一种高压磨料水射流钢轨打磨水品质检测循环系统及方法

1.本发明属于钢轨打磨技术领域，更具体地，涉及一种高压磨料水射流钢轨打磨水品质检测循环系统及方法。


背景技术：

2.火车轨道是轨道交通的主要部件，在运行过程中，由于各种因素，钢轨经常会发生伤损情况，如裂纹、磨耗等现象，因此要及时对钢轨伤损进行消除和修复，以消除安全隐患，常见的修复措施包括钢轨打磨。
3.磨料水射流为高压水射流的一种。它是以水为介质，利用高压发生装置获得巨大能量，磨料微粒被高压水射流加速，通过供料与混合装置加入到高压水束中，形成混合射流，依靠磨料和高压水束的高速冲击磨削的工艺。磨料射流可分为前混式磨料射流和后混式磨料射流，但由于安全性问题，前混式磨料射流目前应用较少，常见的磨料射流为后混式磨料射流。而后混式磨料射流由于混合方式的原因，使得磨料粒子的加速过程较为短暂，从而导致后混式磨料射流系统压力较高，工作效果不尽如人意。为了提高后混式磨料射流的切削能力，在混合腔中添加大分子亲水性有机添加剂，从而提高水的粘度以产生较好的加速效果。这种方式在钢轨打磨领域有比较好的应用前景。然而由于钢轨打磨的特殊性，使得打磨中产生的废液必须得到循环利用，这也使得回收的水中存在添加剂，如果不对水中添加剂含量进行检测并调节加入的添加剂浓度，会导致水的粘度过高，使得射流系统压力过大甚至产生憋压现象，危害射流系统安全。
4.因此，本领域亟需提出一套高压水射流钢轨打磨水品质检测循环系统，实现在水循环利用的同时，保持水中的添加剂浓度不变，使钢轨打磨车能够更加持久，更加高效，更加安全地完成钢轨打磨任务。


技术实现要素：

5.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高压磨料水射流钢轨打磨水品质检测循环系统，其中结合高压磨料水射流钢轨打磨自身的特征及其水品质检测工艺特点，相应设计了高压磨料水射流钢轨打磨水品质检测循环系统，并对其关键组件如混合射流模块、磨料分离模块、磨料输送模块、水粘度调节模块以及控制模块的结构及其具体设置方式进行研究和设计，相应的实现在水和磨料循环利用的同时，保持水中的添加剂浓度不变，使钢轨打磨车能够更加持久，更加高效，更加安全地完成钢轨打磨任务，有效解决现有技术中磨料射程近、射流系统产生憋压的问题。
6.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，本发明提出了一种高压磨料水射流钢轨打磨水品质检测循环系统，包括混合射流模块、磨料分离模块、磨料输送模块、水粘度调节模块以及控制模块，其中，
7.所述混合射流模块用于将指定参数的磨料以及含指定浓度添加剂的液体进行混合后，将混合物按指定射流速度对钢轨进行打磨；
8.所述磨料分离模块与所述混合射流模块相应设置，用于收集打磨后的废液，并将废液进行固液分离，分离出的符合要求的磨料输送至所述磨料输送模块，分离出的液体输入至水粘度调节模块；
9.所述磨料输送模块通过第一连接件与所述磨料分离模块和所述混合射流模块连接，用于向所述混合射流模块输送指定参数的磨料；
10.所述水粘度调节模块通过第二连接件与所述磨料分离模块和所述混合射流模块连接，用于调节所述磨料分离模块输出的液体中添加剂的浓度，并向所述混合射流模块输送指定浓度添加剂的液体；
11.所述控制模块分别与所述混合射流模块、磨料输送模块以及水粘度调节模块通信连接，用于协同控制所述混合射流模块、磨料输送模块以及水粘度调节模块。
12.作为进一步优选的，所述水粘度调节模块包括水箱、添加剂输送装置以及射流泵，所述水箱内设有添加剂第一浓度测量装置，该第一浓度测量装置与所述控制模块通信连接，用于测量所述水箱中添加剂的浓度值，并将该浓度值传递给所述控制模块，所述射流泵设于连接所述水箱与所述混合射流模块之间的管路上，用于将所述水箱中的液体输送至所述混合射流模块，所述添加剂输送装置与所述混合射流模块连接，该添加剂输送装置与所述混合射流模块之间还设有添加剂流量计，该添加剂流量计与所述控制模块通信连接，用于在所述控制模块的作用下，根据所述水箱中添加剂的浓度以及所述水箱输入至所述混合射流模块的液体的流速向所述混合射流模块中添加一定量的添加剂，以使得所述混合射流模块中添加剂的浓度为指定值。
13.作为进一步优选的，所述射流泵与所述混合射流模块之间还设有水节流阀，该水节流阀与所述控制模块通信连接；
14.所述水箱与所述磨料分离模块还通过水箱清洁阀连接；
15.所述混合射流模块中设有第二浓度测量装置，该第二浓度测量装置与控制模块通信连接，所述控制模块为pid控制器。
16.作为进一步优选的，所述磨料分离模块包括废液收集装置、废液分离装置、磨料分离装置以及多项过滤装置，所述废液收集装置设于钢轨下，所述废液分离装置通过连接管与所述废液收集装置连接，该废液分离装置用于将磨料和液体进行分离，其中，分离的磨料通过连接管路输送至所述磨料分离装置中，分离的液体通过另一连接管路输送至所述多项过滤装置中。
17.作为进一步优选的，所述废液分离装置包括废液回收箱、滤网以及振动电机，所述滤网设于所述废液回收箱内，用于将打磨后的磨料液中的磨料和液体分离，所述振动电机固定设于所述废液回收箱上，用于为滤网提供振动，使得留置在所述滤网上的磨料沿滤网上设置的路径进入所述磨料分离装置，通过所述滤网的液体则通过管道输送至所述废液收集装置。
18.作为进一步优选的，所述磨料分离装置包括依次连接的磨料干燥单元以及磨料筛选单元，所述磨料筛选单元用于回收重力和表面粗糙度均满足要求的磨料。
19.作为进一步优选的，所述磨料输送模块包括依次连接的磨料罐、磨料输送装置以及磨料调节阀；
20.所述磨料罐上设有容量传感器，该容量传感器与所述控制模块通信连接，用于检
测所述磨料罐内磨料的容量，并将该容量值传递给控制模块；
21.优选的，所述磨料罐上设有磨料容量显示器，该磨料容量显示器与所述控制模块通信连接，用于显示所述容量传感器测量的容量值。
22.作为进一步优选的，所述混合射流模块包括混合腔以及喷嘴，所述混合腔内设有搅拌单元，所述喷嘴设于所述混合腔上。
23.按照本发明的另一个方面，还提供了一种高压磨料水射流钢轨打磨水品质检测循环方法，上述的系统实现，包括以下步骤：
24.s1混合射流模块将指定参数的磨料以及含指定浓度添加剂的液体进行混合后，将混合物按指定射流速度对钢轨进行打磨；
25.s2磨料分离模块收集打磨后的废液，并将废液进行固液分离，分离出的符合要求的磨料输送至磨料输送模块，分离出的液体输入至水粘度调节模块；
26.s3磨料输送模块将所述磨料分离模块分离得到的指定参数的磨料输送至混合射流模块，同时，水粘度调节模块调节所述磨料分离模块输出的液体中添加剂的浓度，并向所述混合射流模块输送指定浓度添加剂的液体。
27.作为进一步优选的，控制模块分别与所述混合射流模块、磨料输送模块以及水粘度调节模块通信连接，用于协同控制所述混合射流模块、磨料输送模块以及水粘度调节模块；
28.所述控制模块为pid控制器，
29.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
30.1.本发明通过在混合腔中添加磨料和添加剂，可以有效提高水的粘度，从而有效提高磨料加速效率，从而提高磨料射流打磨，同时本发明系统通过添加回收循环系统，并通过流量计检测粘度与流量，从而实现将水的粘度稳定在合适的范围内，在实现高效打磨的同时保护射流系统安全。
31.2.本发明中对水中添加剂含量进行检测并调节加入的添加剂浓度，使得用于打磨的磨料液中添加剂浓度满足要求，保持水中的添加剂浓度不变，使钢轨打磨车能够更加持久，更加高效，更加安全地完成钢轨打磨任务。即本发明在提高磨料和添加剂的利用率的同时，保证了喷嘴出射的磨料液的质量，不会因为添加剂浓度过低导致磨料液射程远、添加剂浓度过高导致水的粘度过高，使得射流系统压力过大甚至产生憋压现象，危害射流系统安全。
32.3.本发明主控计算机集成pid控制器，以磨料和液体的体积比以及液体中添加剂的浓度为目标，对添加剂的添加量、磨料调节阀的开度、水节流阀的开度以及射流泵的转速进行调节，使得混合射流模块中磨料和液体的体积比以及液体中添加剂的浓度未设定值。同时，混合射流模块中也设有浓度测量计，该浓度测量计用于测量混合射流模块中液体的添加剂的浓度。即本发明中根据混合射流模块中添加剂的实际浓度与目标浓度的误差对添加剂的添加量进行调整。
33.4.本发明通过确定待回收的磨料的特性，如其粒径大小范围，其表面粗糙度的范围，并据此设定风机的风力等级，同时，设定磨料分离机的磨料进料口、风机以及喇叭分离口之间的位置距离，以使得所述喇叭分离口与磨料分离机的磨料进料口的水平距离、所述
喇叭分离口与风机竖直距离满足相应关系，同时，设定喇叭分离口内侧壁的粗糙度，使得表面粗糙度满足要求的磨料在喇叭分离口内侧壁的行程较短，以快速离开喇叭分离口内侧壁，掉落至回收直管上，不满足要求的磨料在喇叭分离口内侧壁的行程较长，以从滑动分离口分离出去。实现了磨料粒径、磨料重量以及磨料表面粗糙度三指标的有效筛选，使得筛选获取的磨料满足要求。能够使钢轨打磨车更加持久，更加高效地对钢轨进行打磨操作处理。
附图说明
34.图1是本发明优选实施例涉及的一种高压磨料水射流钢轨打磨水品质检测循环系统的结构图；
35.图2是本发明优选实施例涉及的一种高压磨料水射流钢轨打磨水品质检测循环系统的工作流程图。
36.在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-喷嘴、2-进水口、3-添加剂进口、4-磨料进口、5-添加剂节流阀、6-水节流阀、7-添加剂流量计、8-添加剂输送装置、9-主控计算机、10-水粘度流量计、11-传感器、12-回收水节流阀、13-回收水粘度流量计、14-多级过滤装置、15-磨料分离装置、16-磨料罐、17-磨料输送装置、18-钢轨、19-磨料节流阀、20-废液分离装置、21-射流泵、22-混合腔、23-废液收集装置、24-水箱、25-水箱清洁阀、26-容量传感器、27-磨料容量显示器。
具体实施方式
37.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
38.如图1所示，本发明实施例提供的一种高压磨料水射流钢轨打磨水品质检测循环系统，包括混合射流模块、磨料分离模块、磨料输送模块、水粘度调节模块以及控制模块，其中，所述混合射流模块用于将指定参数的磨料以及含指定浓度添加剂的液体进行混合后，将混合物按指定射流速度对钢轨进行打磨；所述磨料分离模块与所述混合射流模块相应设置，用于收集打磨后的废液，并将废液进行固液分离，分离出的符合要求的磨料输送至所述磨料输送模块，分离出的液体输入至水粘度调节模块；所述磨料输送模块通过第一连接件与所述磨料分离模块和所述混合射流模块连接，用于向所述混合射流模块输送指定参数的磨料；所述水粘度调节模块通过第二连接件与所述磨料分离模块和所述混合射流模块连接，用于调节所述磨料分离模块输出的液体中添加剂的浓度，并向所述混合射流模块输送指定浓度添加剂的液体；所述控制模块分别与所述混合射流模块、磨料输送模块以及水粘度调节模块通信连接，用于协同控制所述混合射流模块、磨料输送模块以及水粘度调节模块。本发明中，回收系统包括两条回路，一条回路用于对打磨后磨料液中的磨料进行回收筛选和利用，另外一条会用用于对打磨后磨料液中的液体进行过滤、调节添加剂浓度和利用。本发明中对水中添加剂含量进行检测并调节加入的添加剂浓度，使得用于打磨的磨料液中添加剂浓度满足要求，保持水中的添加剂浓度不变，使钢轨打磨车能够更加持久，更加高效，更加安全地完成钢轨打磨任务。即本发明在提高磨料和添加剂的利用率的同时，保证了
喷嘴出射的磨料液的质量，不会因为添加剂浓度过低导致磨料液射程远、添加剂浓度过高导致水的粘度过高，使得射流系统压力过大甚至产生憋压现象，危害射流系统安全。
39.具体的，在本发明的一个优选实施例中，所述水粘度调节模块包括水箱24、添加剂输送装置8以及射流泵21，所述水箱24内设有添加剂第一浓度测量装置，该第一浓度测量装置与所述控制模块通信连接，用于测量所述水箱24中添加剂的浓度值，并将该浓度值传递给所述控制模块，所述射流泵21设于连接所述水箱24与所述混合射流模块之间的管路上，用于将所述水箱24中的液体输送至所述混合射流模块，所述添加剂输送装置8与所述混合射流模块连接，该添加剂输送装置8与所述混合射流模块之间还设有添加剂流量计7，该添加剂流量计7与所述控制模块通信连接，用于在所述控制模块的作用下，根据所述水箱24中添加剂的浓度以及所述水箱24输入至所述混合射流模块的液体的流速向所述混合射流模块中添加一定量的添加剂，以使得所述混合射流模块中添加剂的浓度为指定值。所述射流泵21与所述混合射流模块之间还设有水节流阀6，该水节流阀6与所述控制模块通信连接；所述混合射流模块中设有第二浓度测量装置，该第二浓度测量装置与控制模块通信连接，所述控制模块为pid控制器。
40.更具体的，在上述实施例中，pid控制器中，以磨料和液体的体积比以及液体中添加剂的浓度为目标，对添加剂的添加量、磨料调节阀的开度、水节流阀的开度以及射流泵的转速进行调节，使得混合射流模块中磨料和液体的体积比以及液体中添加剂的浓度未设定值。优选的，在本发明中，混合射流模块中也设有浓度测量计，该浓度测量计用于测量混合射流模块中液体的添加剂的浓度。即本发明中根据混合射流模块中添加剂的实际浓度与目标浓度的误差对添加剂的添加量进行调整。
41.在上述实施例中，所述水箱24内设有水质检测器，该水质监测器与控制模块通信连接，用于检测水箱中的水质情况，当检测到水箱中的水质不满足要求时，将自动关闭连接混合射流模块和水箱的射流泵，同时打开水箱内设置的水箱清洁阀25，将水箱中的水，直接与废液分离装置连通，此时水箱中的水再次注入到废液分离装置内，通过磨料分离以及多级过滤处理达到水质标准后，再次输送至水箱中。当水箱传感器再次监测到水箱中的水质和体积满足要求时，系统方可启动作业。
42.在本发明的一个优选实施例中，所述磨料分离模块包括废液收集装置23、废液分离装置20、磨料分离装置15以及多项过滤装置14，所述废液收集装置23设于钢轨下，所述废液分离装置20通过连接管与所述废液收集装置23连接，该废液分离装置20用于将磨料和液体进行分离，其中，分离的磨料通过连接管路输送至所述磨料分离装置15中，分离的液体通过另一连接管路输送至所述多项过滤装置14中。所述废液分离装置20包括废液回收箱、滤网以及振动电机，所述滤网设于所述废液回收箱内，用于将打磨后的磨料液中的磨料和液体分离，所述振动电机固定设于所述废液回收箱上，用于为滤网提供振动，使得留置在所述滤网上的磨料沿滤网上设置的路径进入所述磨料分离装置15，通过所述滤网的液体则通过管道输送至所述废液收集装置23。所述磨料分离装置15包括依次连接的磨料干燥单元以及磨料筛选单元，所述磨料筛选单元用于回收重力和表面粗糙度均满足要求的磨料。所述磨料输送模块包括依次连接的磨料罐16、磨料输送装置17以及磨料调节阀19。所述混合射流模块包括混合腔22以及喷嘴1，所述混合腔22内设有搅拌单元，所述喷嘴1设于所述混合腔22上。
43.在本发明的一个实施例中，磨料分离装置中设置有磨料颗粒度自检装置，磨料颗粒度自检装置对回收的磨料进行颗粒度的自检，通过检测筛选出符合质量要求可循环利用的磨料，一般的，需要磨料的表面粗糙度和重量进行质检；将不符合质量要求的废弃磨料输送至废料罐，进行废料回收处理。
44.在本发明的一个实施例中，磨料分离装置15包括依次连接的磨料干燥单元以及磨料筛选单元，所述磨料筛选单元用于回收重力和表面粗糙度均满足要求的磨料。在本发明的优选实施例中，磨料干燥单元可以为重力分离器或者干燥器，与废液分离装置20的磨料出口连接，用于将磨料进行干燥。磨料筛选单元包括磨料分离机、风机以及回收磨料管道，磨料分离机与磨料干燥单元连接，用于匀速输入干燥后的磨料，风机17和回收磨料管道分别设于磨料分离机对应的两侧，所述风机的进风口与所述磨料分离机连通，所述与所述磨料分离机连通，所述风机用于根据待回收磨料的重力和迎风面积提供相应等级的风力，使得重力和表面粗糙度均满足要求的磨料在风力作用下进入回收磨料管道，回收磨料管道连接磨料输送装置和磨料罐16。以此方式，本发明根据磨料的重力、粒径、表面粗糙度等要求对磨料进行精准筛选，以选择出满足要求的磨料，并将该磨料进行循环利用，同时将不符合质量要求的废弃磨料输送至废料罐，进行废料回收处理。
45.所述回收磨料管道包括喇叭分离口以及回收直管，所述喇叭分离口与磨料分离机的磨料进料口的水平距离、所述喇叭分离口与风机竖直距离满足以下关系：
[0046][0047]
其中，s为喇叭分离口与所述磨料分离机的磨料进料口的水平距离，h为喇叭分离口与所述风机的竖直距离，f
风
为所述风机输出的风力，f
阻
为磨料的空气阻力。
[0048]
在本发明的另一个优选实施例中，喇叭分离口的内侧壁为粗糙面，且该喇叭分离口与回收直管的连接处设有滑动分离口，其中，磨料表面粗糙度不满足要求的从滑动分离口滑出，满足要求的则掉入回收直管内。
[0049]
在上述实施例中，所述磨料罐16上设有容量传感器26，该容量传感器26与所述控制模块通信连接，用于检测所述磨料罐16内磨料的容量，并将该容量值传递给控制模块。更具体的，本发明中，磨料罐具备容量自检功能，通过安装在罐体顶部的容量传感器对管内磨料进行检测，当罐内磨料容积低于设定值时，进入磨料自动补充状态；通过备用磨料罐中自动补充磨料；当备用磨料罐中缺少足够补充的磨料时，系统进行自动报警。磨料罐设置有自动显示功能，即在磨料罐上设置磨料容量显示器27，用于实时显示罐内磨料的容量，便于进行磨料的管理。
[0050]
如图2所示，按照本发明的另一个方面，还提供了一种高压磨料水射流钢轨打磨水品质检测循环方法，包括以下步骤：
[0051]
s1混合射流模块将指定参数的磨料以及含指定浓度添加剂的液体进行混合后，将混合物按指定射流速度对钢轨进行打磨；
[0052]
s2磨料分离模块收集打磨后的废液，并将废液进行固液分离，分离出的符合要求的磨料输送至磨料输送模块，分离出的液体输入至水粘度调节模块；
[0053]
s3磨料输送模块将所述磨料分离模块分离得到的指定参数的磨料输送至混合射
流模块，同时，水粘度调节模块调节所述磨料分离模块输出的液体中添加剂的浓度，并向所述混合射流模块输送指定浓度添加剂的液体。
[0054]
在所有步骤中，控制模块分别与所述混合射流模块、磨料输送模块以及水粘度调节模块通信连接，用于协同控制所述混合射流模块、磨料输送模块以及水粘度调节模块。所述控制模块为pid控制器。
[0055]
本发明实施例一种高压水射流钢轨打磨水品质检测循环系统包括后混式磨料系统，回收系统，计算机控制系统和钢轨18。其中，后混式磨料系统包括喷嘴1、进水口2、添加剂进口3、磨料进口4、添加剂输送装置8、磨料罐16、磨料输送装置17、射流泵21、混合腔22、水箱24。回收系统由废液收集装置23、废液分离装置20、多级过滤装置14、磨料分离装置15构成。计算机控制系统由主控计算机9、添加剂节流阀5、水节流阀6、添加剂流量计7、水粘度流量计10、传感器11、回收水节流阀12、回收水粘度流量计13、磨料节流阀19组成。喷嘴1入口端与混合腔22出口端通过管道连接，混合腔22设有三个入口，分别为进水口2、添加剂进口3、磨料进口4，进水口2上游依次设有水节流阀6、射流泵21、水粘度流量计10、水箱24。在水箱24中设有传感器11用于监测水箱24中水的体积与质量，水粘度流量计10用于测量进入混合腔22的水的粘度，并将数据上传到主控计算机9中进行处理。磨料进口4上游依次设有磨料节流阀19、磨料输送装置17、磨料罐16。添加剂进口3上游依次设有添加剂节流阀5、添加剂流量计7和添加剂输送装置8。
[0056]
在喷嘴1下方为钢轨18，钢轨18下方依次设置有废液收集装置23、废液分离装置20,，废液分离装置20用于分离水与磨料，并将水通过多级过滤装置14经由回收水粘度流量计13，回收水节流阀12送入水箱24中，同时分离出的磨料经由磨料分离装置15送入磨料罐16中。计算机控制系统中，主控计算机与各节流阀、传感器与流量计连接，接收流量计得到的粘度和流量数据，通过粘度换算并进行配比，控制各节流阀流量，从而得到添加剂与水的最佳流量配比。
[0057]
同时，本实施例中，箱24内设有水质检测器，该水质监测器与控制模块通信连接，用于检测水箱中的水质情况，当检测到水箱中的水质不满足要求时，将自动关闭连接混合射流模块和水箱的射流泵，同时打开水箱内设置的水箱清洁阀25，将水箱中的水，直接与废液分离装置连通，此时水箱中的水再次注入到废液分离装置内，通过磨料分离以及多级过滤处理达到水质标准后，再次输送至水箱中。当水箱传感器再次监测到水箱中的水质和体积满足要求时，系统方可启动作业。
[0058]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。