本实用新型涉及一种适用于钢轨在线铣磨作业的定位装置，属于铁路机械设计及制造技术领域。
背景技术：
应用钢轨铣磨车在工作运行中对钢轨进行在线铣磨作业，可消除波磨、裂纹、肥边和剥落等钢轨病害，有效延长钢轨使用寿命。作为钢轨铣磨车的核心部件，铣磨单元在作业过程中需要准确定位在钢轨上，实时精确跟随钢轨滑行，因此钢轨铣磨车的铣磨单元需要配备一种定位装置。
现有的铣磨单元所配备的定位装置，采用磨耗块作为接触部件压在钢轨顶面滑行，选用电涡流式传感器作为横向位移量测量传感器，用弹簧机构驱动检测杆的末端使其紧贴钢轨内侧。在实际作业中，由于钢轨表面存在波磨，铣磨单元通过定位装置压在钢轨顶面滑行中，磨耗块会擦伤钢轨表面，并引起铣磨单元振动而降低伺服进给精度，且磨耗块易损耗，需要定期更换，增加了维护成本；同时，电涡流式传感器的测量范围小、测量精度低，一方面，钢轨存在的轨缝及错牙会使检测杆瞬间移动距离超过电涡流式传感器的测量范围，引起铣磨单元频繁紧急提升，另一方面，因铣磨单元的横向位移量与电涡流式传感器的测量值关联，使铣磨单元横向跟随容易产生误差，直接影响作业后的横向轮廓精度；再者，若铣磨削单元在有钢轨肥边的位置处提升时，检测杆会被肥边刮坏。以上问题都会使铣磨削单元的可靠性及作业精度大大降低。
申请号为201610870842.1的中国发明专利申请公开了一种用于钢轨铣磨装置侧向定位的自适应跟随装置，其包括底座、杠杆定位装置、杠杆复位装置、杠杆调整装置以及感应装置；其中所述杠杆定位装置包括杠杆以及定位合金块，所述杠杆复位装置包括复位弹簧以及复位顶销，所述杠杆调整装置包括气缸，所述感应装置包括直线位移传感器以及传感器固定座。该自适应跟随装置解决了传统侧向定位装置由于钢轨肥边、塌边严重时无法正常定位的问题，同时能够适应不钢轨规格以及不同钢轨连接，在钢轨肥边及塌陷严重线路的工况下也能实现钢轨铣磨作业时铣磨装置的精密侧向定位。该装置实现了铣削和磨削的精密定位和数字化反馈，但是仍然没有解决跟随装置底座擦伤钢轨表面等问题，且该跟随装置不能有效跟随钢轨表面波峰及波谷。
为此，需要设计一种新型的定位装置，一方面，该定位装置能够支撑起铣磨单元在钢轨表面快速滑行，且不能对钢轨顶面造成二次伤害；另一方面，该定位装置在下降、作业跟随及提升过程中，要能够克服钢轨接缝、错牙、肥边等恶劣工况，以满足铣磨单元作业的技术要求。
技术实现要素：
本实用新型中设定：垂直于钢轨延伸(即平行于轨枕)的方向为横向，垂直于钢轨顶面的方向为垂向，平行于钢轨延伸的方向为纵向。
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种适用于钢轨在线铣磨作业的定位装置，用以突破现有铣磨装置定位不精确及擦伤钢轨表面的技术难题，实现钢轨铣磨车的铣磨单元准确定位、实时精确跟随钢轨滑行，并提高铣磨单元的作业精度及可靠性。
本实用新型通过下列技术方案实现：一种适用于钢轨在线铣磨作业的定位装置，包括下支撑座，该下支撑座连接上支撑座，该上支撑座安装有垂向进给底座，该垂向进给底座安装有前支撑座和后支撑座，该后支撑座还连接检测杆，所述前支撑座上布置有气缸、长度计、弹簧机构、信号轴、超程感应开关及作业感应开关，所述检测杆与所述气缸、长度计、弹簧机构及信号轴连接。
优选的是，所述下支撑座包括前端内框和后端内框，该前端内框与后端内框之间的座体平行于钢轨顶面，所述前端内框上部连接所述上支撑座。
优选的是，所述下支撑座的前端内框及后端内框各布置有一组滚轮，每组滚轮数量至少为一个，两组滚轮之间中心距离大于200mm，以确保定位装置压在有波磨的钢轨顶面时，其中一组滚轮能够接触到波峰或波谷，所述下支撑座的中部布置有用于检测铣磨单元下压力的力传感器，所述力传感器的工作面与上支撑座的底面接触。
优选的是，所述检测杆的前端与所述气缸、长度计、弹簧机构及信号轴的动端连接，所述检测杆的末端固定有接触块。
优选的是，所述后支撑座下方内侧安装有压块，该压块内通过销轴连接检测杆，以便将检测杆安装于所述适用于钢轨在线铣磨作业的定位装置上，所述压块内的销轴与所述检测杆的配合为活动铰接，所述检测杆可绕该压块内的销轴做小角度转动。
在上述任一方案中优选的是，所述上支撑座可绕垂向进给底座的中心圆轴做小角度转动，以满足所述适用于钢轨在线铣磨作业的定位装置在上坡或下坡滑行中产生的角度偏转要求。
在上述任一方案中优选的是，所述气缸通过风管连接至气动电磁阀，并通过气动电磁阀得失电控制气缸动作，进一步驱动检测杆移动。
在上述任一方案中优选的是，所述长度计的测量杆随检测杆做横向直线运动，进一步实时测量接触块随钢轨内侧滑行的位移值，并通过数据线传输至数控系统，指示铣磨单元进行横向移动。
在上述任一方案中优选的是，所述弹簧机构采用压缩弹簧，该压缩弹簧的弹簧力小于气缸驱动力。
在上述任一方案中优选的是，所述信号轴随检测杆横向移动，所述超程感应开关检测到信号轴时，表明跟随异常，数控系统指示铣磨单元紧急提升，所述作业感应开关检测到信号轴时，表明所述适用于钢轨在线铣磨作业的定位装置处于正常跟随，数控系统指示铣磨单元继续正常作业。
本实用新型提供的定位装置采用如下方法实现功能：
(1)当铣磨单元准备定位时，气动电磁阀失电，气缸活塞杆缩回并向内拉检测杆，弹簧机构压缩，接触块远离钢轨内侧肥边，定位装置下降并压在钢轨顶面，力传感器检测到压力值正常后，气动电磁阀得电，气缸活塞杆伸出并向外推检测杆，弹簧机构复位，接触块紧贴钢轨内侧，此时数控系统采集长度计的测量值，指示铣磨单元向相应的方向横向移动，直到长度计的测量值在设定的窗口值内，完成准确定位。
(2)当铣磨单元在快速滑行中，接触块紧贴钢轨内侧，随着线路几何参数的变化，数控系统实时采集长度计的测量值，若该测量值超出定位装置在标准直线线路上进行标定的接触快与铣磨单元之间的相对位移值，即窗口值，数控系统指示铣磨单元向相应的方向横向移动，直到长度计的测量值回到窗口值内，实现实时精确跟随钢轨滑行。
(3)当铣磨单元在快速滑行中，若接触块遇到严重的钢轨接头病害或其他异常时，超程感应开关检测到信号轴，数控系统认为接收到报警信号，气动电磁阀失电，气缸活塞杆缩回并向内拉检测杆，弹簧机构压缩，接触块远离钢轨内侧肥边，铣磨单元紧急提升，完成异常工况的处置。
本实用新型另一方面提供一种适用于钢轨在线铣磨作业的定位及避险方法，其包括下列步骤：
a.铣磨单元准备定位，此时控制系统控制气缸的活塞杆缩回并向内侧拉检测杆，弹簧机构压缩，接触块远离钢轨内侧的肥边，适用于钢轨在线铣磨作业的定位装置下降并压在钢轨顶面，力传感器检测到压力值正常后，控制系统控制气缸的活塞杆伸出并向外推检测杆，弹簧机构复位，接触块紧贴钢轨内侧，此时数控系统采集长度计的测量值，指示铣磨单元向相应的方向横向移动，直到长度计的测量值在设定的窗口值内，完成准确定位；
b.当铣磨单元在快速滑行中，接触块紧贴钢轨内侧，随着线路几何参数的变化，数控系统实时采集长度计的测量值，若该测量值超出定位装置在标准直线线路上进行标定的接触快与铣磨单元之间的相对位移值，即窗口值，数控系统指示铣磨单元向相应的方向横向移动，直到长度计的测量值回到窗口值内，实现实时精确跟随钢轨滑行。
c.当铣磨单元在快速滑行中，若接触块遇到严重的钢轨接头病害或其他异常时，信号轴在接触块带动检测杆的活动过程中接收到位移信号，超程感应开关检测到信号轴，从而超程感应开关传递信号至数控系统，数控系统认为接收到报警信号，气动电磁阀失电，气缸的活塞杆缩回并向内拉检测杆，弹簧机构压缩，接触块远离钢轨内侧肥边，铣磨单元紧急提升，完成异常工况的处置。
本实用新型与现有技术相比具有下列优点和效果：
(1)采用多个滚轮作为定位装置在钢轨顶面的走行部，足以支撑起铣磨单元在钢轨表面快速滑行，避免定位装置擦伤钢轨表面及产生振动，能有效监测到钢轨顶面波峰及波谷的变化，并且滚轮磨耗慢，能降低定位装置的维护成本。
(2)采用长度计作为横向跟随位移量测量传感器，长度计的测量范围大、测量精度高，其响应的超程报警距离可达25mm，显著提高了容错距离，同时将长度计的位移测量值与数控系统设置的窗口值进行比较，达到提高铣磨单元定位精度和实时精确跟随钢轨滑行的目的。
(3)采用气缸驱动接触块的移动，使其横向移动距离大于10mm，并通过程序连锁，在任何条件下，当铣磨单元下降或提升时，气缸都会将接触块驱动离开钢轨内侧面，避免在有肥边的钢轨位置处下降或提升时刮伤接触块，进一步破坏检测杆。
(4)采用外形尺寸合理的硬质合金块作为横向跟随接触块，铣磨作业中紧贴钢轨内侧，提高铣磨单元在钢轨最大接缝和错牙处的通过性。
附图说明
图1为本实用新型之内侧布局示意图；
图2为本实用新型之外侧布局示意图；
图3为本实用新型之下支撑座与上支撑座局部布局示意图；
图4为本实用新型之检测杆局部布局示意图；
图5为本实用新型之前支撑座局部布局示意图。
图1-图3中数字标记的含义是：
1钢轨 2检测杆 3气缸 4长度计 5垂向进给底座
6后支撑座 7滚轮 8接触块 9压块 10超程感应开关
11前支撑座 12弹簧机构 13信号轴 14下支撑座 15上支撑座
16作业感应开关 17力传感器 18销轴
具体实施方式
实施例1.1:一种适用于钢轨在线铣磨作业的定位装置，如图1-图5所示，其包括下支撑座14，该下支撑座14通过销轴与上支撑座15的一端连接，该上支撑座15安装有垂向进给底座5，该垂向进给底座5安装有前支撑座11和后支撑座6，下支撑座14包括前端内框和后端内框，该前端内框与后端内框之间的座体平行于钢轨平面，所述前端内框和后端内框的座体上还装有力传感器17，所述前端内框上部连接上支撑座15，下支撑座14的前端内框及后端内框各布置有一组滚轮，每组滚轮包括两个滚轮，两组滚轮之间中心距离为300mm，以确保适用于钢轨在线铣磨作业的定位装置压在有波磨的钢轨顶面时，其中一组滚轮能够接触到波峰或波谷，力传感器17用于检测铣磨单元的下压力，力传感器17上部的工作面与上支撑座15的底面接触。
后支撑座6还连接检测杆2，该检测杆2沿前支撑座11、垂向进给底座5和后支撑座6纵向设置，且该检测杆2的纵向长度大于前支撑座11、垂向进给底座5和后支撑座6的纵向长度之和；该检测杆2的纵剖面是包括四个拐角和三段纵向水平段、一段垂向竖直段和一段垂向倾斜段的长形杆。
如图1-图2所示，前支撑座11包括与垂向进给底座5连接的横向支座和与该横向支座呈一体结构的纵向顶板、纵向外侧背板及纵向内侧背板，所述纵向顶板从所述横向支座上表面纵向向前延伸，所述纵向外侧背板和纵向内侧背板与所述横向支座和所述纵向顶板也呈一体结构，所述纵向顶板的中心轴线与所述横向支座的中心轴线垂直，所述纵向外侧背板、纵向内侧背板与所述横向支座的中心轴线也垂直；所述纵向内侧背板比所述纵向顶板的长度更长，所述纵向外侧背板与所述纵向顶板的长度相等。
如图5所示，所述纵向外侧背板下方设置外沿靠近所述横向支座至远离横向支座的方向依次布置有超程感应开关10、弹簧机构12和信号轴13，超程感应开关10和信号轴13的轴线在同一水平面内，该信号轴13下方的纵向外侧背板连接作业感应开关16，信号轴13和作业感应开关16的中心轴线在同一竖直面内；超程感应开关10与所述作业感应开关16的中心轴相互垂直。
检测杆2的前端与所述气缸3、长度计4、弹簧机构12及信号轴13的动端连接，气缸3在远离所述垂向进给底座5的位置，长度计4在靠近所述垂向进给底座5的位置，检测杆2的末端固定有接触块8。
所述后支撑座6下方内侧安装压块9，该压块9内通过销轴连接检测杆2，以便将检测杆安装于所述适用于钢轨在线铣磨作业的定位装置上，所述压块9内的销轴与所述检测杆的配合为活动铰接，从而使所述检测杆2可绕该压块9内的销轴18做小角度转动。
本实施例中，上支撑座15可绕垂向进给底座5的中心圆轴做小角度转动，以满足所述适用于钢轨在线铣磨作业的定位装置在上坡或下坡滑行中产生的角度偏转要求。
气缸3通过风管连接至气动电磁阀，并通过气动电磁阀得失电控制气缸动作，进一步驱动检测杆2移动。
长度计4的测量杆随检测杆2做横向直线运动，进一步实时测量接触块8随钢轨内侧滑行的位移值，并通过数据线传输至数控系统，指示铣磨单元进行横向移动。
弹簧机构12采用压缩弹簧，该压缩弹簧的弹簧力小于气缸3的驱动力。
信号轴13随检测杆2横向移动，所述超程感应开关10检测到信号轴13时，表明跟随异常，数控系统指示铣磨单元紧急提升，所述作业感应开关16检测到信号轴13时，表明所述适用于钢轨在线铣磨作业的定位装置处于正常跟随，数控系统指示铣磨单元继续正常作业。
接触块8采用两端为圆弧角、中间为直线段的硬质合金块。
实施例1.2:一种适用于钢轨在线铣磨作业的定位装置，同实施例1.1，不同之处在于：下支撑座14的前端内框及后端内框各布置有一组滚轮，其中一组滚轮数量为一个，另一组滚轮数量为两个。
实施例1.3:一种适用于钢轨在线铣磨作业的定位装置，同实施例1.1，不同之处在于：采用液压油缸驱动检测杆。
上述实施例所述适用于钢轨在线铣磨作业的定位装置的工作原理是：
(1)当铣磨单元准备定位时，气动电磁阀失电，气缸3的活塞杆缩回并向内侧拉检测杆2，弹簧机构12压缩，接触块8远离钢轨1内侧的肥边，适用于钢轨在线铣磨作业的定位装置下降并压在钢轨1顶面，力传感器17检测到压力值正常后，气动电磁阀得电，气缸3的活塞杆伸出并向外推检测杆2，弹簧机构12复位，接触块8紧贴钢轨内侧，此时数控系统采集长度计4的测量值，指示铣磨单元向相应的方向横向移动，直到长度计4的测量值在设定的窗口值内，完成准确定位。
(2)当铣磨单元在快速滑行中，接触块8紧贴钢轨内侧，随着线路几何参数的变化，数控系统实时采集长度计4的测量值，若该测量值超出定位装置在标准直线线路上进行标定的接触快8与铣磨单元之间的相对位移值，即窗口值，数控系统指示铣磨单元向相应的方向横向移动，直到长度计4的测量值回到窗口值内，实现实时精确跟随钢轨滑行。
(3)当铣磨单元在快速滑行中，若接触块8遇到严重的钢轨接头病害或其他异常时，信号轴13在接触块8带动检测杆2的活动过程中接收到位移信号，超程感应开关10检测到信号轴13，从而超程感应开关10传递信号至数控系统，数控系统接收到异常报警，气动电磁阀失电，气缸3的活塞杆缩回并向内拉检测杆2，弹簧机构12压缩，接触块8远离钢轨内侧肥边，铣磨单元紧急提升，完成异常工况的处置。
实施例2.1:一种适用于钢轨在线铣磨作业的定位方法，其包括下列步骤：
a.铣磨单元准备定位，此时令气动电磁阀失电，气缸3的活塞杆缩回并向内侧拉检测杆2，弹簧机构12压缩，接触块8远离钢轨1内侧的肥边，适用于钢轨在线铣磨作业的定位装置下降并压在钢轨1顶面，力传感器17检测到压力值正常后，气动电磁阀得电，气缸3的活塞杆伸出并向外推检测杆2，弹簧机构12复位，接触块8紧贴钢轨内侧，此时数控系统采集长度计4的测量值，指示铣磨单元向相应的方向横向移动，直到长度计4的测量值在设定的窗口值内，完成准确定位；
b.当铣磨单元在快速滑行中，接触块8紧贴钢轨内侧，随着线路几何参数的变化，数控系统实时采集长度计4的测量值，若该测量值超出定位装置在标准直线线路上进行标定的接触快8与铣磨单元之间的相对位移值，即窗口值，数控系统指示铣磨单元向相应的方向横向移动，直到长度计4的测量值回到窗口值内，实现实时精确跟随钢轨滑行。
c.当铣磨单元在快速滑行中，若接触块8遇到严重的钢轨接头病害或其他异常时，信号轴13在接触块8带动检测杆2的活动过程中接收到位移信号，超程感应开关10检测到信号轴13，从而超程感应开关10传递信号至数控系统，数控系统接收到异常报警，气动电磁阀失电，气缸3的活塞杆缩回并向内拉检测杆2，弹簧机构12压缩，接触块8远离钢轨内侧肥边，铣磨单元紧急提升，完成异常工况的处置。
根据钢轨情况依次执行步骤a、b或依次执行步骤a、c或依次执行步骤a、b、c。