驱动装置相连，通过固定装置66把每组飞锤体组安装在中心驱动轴61上。两块定位板中心位置由中心驱动轴穿过，且由中心驱动轴驱动转动。

如图3所示，飞锤体组62由轴向梁621、飞锤体柔性牵引金属绳622和金属锤体623组成。柔性牵引金属绳由多股结构的柔性不锈钢丝绳构成，或者是由高强度、耐磨、耐折弯的纤维线绳等其他柔性高强度耐磨材料构成。金属锤体是高硬、耐磨耐冲击钢球，也可以是圆柱体外形、棱锥体外形、椭球形等外形结构的质量体，其硬度高于钢轨表面硬度。多个飞锤体沿中心驱动轴61的轴向，按合理的可操作联结的间距规则地排列联结在轴向梁621上，使同组的各个飞锤体钢球623端组成拟合钢轨横向截面顶面曲线的曲线，实现除锈操作中除锈接触力度的均衡。

如图4所示，柔性牵引金属绳622连接金属锤体623的一端设置有第二压铸头，金属锤体623内部具有台阶孔，金属锤体623活动地套在第二压铸头624上，所述台阶孔包括第一台阶孔和第二台阶孔，所述第一台阶孔直径略大于柔性牵引金属绳622直径，所述第二台阶孔直径略大于第二压铸头直径且所述第一台阶孔供柔性牵引金属绳穿过，所述第二压铸头位于第二台阶孔内，所述过渡部用于限位顶住第二压铸头。飞锤体的柔性牵引金属绳的第二压铸头和金属锤体623内部的台阶孔之间的接触部位填充润滑物，如二硫化钼锂基脂，以减少运动冲击带来的内部损耗。

如图5所示，固定限位装置包括两块并排设置的定位板、位于两块定位板之间且与其连接的18个不锈钢夹扣和18个不锈钢夹槽67，18个不锈钢夹扣呈圆周式设置，且相邻两个不锈钢夹扣间对应设有一飞锤体组；每个不锈钢夹扣一侧并排地设有4个或5个U型栅栏，相邻U型栅栏间的间隙供飞锤体的柔性牵引金属绳穿过，用于起限位作用，4个一组的U型栅栏用于对3个飞锤体进行限位，5个一组的U型栅栏用于对4个飞锤体进行限位；每个夹槽件一一对应卡扣在每个不锈钢夹扣上，且不锈钢夹槽67上开有孔，孔为一字型长孔或多个一字型短孔，供U型栅栏穿过；每两个U型栅栏63之间限定一个飞锤体。

如图6所示，相邻的飞锤体组62的排列沿轴向梁在中心驱动轴61的排列方向插值错开，一组飞锤体组62包括有3个飞锤体，与之相邻的飞锤体组包括有4个飞锤体，2组具有不同数量飞锤体的飞锤体组间隔排列，使得飞锤轮每旋转一周即可使飞锤轮所有飞锤体组62的全部锤体623在钢轨横向截面的顶面无缝密布锤击作业，不留空白。

如图7所示，飞锤轮旋转时，带动飞锤体623做高速旋转运动，调整飞锤轮

距离钢轨8表面的高度，使飞锤体623的锤体部分靠近并接触钢轨8表面，当高速旋转的锤体623掠过钢轨8表面时，与钢轨8表面的锈斑发生锤击作用，击碎锈斑并被连续掠过的锤体623带离钢轨8表面，实现除锈的目的；在飞锤体62掠过钢轨8表面时，产生负载扭矩的力臂很小，因此，负载扭矩也很小，功耗也很低。

基于上述飞锤轮，本实施例所涉及的飞锤轮还可以应用在其它锤击作业上，如根据作业表面的截面曲线做各种仿形的锤击清渣、除锈作业，对零件表面进行消光防滑作业，对设备零件进行锤击去应力作业，对零件表面进行锤击强化作业等等，它兼具了一定的锤体力度和并发锤击的优势数量，是一种新型锤击作业方式。