智能化多功能打磨车的制作方法

本发明涉及一种打磨车，特别是一种智能化多功能打磨车。

背景技术：

随着我国铁路事业的不断发展，线路里程越来越多，特别高铁线路的投入运行，对轮轨状态提出了更高的要求。钢轨长时间的运营以及重载，会降低轮轨关系，使钢轨出现一些病害，降低钢轨使用寿命。

目前钢轨打磨是较为普遍的修复钢轨的方法，它可以消除钢轨缺陷，提高轨面平顺度，延长钢轨使用寿命，提高轨道平顺性，减少列车运行噪声，降低能耗，并提高旅客列车的舒适度，确保列车安全运行。

目前钢轨打磨设备多为大型设备，如gmc96x钢轨打磨列车、gmc96b型钢轨打磨列车、20头打磨车、地铁打磨车，这些大型设备多为铁路正线服务，由于自身长度在100米左右，因此只适合正线直道钢轨。大型打磨车作业效率高，但也存在无法避免的缺点。1）投入成本过高；运营、维护成本较高。2）每次作业整备及保养时间过长，以96头打磨车为例，每次现场整备及收车检查的时间超过45分钟，每天保养时间超过5个小时。因此，对于短距离的打磨需要调动大型设备耗费大量的人力、物力和财力。3）大型打磨车无法实现道岔打磨，且岔前岔后都会留下大量未打磨区域。

目前普遍使用的钢轨打磨设备多为96头、48头或20头钢轨打磨列车，全长近100米，整车由96或48个打磨电机组成，可以一次性完成钢轨轨型的修复。但这种打磨列车只适用于长距离的区段，无法适用小区间，究其原因，一是短距离内耗费人力物力较大，本身造价较高，造成打磨成本太高，二是无法通过小曲线段。三是无法实现道岔区域的打磨。

目前普遍使用的钢轨打磨设备只适用于一种打磨砂轮，无法通用，由于正线作业时所用的打磨砂轮无法在在道岔区域上使用，因需要两种设备进行不同区域的作业，严重影响设备的使用程度，提高了企业的成本，耗费企业的财力物力。在大型设备无法适用的区段，目前普遍采用人工打磨或人工手持型设备打磨。此种方法需要耗费较大人力物力，效率低，耗时耗力。

由于液压驱动方式较为可靠，可以实现无冲击运动，因此目前普遍使用的打磨列车多采用液压驱动执行机构的方式完成偏转动作。但液压驱动方式较为复杂，附件较多，需要油箱、电机、泵、马达、各种液压阀块等部件作为一套独立的传动系统。且需要外设多种传感器作为辅助信号，以便实现闭环控制，因此偏转调节较为繁琐。外设传感器故障下会导致上位机无法判断执行机构的实际位置，行程设备失控，甚至出现过由此引发的事故，造成钢轨的损坏。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种智能化多功能打磨车，方便控制打磨功率和打磨角度。

解决上述技术问题的技术方案是：一种智能化多功能打磨车，包括作业车和动力车，所述作业车通过连接车钩和动力车连接，所述动力车包括动力车车架、柴油机发电机组、走行系统和走行操作台，所述柴油机发电机组、走行系统和走行操作台分别设置于动力车车架上，所述作业车包括作业车车架、司机室、作业操作台和执行机构，所述司机室、作业操作台和执行机构分别设置于作业车车架上，作业车和动力车均为小型结构，执行机构包括打磨机、偏转机构和移动机构，所述打磨机通过偏转机构和移动机构设置于作业车车架上；所述移动机构固定设置于作业车车架上，所述打磨机通过偏转机构与移动机构连接；

所述打磨机包括砂轮、打磨电机、气缸、导柱、安装板和固定架，所述的砂轮与打磨电机连接，所述气缸和导柱分别固定设置于固定架上，所述的打磨电机通过安装板与气缸连接；安装板设置于导柱上，安装板与气缸连接，该安装板可沿着导柱移动，打磨电机设置于安装板上；

所述移动机构包括电机、螺纹杆、直线轨道和固定座，所述的电机和直线轨道设置于作业车车架上，所述螺纹杆与电机连接，所述固定座设置于直线轨道，该固定座可沿着直线轨道移动，所述固定座通过螺母与螺纹杆连接，该螺母可沿着螺纹杆移动，所述的固定架与固定座连接；

所述偏转机构包括偏转电机和回转支承，回转支承设置于固定座上，所述固定架通过回转支承与固定座连接，所述回转支承与回转电机连接。

本发明的进一步技术方案是：所述的砂轮通过固定盘与打磨电机连接。

砂轮为厚砂轮时，厚砂轮通过过度盘安装于固定盘上。

作业车和动力车的总共长度为6米-8米。

所述安装板包括滑动板和滑块，所述滑块上设有直线轴承，该滑块通过直线轴承设置于导柱上，所述滑动板与滑块连接，滑动板与气缸的活塞连接。

由于采用上述技术方案，本发明之智能化多功能打磨车，具有以下有益效果：

1.本发明中打磨电机与气缸连接，通过气缸可以带动打磨电机上下移动，进而可以控制砂轮下压钢轨的力度，对于钢轨损坏比较严重，需要下压力度大些，使得磨削功率大些；对于损坏不是很严重的，下压力度可以不需要很大，使得磨削功率较小些。本发明包括回转支承，通过电机的转动带动回转支承上的旋转端转动，从而带动固定架转动，再带动打磨电机转动，进而可以从不同角度打磨铁路上的钢轨。移动机构上的电机转动的时候带动螺纹杆转动，螺纹杆转动的时候，螺纹杆上的螺母由于螺纹的连接关系在螺纹杆上移动，进而可以带动固定座在直线轨道上移动，通过固定座的移动带动固定架的移动。固定座的移动带动回转支承的移动，回转支承再带动固定架移动，方便打磨。

2.本发明车身小，总长7米左右，完全可以满足小区间短距离和小曲线段的作业。且可以通过动力车实现自动走形，操作方便，配备人员较少，可以大幅度降低打磨成本。使用本设备可以实现同一设备完成正线区域、道岔区域的打磨。此小型打磨车可以弥补大型打磨车及手动打磨机的不足。不仅可以完成正线直道线路的打磨作业，还可以实现道岔、小半径线路等大型设备无法作业的线路打磨。

下面，结合说明书附图和具体实施例对本发明之智能化多功能打磨车的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1：作业车的结构示意图。

图2：安装板的安装方式示意图。

图3：移动机构的结构示意图。

图4：偏转机构的安装状态结构示意图。

图5：厚砂轮的安装状态结构示意图。

图6：薄砂轮的安装状态结构示意图。

图7：打磨电机的安装状态结构示意图（图中箭头方向为气缸活塞移动方向）。

图8：固定盘的结构示意图。

图9：固定盘的结构示意图。

图10：过度盘的结构示意图。

图11：过度盘的结构示意图。

图12：执行机构的结构示意图（俯视状态）。

图13：作业车与动力车的连接状态示意图。

在上述附图中，各标号说明如下：

1-作业车，2-动力车，3-执行机构，4-打磨机，5-偏转机构，6-移动机构，7-厚砂轮，8-打磨电机，9-气缸，10-导柱，11-安装板，12-固定架，13-滑动板，14-滑块，15-电机，16-螺纹杆，17-直线轨道，18-固定座，19-传动轴，20-偏转电机，21-回转支承，22-固定盘，23-过度盘，24-压板，25-薄砂轮。

具体实施方式

一种智能化多功能打磨车，包括作业车和动力车，该作业车和动力车均为小型结构，作业车和动力车的总共长度不超过8米，一般为6米-8米，作业车和动力车的长度分别为3-4米。所述作业车通过连接车钩和动力车连接，所述动力车包括动力车车架、柴油机发电机组、走行系统和走行操作台，所述柴油机发电机组、走行系统和走行操作台分别设置于动力车车架上。所述作业车包括作业车车架、司机室、作业操作台和执行机构，所述司机室、作业操作台和执行机构分别设置于作业车车架上。执行机构包括打磨机、偏转机构和移动机构，所述打磨机通过偏转机构和移动机构设置于作业车车架上；所述移动机构固定设置于作业车车架上，所述打磨机通过偏转机构与移动机构连接。所述作业车数量为1-10辆，作业车上分别设有车钩，通过车钩可方便将作业车和动力车连接，也方便连接多个作业车。每辆作业车上设有2-4个打磨机。

所述打磨机包括砂轮、打磨电机、气缸、导柱、安装板和固定架，所述打磨电机、气缸、导柱和安装板分别设置于固定架上，该固定架设置于作业车车架上，所述的砂轮与打磨电机连接，该打磨电机可为现有的电机，砂轮与电机的转轴固定连接，所述气缸和导柱分别固定设置于固定架上，所述的打磨电机通过安装板与气缸连接；安装板设置于导柱上。安装板与气缸连接，该安装板可沿着导柱移动，打磨电机设置于安装板上；气缸底端固定设置于固定架上，安装板通过螺栓和连杆与气缸的活塞连接。所述安装板包括滑动板和滑块，所述滑块上设有直线轴承，该滑块通过直线轴承设置于导柱上，直线轴承套于导柱上，且该直线轴承可沿导柱移动，滑块通过焊接或者螺栓固定的方式与直线轴承连接，所述滑动板通过焊接或者螺栓固定的方式与滑块连接，滑动板与气缸的活塞连接。或者所述安装板上设有安装孔，安装板通过安装孔设置于导柱上。

所述移动机构包括电机、螺纹杆、直线轨道和固定座，所述的电机和直线轨道设置于作业车车架上，所述螺纹杆与电机连接，所述螺纹杆通过齿轮和转轴与电机的主轴连接，通过电机转动，带动螺纹杆转动，所述固定座通过滑轮或者滑块设置于直线轨道，该固定座可沿着直线轨道移动，所述固定座通过与螺纹杆相配合的螺母与螺纹杆连接，所述固定座通过焊接方式与螺母连接，该螺母可沿着螺纹杆移动，所述的固定架与固定座连接；

所述偏转机构包括偏转电机和回转支承，回转支承设置于固定座上，所述固定架通过回转支承与固定座连接，偏转电机固定设置于回转支承上，所述回转支承通过法兰与回转电机连接。偏转机构可为现有的机构，回转支承上的固定端设置于固定座上，回转支承上的旋转端与固定架连接，且该旋转端与偏转电机连接，偏转电机设置于回转支承上的固定端上，或者偏转电机设置于车架上，偏转电机的转轴通过法兰和轴承与回转支承上的旋转端连接，通过电机的转动带动回转支承上的旋转端转动，从而带动固定架转动，再带动打磨电机转动，进而可以从不同角度打磨铁路上的钢轨。移动机构上的电机转动的时候带动螺纹杆转动，螺纹杆转动的时候，螺纹杆上的螺母由于螺纹的连接关系在螺纹杆上移动，进而可以带动固定座在直线轨道上移动，通过固定座的移动带动固定架的移动。固定座的移动带动回转支承的移动，回转支承再带动固定架移动，方便打磨。当打磨电机转动上，砂轮也随着转动，此时砂轮由于转动了一个角度，使得砂轮与钢轨直接有了点间隙，然后通过固定座的平移将固定架平移，使得砂轮向钢轨方向平移，进而可以继续打磨。

所述的砂轮通过固定盘与打磨电机连接。固定盘上设有轴孔和螺栓孔，且固定盘下端设有凸出部，固定盘通过螺栓安装于电机的主轴上。砂轮为厚砂轮时，厚砂轮通过过度盘安装于固定盘上。过度盘上设有螺栓孔和安装螺杆，过度盘上端设有与固定盘上的凸出部想对于的凹槽，过度盘通过螺栓固定于固定盘上，厚砂轮套于过度盘上的安装螺杆上，过度盘上的安装螺杆与厚砂轮中间的螺纹孔相连接。砂轮为薄砂轮时，薄砂轮直接通过螺栓设置于固定盘上，或者薄砂轮通过压片和螺栓设置于固定盘上，压板上开设有螺栓孔。通过螺栓的连接方式，可以简单方便的更换不同区域所用砂轮，完成正线与道岔打磨作业的切换。

本实施方式中的智能化多功能打磨车主要由动力车和若干作业车组成，动力车提供动力，作业车负责修复钢轨。为节省空间，动力车可只需一辆；而作业车可多辆，作业车越多设备作业效率越高。因此将作业车作为模块化的设计，作业车数量可以根据用户需求任意扩展为2个或多个。

本实施方式采用回转支承的方式驱动，装置本身的动力作为动力来源，无需外设传动系统，只需电机驱动回转支承进行偏转即可。由于回转支承可以实现较大减速比，此方法可以得到较液压驱动更为准确的偏转角度，且无需将传感器作为闭环控制的必要组成部分。利用动力车自身提供的动力，可以实现在轨道上的自运行，利用回转支承实现作业车中偏转机构对钢轨不同角度的磨削，利用导柱式结构实现打磨机的升降，利用移动机构实现偏转机构的横移，利用同一个装卡装置实现标准轨与道岔之间砂轮的更换，利用气缸上下腔不同压力的调整实现不同磨削功率的控制。且可通过现有的plc技术进行控制，可全部采用自动化控制。可用于小区间小半径的线路，同时实现一台设备同时满足正线与道岔区域的打磨。

具体实施例：

动力车：动力车为整车运行提供走行动力，为作业车提供各机构动作时的动力。动力车由车架、走行系统、柴油发电机组以及操控台组成。柴油发电机组为走行系统以及作业车提供动力，走行系统采用一拖二方式，由一个电动机驱动两根动轴，每根动轴有两个个轮子。电机起动后，根据程序控制可以提供不同的走行速度。

作业车：作业车由车架、司机室、操控台、执行机构、集尘系统、风源装置、走行机构等组成。司机室为操作人员提供站立、休息、操作的空间。操控台可以控制整车的运行及作业车上各机构的动作，完成打磨作业功能。执行机构可以实现打磨钢轨动作。集尘系统可以将打磨产生的粉尘收集起来，避免污染环境。风源装置为执行机构中的气缸提供压缩空气。作业时，根据线路的不同，选择不同形式的砂轮，将其安装到砂轮装卡上。在程序控制下，执行机构完成沿横向移动、绕钢轨纵向偏转、起动打磨电机、下放打磨电机等动作。

打磨机：采用导柱式提升方式，打磨电机固定在安装板上，安装板上设有3个安装孔，上部的2个安装孔穿过固定在打磨电机两侧的导柱上，下部的安装孔与气缸的有杆腔活塞头固定，气缸的尾部固定于固定架上。此时在风压的作用下，气缸的活塞杆会上下伸缩，带动安装板上下移动，从而实现打磨电机的上下移动。安装板包括滑块与滑动板，滑块内设有直线轴承，将滑块安装到导柱上，这样，在气缸的作用下，滑动板与滑块就可以沿着导柱上下运动。此种结构形式紧凑，占用空间小，支撑点多，震动量小。

偏转机构：利用回转支承对打磨机进行偏转。回转支承的固定端与作业车的车架相连，旋转端与打磨机的固定架的一端相连，动力输入为电机（偏转电机）。回转支承为现有的回转支承，回转支承本身带有减速箱，当电机高速旋转时，通过减速可以实现打磨机的慢速旋转。固定架的另一端与作业车的车架通过联轴器相连，此处联轴器只起支撑作用。回转支承由伺服电机驱动，由于电机转动通过减速机和固定架相连，因此电机转动的圈数直接决定了固定架转动的角度。因此在实际应用中只需控制伺服电机的转动圈数就可控制打磨机的角度，并且对于偏转角度的计算与传统方式相比省去了传感器信号采集，避免了传感器故障导致的执行机构失控。

移动机构：打磨机的横向移动通过移动机构控制，移动机构主要由直线导轨和螺旋升降机组成。螺旋升降机的旋转运动转换成了打磨机的横向移动。打磨机的固定架通过固定座固定在直线导轨上，直线导轨起支撑和导向作用。同时固定架与螺旋升降机的螺纹丝杠连接，丝杠的运动则可以实现固定架的沿横向直线运动。螺旋升降机驱动部分主要由一台电机和减速箱组成，输出则由两台串联在一起的螺纹丝杠组成，实现了由一台电机输入两台螺旋丝杠机输出。此种机构形式运动速度平稳可控，较液压形式相比，横移量和横移速度可以根据实际情况随时调节。

固定盘：方便更换不同砂轮。实现正线用厚砂轮（φ154×80mm中间带螺纹孔）与道岔用薄砂轮（φ260×30mm）的简便切换。正线作业时，由于线路较长，打磨遍数较多，使用厚砂轮较为理想。目前使用较为普遍的是直径150~250mm，中心位置设置有螺纹孔的砂轮。道岔区域打磨时，由于道岔线路的特殊性，长度较短，且存在护轨、岔尖、分支轨等，造成需要打磨的部位横向缝隙空间较小，厚砂轮无法实现打磨，只能实用薄砂轮，利用薄的优点，可以将砂轮伸到钢轨与护轨之间的缝隙。目前使用较为普遍的为直径260mm，厚度30mm左右，压板式砂轮。固定盘为可以安装上述两种砂轮的夹紧装置，正线作业时只需安装正线用砂轮，道岔打磨时卸下厚砂轮直接安装薄砂轮即可。或者在使用多个作业车时，在其中几个作业车上安装厚砂轮，其他的作业车上安装薄砂轮，根据行驶到不同的位置，启动不同的作业车即可。

固定盘通过螺栓及压板等配件安装到电机的主轴上。安装厚砂轮时，将砂轮安装到过渡盘上，将过渡盘通过螺栓安装到固定盘上。正线作业时，使用的是中间带螺纹孔的厚砂轮，此种砂轮与固定盘安装时，中间需做一过渡盘，过渡盘上平面做成与固定盘下部相配合的形状，将固定盘凸出的部位卡在过渡盘凹下去的部位，然后利用螺栓将两者固定。安装薄砂轮时，将过渡盘拆下，直接将薄砂轮安装在固定盘上，或者通过压板将薄砂轮安装到固定盘上。固定盘凸出的部位形状同时可以满足薄砂轮的安装面。道岔打磨式，将厚砂轮和过渡盘拆下，直接将薄砂轮按照固定盘凸出的部位卡进去即可，利用压板将砂轮固定，最后用螺栓固定。

使用气缸调整不同的磨削功率：每台打磨电机的升降运动由气缸带动完成。由于钢轨的病害有所不同，因此需要电机的磨削量也不相同。对于较为严重的病害需要的磨削功率大，此时气缸可以带动电机下压力度大些；对于较轻病害或预防性打磨需要的磨削功率较小。通过plc的输出调整气缸上下腔的压力，最终实现磨削功率的控制。plc采样电机的电流作为控制的反馈，当设定电流大于电机反馈电流时增加上腔压力或减小下腔压力使磨削功率增大，反之减小上腔压力或正大下腔压力会使磨削功率减小。