钢轨焊缝五磨头仿形全断面打磨机的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种钢轨焊缝五磨头仿形全断面打磨机，包括轨头打磨机构、轨腰打磨机构、轨底打磨机构，其特征在于，两套轨头打磨机构、两套轨腰打磨机构、一套轨底打磨机构分别通过其内设的动力滑台固定架集成固定于基础下滑台装置上，使轨头打磨机构的磨头组件与轨头待打磨部分相抵，轨腰打磨机构的磨头组件与轨腰待打磨部分相抵，轨底打磨机构的磨头组件与轨底待打磨部分相抵，基础下滑台装置由基础下滑台进给机构控制连接，并安装于基础板总成上，实现一次性机械化全断面打磨。本实用新型使用寿命长，自动化程度高，可操作性强，需要人工少，环境污染轻，工人受到人身伤害的可能性微小。
【专利说明】
钢轨焊缝五磨头仿形全断面打磨机
[技术领域]
[0001]本实用新型涉及铁路轨道工程施工及维护技术领域，特别是一种用于轻轨、地铁等轨道交通钢轨焊缝五磨头仿形全断面打磨机。
[【背景技术】]
[0002]钢轨焊接是实现铁路高速化、轨道无缝化的一项主要关键技术，而焊接接头的质量直接影响到线路的使用寿命和列车运行的安全。焊接接头的质量不仅包括焊缝的内在焊接质量(如内部有无焊接缺陷)，更重要的也包括接头区域内的焊缝表面质量，如轨头、轨腰、轨底等部位的打磨质量，表面的不平顺造成造成的局部应力集中，会大大缩短钢轨使用的疲劳寿命，并会直接影响列车的运行速度和平稳性。
[0003]目前，国内外应用的钢轨打磨装备主要有钢轨打磨机系列设备和钢轨打磨列车。现常用的钢轨打磨机系列设备包括仿形钢轨打磨机打磨轨头并配人工手持直柄砂轮打磨机打磨轨底，轨腰(包括三角区)暂无合适的设备进行打磨。仿形钢轨打磨机一般用内燃机或电力作动力源，手持直柄砂轮打磨机一般用电力作动力源，采用经验式人工目测或机械量测的方式进行检测控制，导致打磨质量不稳定，工作效率低，工人劳动强度大，耗费人工多，不能满足生产效率要求，打磨中产生的大量粉尘造成作业环境恶化严重影响施工人员的身体健康。钢轨打磨列车是一种自带动力、能够自行，并对线路钢轨自动完成打磨作业的大型机械，是一种结构复杂，控制先进，集机、电、液、气及计算机技术于一体的施工设备。具有高质量和高效率的打磨优点。但其购置成本昂贵，多用于工务现场对轨道交通的钢轨进行补焊后的养护维修及预防性打磨施工，作业线路长，作业量大且集中。不适用于新建轨道交通无缝线路轨排法施工现场轨道对接焊接后的打磨施工工况。随着对轨道交通行车要求的不断提高，无缝线路对钢轨焊接质量要求越来越严格，迫切需要对钢轨接头焊接的全断面焊缝进行高质量的打磨，保证轨道全长的平直度及断面一致性，达到列车运行平稳，消除安全隐患，保障列车运行安全，延长钢轨使用寿命。
[0004]国内外应用的钢轨焊接打磨工况可分成为三大类。一是焊轨基地钢轨焊接打磨，其特点是钢轨移动、设备固定打磨施工;二是新建线铺轨施工现场长轨焊接打磨，其特点是钢轨固定，设备移动打磨施工;三是轨道交通运行区间钢轨工务维护，其特点是侧重钢轨轨头顶面及内侧工作面全线路维护打磨施工。三者的共同点是:按照TB10413-2003《铁路轨道工程施工质量验收标准》的焊接接头平直度和表面质量要求进行验收，最重要打磨的部位是钢轨轨头的顶面、内侧工作面，次之是轨底及轨底上侧面三角区，最后是轨腰侧面(验收标准暂无强制性要求)。
[0005]针对以上三类打磨工况，施工单位及设备制造商陆续开发了各式各样的打磨设备及打磨方法。针对现行焊接打磨可归纳为三种打磨方法:一是手砂轮手工操作打磨方法;其特点是耗人工，劳动强度大，工作效率低，打磨质量对操作人员的技术、经验依赖性大且得不到保证，打磨粉尘环境污染严重，对操作人员造成身体健康伤害等。二是部分采用仿形(如针对钢轨轨头、轨腰形状的打磨砂轮及砂带应用)配合平面打磨方法;其特点是部分解决打磨自动化打磨，部分人工配合，需要往复打磨，表面质量精度不高，且耗损严重，未形成良好的经济性。三是钢轨打磨列车打磨方法，采用具有多个打磨头的多个打磨小车结构，多个打磨砂轮与钢轨保持一定的角度和切削力，通过设定不同的砂轮摆角，完成对钢轨表面不同缺陷的打磨修复。其特点是仅适用于既有线路长距离工务维护，不适于新建线无缝线路轨道工程施工，且其打磨的部位仅限于钢轨轨头顶面及侧面的打磨施工，间断移动打磨无法实现。
[0006]目前国内轨道工程施工中较为先进打磨方法还是普通仿形人工操作往复打磨方法，轨底打磨方法亦在研发阶段，且标准要求不高，轨腰打磨方法也在人工打磨阶段。精磨后钢轨表面粗糙度也没有明确的标准。针对上述情况采用钢轨焊缝全断面打磨方法既能满足标准焊接接头平直度和表面质量要求，又能提高打磨面粗糙度等级，实现钢轨全断面一次性机械化打磨。
[
【发明内容】
]
[0007]本实用新型的目的在于:解决上述现有技术的不足，提供一种仿形全断面打磨机，通过五套磨头机构协同动作，对包络钢轨全断面的焊缝打磨区域进行打磨，解决了新建线长距离移动焊轨作业人工打磨质量不稳定，工作效率低，劳动强度大，耗费人工多，粉尘环境危害严重等问题，从而对轨道实现更加全面、稳定、高质量、高精度、高自动化程度的焊缝打磨。
[0008]为实现上述目的，设计一种钢轨焊缝五磨头仿形全断面打磨机，包括轨头打磨机构、轨腰打磨机构、轨底打磨机构，其特征在于，两套轨头打磨机构、两套轨腰打磨机构、一套轨底打磨机构分别通过其内设的动力滑台固定架集成固定于基础下滑台装置上，使轨头打磨机构的磨头组件与轨头待打磨部分相抵，轨腰打磨机构的磨头组件与轨腰待打磨部分相抵，轨底打磨机构的磨头组件与轨底待打磨部分相抵，基础下滑台装置由基础下滑台进给机构控制连接，并安装于基础板总成上，实现一次性机械化全断面打磨。
[0009]两套轨头打磨机构用于轨头顶面及侧面的仿形全包络打磨，每套轨头打磨机构由磨头组件、磨头驱动组件、动力滑台组件、动力滑台驱动组件、动力滑台固定架组成，磨头组件与磨头驱动组件安装于动力滑台组件的动力滑台上，动力滑台组件通过动力滑台固定架安装于基础下滑台装置上，动力滑台组件的电机驱动动力滑台带动磨头组件进给至打磨位置，磨头驱动组件的电机通过皮带轮驱动磨头旋转对轨头顶面和侧面进行打磨。
[0010]两套轨腰打磨机构用于轨头底面、轨腰侧面及轨底三角区的仿形打磨，每套轨腰打磨机构由磨头组件、磨头驱动组件、动力滑台组件、动力滑台驱动组件、动力滑台固定架，磨头组件与磨头驱动组件安装于动力滑台组件的动力滑台上，动力滑台组件通过动力滑台固定架安装于基础下滑台装置上;动力滑台组件的电机驱动动力滑台带动磨头组件进给至打磨位置，磨头驱动组件的电机通过皮带轮驱动磨头旋转对轨头底面、轨腰侧面及轨底三角区进行打磨。
[0011 ]所述轨底打磨机构用于轨底面打磨，轨底打磨机构由磨头组件、磨头驱动组件、动力滑台组件、动力滑台驱动组件、动力滑台固定架，磨头组件与磨头驱动组件安装于动力滑台组件的动力滑台上，动力滑台组件通过动力滑台固定架安装于基础下滑台装置上;动力滑台组件的气缸驱动动力滑台带动磨头组件进给至打磨位置，磨头驱动组件的电机通过皮带轮驱动磨头旋转对轨底进行打磨。
[0012]所述基础下滑台进给机构用于驱动基础下滑台装置沿钢轨长度方向运动并带动安装在基础下滑台装置上的轨头打磨机构，轨腰打磨机构，轨底打磨机构同时对钢轨进行全断面蠕动磨削打磨作业;所述基础下滑台进给机构由驱动电机、电机座、丝杆固定座、丝杆、移动丝母座组成；电机及电机座、丝杆固定座安装于基础板总成上，移动丝母座安装于基础下滑台装置上；电机驱动丝杆旋转，移动丝母座带动基础下滑台装置相对基础板总成进行运动。从而实现基础下滑台装置沿钢轨长度方向运动并带动安装在基础下滑台装置上的轨头打磨机构，轨腰打磨机构，轨底打磨机构同时对钢轨进行全断面蠕动磨削打磨作业。
[0013]所述基础下滑台装置固定有轨头打磨机构，轨腰打磨机构，轨底打磨机构及基础下滑台进给机构的移动丝母座;基础下滑台装置由滑动板、滑座组成，基础下滑台装置通过滑座安装于基础板总成的线轨上，可与基础板总成发生相对运动。
[0014]所述基础板总成由基础板、支承辊组件、水平定位装置、垂直定位块、线轨、垂直顶升装置组成;基础板总成在钢轨打磨区进行打磨作业时通过水平定位装置及垂直定位块与钢轨固定确保打磨的精准性;完成打磨作业后，解除水平定位装置及垂直定位块固定，通过垂直顶升装置顶升支承辊组件支承在钢轨上滚动进行作业面转移;通过线轨安装基础下滑台装置。所述基础板总成用于安装基础下滑台进给机构的电机座及丝杆固定座，安装基础下滑台装置，实现工作状态与钢轨定位，转移状态可通过垂直顶升装置顶升支承辊支承沿钢轨走行，是整个打磨机的承载装置。
[0015]本实用新型能够实现新建线轨排法施工移动便携对钢轨轨顶、轨侧、轨腰、三角区和轨底的一次性、机械化、全断面打磨，提高打磨质量级别:全断面平直度的允许偏差可控制在0.3毫米级别，表面不平度也可控制在0.1毫米级别，实现钢轨打磨量级突破。实现焊缝打磨验收合格率提高至90%及以上，报废率控制在0.2%范围内，节约施工成本20%_50%，提高打磨施工效率，同时为长轨焊接基地固定焊接打磨施工提供一种提高打磨质量及高效率的新思路，使用柔性蠕动磨削打磨即恒功率进给打磨，驱动进给机构根据磨头打磨区阻力矩的大小自动调节进给速度，无需打磨处可直接越过，磨削量大的区间则减缓进给量，减少了驱动设备故障率，延长了设备的使用寿命，增加了经济使用性，使用寿命长，自动化程度高，可操作性强，需要人工少，环境污染轻，工人受到人身伤害的可能性微小。
[【附图说明】]
[0016]图1是本实用新型不意总图；
[0017]图中:1、轨头打磨机构，2、轨腰打磨机构，3、轨底打磨机构，4、基础下滑台进给机构，5、基础下滑台装置，6、基础板总成；
[0018]图2是本实用新型轨头打磨机构示意图；
[0019]图中:1-1、磨头组件，1-2、磨头驱动组件，1-3、动力滑台组件，1-4、动力滑台驱动组件，1-5、动力滑台固定架；
[0020]图3是本实用新型轨腰打磨机构示意图；
[0021]图中:2-1、磨头组件，2-2、磨头驱动组件，2-3、动力滑台组件，2-4、动力滑台驱动组件，2-5、动力滑台固定架；
[0022]图4是本实用新型轨底打磨机构示意图；
[0023]图中:3-1、磨头组件，3-2、磨头驱动组件，3-3、动力滑台组件，3-4、动力滑台驱动组件，3-5、动力滑台固定架；
[0024]图5是本实用新型基础下滑台进给机构示意图；
[0025]图中:4-1、驱动电机，4-2、电机座，4-3、丝杆固定座，4-4、丝杆，4-5、移动丝母座；
[0026]图6是本实用新型基础下滑台装置示意图；
[0027]图中:5-1、滑动板，5-2、滑座；
[0028]图7是本实用新型基础板总成不意图；
[0029]图中:6-1、基础板，6-2、支承辊组件，6-3、水平定位装置，6-4、垂直定位块，6_5、线轨，6-6、垂直顶升装置。
[0030]图8是本实用新型五磨头全断面仿形原理示意图；
[0031]图中:7-1、钢轨，7-2、轨头左仿形磨头，7-3、轨头右仿形磨头，7-4、轨腰左侧面仿形磨头，7-5、轨腰右侧面仿形磨头;7-6、轨底面仿形磨头；
[0032]图9是本实用新型婦动磨削原理不意图；
[0033]图中:8_1、钢轨，8-2、焊缝，8-3、仿形磨头。
[【具体实施方式】]
[0034]为使本实用新型的目的、原理及构造更清楚明了，以下结合附图及具体实施例作进一步阐述。
[0035]—种钢轨焊缝五磨头仿形全断面打磨机，其结构参考图1所示包括:
[0036]打磨钢轨焊缝五磨头仿形全断面打磨机行至预设位置的钢轨接头焊缝打磨区通过检测控制给定数据后定位，安装于基础下滑台装置5(安装于基础板总成6的线轨6-5上)上的两套轨头打磨机构I，两套轨腰打磨机构2，一套轨底打磨机构3，在基础下滑台进给机构驱动下同时自带动力旋转对钢轨焊缝超出钢轨原截面部分进行蠕动磨削加工，实现一次性机械化全断面打磨，使钢轨焊接处恢复至与钢轨原截面相同形状，并保持其接头处圆滑过渡及表面质量。
[0037]参考图7所示，其中，所述基础板总成6包括基础板6-1，基础板6-1上安装支承辊组件6-2，水平定位装置6-3，垂直定位块6-4，线轨6-5，垂直顶升装置6_6，基础下滑台进给机构4的电机座4-2，丝杆固定座4-3。
[0038]所述基础板总成6在钢轨打磨区进行打磨作业时通过水平定位装置6-3及垂直定位块6-4与钢轨固定确保打磨的精准性;完成打磨作业后，解除水平定位装置6-3及垂直定位块6-4固定，通过垂直顶升装置6-6顶升后，由支承辊组件6-2支承在钢轨上滚动进行作业面转移;通过线轨6-5安装基础下滑台装置5，通过基础下滑台进给机构4的电机座4-2，丝杆固定座4-3固定使基础下滑台装置5与基础板总成6进行相对运动。
[0039]参考图6所示，其中，所述基础下滑台装置5包括滑动板5-1，滑动板5-1上安装滑座5-2，所述基础下滑台装置5通过滑座5-2安装于基础板总成6的线轨6-5上，在基础下滑台进给机构4驱动下可与基础板总成6发生相对运动，实现沿钢轨长度方向的进给打磨，所述基础下滑台装置5上安装基础下滑台进给机构4的移动丝母座4-5，两套轨头打磨机构I的动力滑台固定架1-5，两套轨腰打磨机构2的动力滑台固定架2-5，一套轨底打磨机构3的动力滑台固定架3-5，形成整套移动打磨平台装置。
[0040]参考图2所示，其中，所述轨头打磨机构I包括动力滑台固定架1-5，动力滑台固定架1-5上安装动力滑台驱动组件1-3，滑台驱动组件1-3的移动滑台上安装磨头组件1-1，驱动组件1-2。两套轨头打磨机构I分别通过动力滑台固定架1-5按钢轨长度方向中心线对称并交错布置安装在基础下滑台装置5上。
[0041]其中，轨头打磨机构I的滑台驱动组件1-3由电机驱动丝杆带动移动滑台相对固定滑台运动，带动安装于移动滑台上的磨头组件1-1，驱动组件1-2进给到位，同时磨头驱动组件1-2的电机通过皮带传动机构驱动磨头组件1-1的仿形磨头旋转对轨头顶面及侧面进行打磨。
[0042]所述的轨头打磨机构I的磨头组件1-1的轨头磨头为半个轨头顶面及单侧面仿形的回转体形状。
[0043]参考图3所示，其中，所述轨腰打磨机构2包括动力滑台固定架2-5，动力滑台固定架2-5上安装动力滑台驱动组件2-3，滑台驱动组件2-3的移动滑台上安装磨头组件2-1，驱动组件2-2。两套轨腰打磨机构2通过动力滑台固定架2-5按钢轨长度方向垂直中性面对称并交错布置安装在基础下滑台装置5上。
[0044]其中，轨腰打磨机构2的滑台驱动组件2-3由电机驱动丝杆带动移动滑台相对固定滑台运动，带动安装于移动滑台上的磨头组件2-1，驱动组件2-2进给到位，同时磨头驱动组件2-2的电机通过皮带传动机构驱动磨头组件2-1的仿形磨头旋转对轨腰顶面及三角区进行打磨。
[0045]所述的轨腰打磨机构2的磨头组件2-1的轨腰磨头为轨腰单侧面及三角区仿形的回转体形状。
[0046]参考图4所示，其中，所述轨底打磨机构3包括动力滑台固定架3-5，动力滑台固定架3-5上安装动力滑台驱动组件3-3，滑台驱动组件3-3的移动滑台上安装磨头组件3-1，驱动组件3-2。一套轨底打磨机构3通过动力滑台固定架3-5安装在基础下滑台装置5上。
[0047]其中，轨底打磨机构2的滑台驱动组件3-3由气缸驱动顶杆带动移动滑台相对固定滑台运动，带动安装于移动滑台上的磨头组件3-1，驱动组件3-2进给到位，同时磨头驱动组件3-2的电机通过皮带传动机构驱动磨头组件3-1的磨头旋转对轨底面进行打磨。
[0048]所述的轨底打磨机构3的磨头组件3-1的轨底磨头为碗型的回转体形状。
[0049]在上述基础上还可设计防护罩，设计成符合于基础板总成6及打磨机构、基础下滑台进给机构4形状要求的抗腐蚀薄板结构，用于防止打磨作业粉尘飞溅、弥漫造成的环境污染和伤害等。
[0050]如图8所示，五磨头全断面仿形原理说明
[0051]针对钢轨7-1截面形状划分成轨头左侧型面、轨头右侧型面、轨腰左侧型面、轨腰右侧型面、轨底型面五个单元，根据各钢轨打磨型面设计轨头左仿形磨头7-2，轨头右仿形磨头7-3，轨腰左侧面仿形磨头7-4，轨腰右侧面仿形磨头7-5，轨底面仿形磨头7-6五套打磨机构。其中，轨头左仿形磨头7-2，轨头右仿形磨头7-3设计重叠打磨区，并沿钢轨长度方向前后交错布置;轨腰左侧面仿形磨头7-4，轨腰右侧面仿形磨头7-5为避免打磨状态产生共振也设计成沿钢轨长度方向前后交错布置;轨底面仿形磨头7-6为碗型结构并具有三维调整量。
[0052]图中双箭头为各打磨机构纵向进给方向，可实现打磨机构相对钢轨打磨作业的工作和非工作状态的调整。通过五套仿形打磨机构包络钢轨断面，实现钢轨7-1的全断面打磨。
[0053]如图9所示，婦动磨削原理说明
[0054]仿形磨头8-3为具有仿形面的回转机构，首先由径向进给机构运动至打磨作业面，然后由旋转驱动装置驱动高速旋转，再由纵向进给机构沿钢轨8-1长度方向按柔性适宜速度运动，实现边进给边旋转打磨的蠕动磨削功能。图中旋转箭头表示仿形磨头的旋转方向，平箭头表示仿形磨头的纵向进给方向。焊缝与8-2仿形磨头结合处为打磨的进行状态。
[0055]蠕动磨削是柔性打磨作业，即仿形磨头8-3高速旋转，进给量小，磨削力小，设置有根据阻力矩大小自动调整进给量的连控装置。仿形磨头8-3进给量与阻力矩成反比关系，阻力矩越大则进给量越小，反之亦然。蠕动磨削实现的是恒功率作业模式，保证了仿形磨头8-3的低损耗性，经济实用性，延长了仿形磨头8-3的使用寿命。
【主权项】
1.一种钢轨焊缝五磨头仿形全断面打磨机，包括轨头打磨机构、轨腰打磨机构、轨底打磨机构，其特征在于，两套轨头打磨机构、两套轨腰打磨机构、一套轨底打磨机构分别通过其内设的动力滑台固定架集成固定于基础下滑台装置上，使轨头打磨机构的磨头组件与轨头待打磨部分相抵，轨腰打磨机构的磨头组件与轨腰待打磨部分相抵，轨底打磨机构的磨头组件与轨底待打磨部分相抵，基础下滑台装置由基础下滑台进给机构控制连接，并安装于基础板总成上，实现一次性机械化全断面打磨。2.如权利要求1所述的一种钢轨焊缝五磨头仿形全断面打磨机，其特征在于，两套轨头打磨机构用于轨头顶面及侧面的仿形打磨，每套轨头打磨机构由磨头组件、磨头驱动组件、动力滑台组件、动力滑台驱动组件、动力滑台固定架组成，磨头组件与磨头驱动组件安装于动力滑台组件的动力滑台上，动力滑台组件通过动力滑台固定架安装于基础下滑台装置上，动力滑台组件的电机驱动动力滑台带动磨头组件进给至打磨位置，磨头驱动组件的电机通过皮带轮驱动磨头旋转对轨头顶面和侧面进行打磨。3.如权利要求1所述的一种钢轨焊缝五磨头仿形全断面打磨机，其特征在于，两套轨腰打磨机构用于轨头底面、轨腰侧面及轨底三角区的仿形打磨，每套轨腰打磨机构由磨头组件、磨头驱动组件、动力滑台组件、动力滑台驱动组件、动力滑台固定架，磨头组件与磨头驱动组件安装于动力滑台组件的动力滑台上，动力滑台组件通过动力滑台固定架安装于基础下滑台装置上；动力滑台组件的电机驱动动力滑台带动磨头组件进给至打磨位置，磨头驱动组件的电机通过皮带轮驱动磨头旋转对轨头底面、轨腰侧面及轨底三角区进行打磨。4.如权利要求1所述的一种钢轨焊缝五磨头仿形全断面打磨机，其特征在于，所述轨底打磨机构用于轨底面打磨，轨底打磨机构由磨头组件、磨头驱动组件、动力滑台组件、动力滑台驱动组件、动力滑台固定架，磨头组件与磨头驱动组件安装于动力滑台组件的动力滑台上，动力滑台组件通过动力滑台固定架安装于基础下滑台装置上；动力滑台组件的气缸驱动动力滑台带动磨头组件进给至打磨位置，磨头驱动组件的电机通过皮带轮驱动磨头旋转对轨底进行打磨。5.如权利要求1所述的一种钢轨焊缝五磨头仿形全断面打磨机，其特征在于，所述基础下滑台进给机构由驱动电机、电机座、丝杆固定座、丝杆、移动丝母座组成；电机及电机座、丝杆固定座安装于基础板总成上，移动丝母座安装于基础下滑台装置上；电机驱动丝杆旋转，移动丝母座带动基础下滑台装置相对基础板总成进行运动。6.如权利要求1所述的一种钢轨焊缝五磨头仿形全断面打磨机，其特征在于，所述基础下滑台装置固定有轨头打磨机构，轨腰打磨机构，轨底打磨机构及基础下滑台进给机构的移动丝母座;基础下滑台装置由滑动板、滑座组成，基础下滑台装置通过滑座安装于基础板总成的线轨上，可与基础板总成发生相对运动。7.如权利要求1所述的一种钢轨焊缝五磨头仿形全断面打磨机，其特征在于，所述基础板总成由基础板、支承辊组件、水平定位装置、垂直定位块、线轨、垂直顶升装置组成;基础板总成在钢轨打磨区进行打磨作业时通过水平定位装置及垂直定位块与钢轨固定确保打磨的精准性;完成打磨作业后，解除水平定位装置及垂直定位块固定，通过垂直顶升装置顶升支承辊组件支承在钢轨上滚动进行作业面转移;通过线轨安装基础下滑台装置。
【文档编号】E01B31/17GK205617170SQ201520647312
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年8月25日
【发明人】陈付平, 刘习生, 郑康海, 赵文君, 闫志祥, 张瑞星
【申请人】中铁上海工程局集团有限公司, 中铁上海工程局集团华海工程有限公司, 柯瓦力起重科技（上海）有限公司