一种液压驱动的机器人钢轨打磨设备的制作方法

本发明涉及轨道打磨维护领域，具体涉及一种液压驱动的机器人钢轨打磨设备。

背景技术：

轨道交通开通运营之后，钢轨就长期处于恶劣的环境中，由于列车的动力作用、自然环境和钢轨本身质量等原因，钢轨经常会发生伤损情况，如裂纹、磨耗等现象，造成了钢轨寿命减少、养护工作量增加、养护成本增加，甚至严重影响行车安全。

因此，就必须及时对钢轨伤损进行消除或修复，以避免影响轨道交通运行的安全。这些修复措施如钢轨涂油、钢轨打磨等，其中钢轨打磨由于其高效性受到世界各国铁路的广泛应用。

而现在的钢轨打磨设备均采用电缸配合电机等组件进行角度调整以及提供打磨动力，这样就需求打磨车具有足够的电能电压，因此对发电机以及配电控制部分提出了较高的要求，成本高，控制难度大。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种液压驱动的机器人钢轨打磨设备，降低对电能的需求，并且成本低，稳定可靠。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种液压驱动的机器人钢轨打磨设备，包括打磨头、液压马达、轴向伸缩油缸、径向旋转油缸、水平移动油缸以及油箱；

所述油箱为液压马达、轴向伸缩油缸、径向旋转油缸和水平移动油缸供油；

所述水平移动油缸分别与固定架和活动架连接，所述活动架底部通过吊装架与旋转平台连接，所述旋转平台与径向旋转油缸连接并通过径向旋转油缸推动旋转，所述径向旋转油缸通过铰链与活动架连接，所述旋转平台上设置有轴向伸缩油缸和导向组件，所述轴向伸缩油缸和导向组件均与给进平台连接，所述给进平台上设置有液压马达。

进一步的，所述打磨头与液压马达连接并通过液压马达提供打磨动力；

所述油箱通过第一油液出口管以及第一油液回流管与液压马达的两个油液接口连接，液压马达的两个油液接口上设置有第一伺服阀，所述第一油液出口管上设置有第一进液单向阀，所述第一进液单向阀与第一伺服阀之间设置有第一蓄能器，所述液压马达上设置有转速传感器；

所述第一进液单向阀的出液端设置有回流溢流阀。

进一步的，所述轴向伸缩油缸提供打磨头伸出抵紧钢轨以及远离钢轨的动力；

所述油箱通过第二油液出口管以及第二油液回流管与轴向伸缩油缸的两个油液接口连接，所述轴向伸缩油缸的两个油液接口上设置有第二换向阀，所述第二油液出口管上设置有第二进液单向阀，所述第二进液单向阀与第二伺服阀之间设置有第二蓄能器和压力继电器，所述第二进液单向阀与油箱之间的第二油液出口管上还设置有先导式溢流阀，所述轴向伸缩油缸上设置有第二位移传感器，所述轴向伸缩油缸与第二换向阀之间还设置有调速阀，当轴向伸缩油缸伸出运动时，油液通过调速阀进入轴向伸缩油缸内。

进一步的，所述径向旋转油缸提供调节打磨头与钢轨之间相对夹角的动力；

所述油箱通过第三油液出口管以及第三油液回流管与径向旋转油缸的两个油液接口连接，所述径向旋转油缸的两个油液接口上设置有第三伺服阀，所述第三油液出口管上设置有第三进液单向阀，所述径向旋转油缸上还设置有第三位移传感器；

所述第三进液单向阀的出液端设置有回流溢流阀。

进一步的，所述水平移动油缸提供打磨头沿钢轨两侧移动的位移动力；

所述油箱通过第四油液出口管以及第四油液回流管与水平移动油缸的两个油液接口连接，所述径向旋转油缸的两个油液接口上设置有第四伺服阀，所述第四油液出口管上设置有第四进液单向阀，所述水平移动油缸位于位移方向上设置有两个第四位移传感器并且还设置有用于检测移动速度的速度传感器；

所述第四进液单向阀的出液端设置有回流溢流阀。

进一步的，所述第一蓄能器与第一油液出口管之间设置有第一截止阀，所述第一蓄能器与第一截止阀之间还设置有第一温度计和第一压力计。

进一步的，所述轴向伸缩油缸的数量为2，第二个的轴向伸缩油缸与第二伺服阀连接，所述第二伺服阀与第二油液出口管以及第二油液回流管连接，两个轴向伸缩油缸上均设置有第二位移传感器。

进一步的，所述油箱内还设置有配合连接的第二温度计、多个过滤器以及多个冷却器。

进一步的，所述固定架和活动架之间设置有导向滑轨。

本发明的有益效果：

采用液压的方式带动打磨头进行自转、摆动以及伸缩移动，具有耗电小的优点，无需采用大功率发电机做支持，并且液压的方式具有稳定性高的优点，整体制备成本低。

附图说明

图1是本发明的液压打磨结构示意图；

图2是本发明的正视示意图；

图3是本发明的整体油路结构示意图；

图4是本发明液压马达的油路示意图；

图5是本发明轴向伸缩油缸的油路示意图；

图6是本发明水平移动油缸的油路示意图；

图7是本发明打磨钢轨顶面时的示意图；

图8是本发明打磨钢轨外侧弧边的示意图；

图9是本发明打磨钢轨内侧弧边的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1和图2所示，本发明的液压驱动的机器人钢轨打磨设备的一实施例，包括打磨头1、液压马达2、轴向伸缩油缸3、径向旋转油缸4、油箱5以及水平移动油缸21，钢轨主要打磨三个位置，钢轨的顶边、外侧弧边以及内侧弧边，因此根据打磨特点，对整体结构进行配合连接设计，将水平移动油缸分别与固定架28和活动架29连接，固定架能够与打磨车的车架固定连接，或者也可以认为是车架结构，在活动架底部通过吊装架30与旋转平台31连接，旋转平台与径向旋转油缸连接并通过径向旋转油缸推动旋转，径向旋转油缸通过铰链311与活动架连接，旋转平台上设置有轴向伸缩油缸和导向组件32，轴向伸缩油缸和导向组件均与给进平台33连接，给进平台上设置有液压马达。固定架和活动架之间设置有导向滑轨34，实现有效的导向移动效果。

参照图3至图6所示，打磨头与液压马达连接并通过液压马达提供打磨动力，轴向伸缩油缸提供打磨头伸出抵紧钢轨以及远离钢轨的动力，径向旋转油缸提供调节打磨头与钢轨之间相对夹角的动力，油箱为液压马达、轴向伸缩油缸、径向旋转油缸以及水平移动油缸供油；其中，在油箱内设置有液压泵6，液压泵提供液压压力，并将油液输送至各个油路内；

首先，液压系统中应有一单独控制液压马达的回路，由于该回路涉及打磨头的转速与转矩，是打磨设备的核心环节，为保证良好的磨削效果，应在支路配有蓄能器做辅助动力源，确保将打磨头的转速控制在一个稳定的范围内；此外，打磨头在正常使用过程中，至少还需要两种运动的配合，因此也应该分别对应设计一种液压回路。就纵向回路而言(即打磨头轴向运动)，要承载液压马达与打磨头(可能还有其他支架)一起轴向运动，其负载较大，在其回路上添加一个蓄能器来补充泄漏和保压，以保持稳定压力和提供磨削力；还有旋转运动的液压回路(即径向旋转运动，也就是打磨头的偏摆运动)，该回路只要活塞杆推动液压马达，达到旋转的效果即可，所需力一般较小。

具体的，油箱通过第一油液出口管以及第一油液回流管与液压马达的两个油液接口连接，液压马达的两个油液接口上设置有第一伺服阀7，第一油液出口管上设置有第一进液单向阀8，第一进液单向阀与第一伺服阀之间设置有第一蓄能器9，所述第一蓄能器上设置有第一换向阀91，液压马达上设置有转速传感器10；第一蓄能器与第一油液出口管之间设置有第一截止阀28，第一蓄能器与第一截止阀之间还设置有第一温度计和第一压力计。

液压泵工作后，油液经过滤器、冷却器与第一进液单向阀进入第一伺服阀，其中支路上的回流溢流阀控制进入第一伺服阀的油液的压力，考虑到油液经第一伺服阀会产生一定的压力损失，故将其设定值调节为略大于液压马达的工作压力。当第一伺服阀得电，液压马达开始工作，可以4000r/s的转速转动；当第一伺服阀失电，液压马达停止动作。

液压马达为打磨设备的核心部件，对其工作状态的监测与控制乃重中之重。故在其支路配有第一蓄能器，为保证第一蓄能器能够精准补充泄漏，在第一蓄能器的进口处安装有一电磁球阀，当电磁球阀得电，蓄能器开始补油；当电磁球阀失电，蓄能器停止补油。此外，为便于对第一蓄能器进行检测维修，在支路开始出装一个第一截止阀，以隔断第一蓄能器与主油路的联系，并辅以第一温度计与第一压力表，对第一蓄能器的工作状态进行实时监控。液压马达工作时，转速传感器全程监测其转速大小，并将数据传送至第一伺服阀，第一伺服阀通过改变阀口大小来控制进入液压马达的油液的压力与流量，进而控制液压马达的输出力矩与转速，第一蓄能器在蓄能后且液压马达运行时，做为辅助动力源进行释放油液，以补充主油路内的压力，确保将打磨头的转速控制在一个稳定的范围内。通过第一蓄能器、第一伺服阀的双重监控机制，保证对液压马达进行精密、及时、有效的控制。

油箱通过第二油液出口管以及第二油液回流管与轴向伸缩油缸的两个油液接口连接，轴向伸缩油缸的两个油液接口上设置有第二换向阀11，第二油液出口管上设置有第二进液单向阀12，第二进液单向阀与第二伺服阀之间设置有第二蓄能器13和压力继电器14，第二进液单向阀与油箱之间的第二油液出口管上还设置有先导式溢流阀15，轴向伸缩油缸上设置有第二位移传感器16，轴向伸缩油缸与第二换向阀之间还设置有调速阀17，当轴向伸缩油缸伸出运动时，油液通过调速阀进入轴向伸缩油缸内；

动作时，油液经第二进液单向阀、第二换向阀与调速阀进入轴向伸缩油缸。为保证其运行的可靠性和平稳性，决定采用双液压缸驱动，因此轴向伸缩油缸的数量为2，第二个的轴向伸缩油缸与第二伺服阀27连接，第二伺服阀与第二油液出口管以及第二油液回流管连接，两个轴向伸缩油缸上均设置有第二位移传感器。

在第二进液单向阀油液流入前的管道上装有一先导式溢流阀，避免流入压力过高的压力油。此外，在油路中间还装有第二蓄能器，第二蓄能器能够作为辅助动力源进行释放油液，以补充主油路内的压力，以避免由于压力波动而引起的液压缸晃动。第二蓄能器上游装有一第二截止阀281，便于第二蓄能器的安装、检测与维修；第二蓄能器下游的压力继电器作为一自动开关，当回路压力达到一定值时，油液经先导式溢流阀直接流回油箱，主油路由蓄能器供压力油；当压力降低，油液继续向主油路和第二蓄能器供油。

在驱动液压马达轴向移动时，在接触导轨前后有压力与速度的变化，最终使压力保持在一定值，速度为0，因此在其中一个轴向伸缩油缸的上游装有调速阀。开始液压马达以一定速度向下运动，在接触钢轨边的过程中，载荷不断增大，调速阀阀口变小，直至关闭，液压马达停止移动，使砂轮与轨道间有一个恒定的压力，提高了打磨效率；同时在该压力下，压力继电器能够触发先导式溢流阀工作，回路由蓄能器供压。控制两轴向伸缩油缸运动的第二换向阀和第二伺服阀采用一根输油管，两轴向伸缩油缸的活塞杆处都装有第二位移传感器，当两轴向伸缩油缸运动时，两位第二移传感器将测量结果传至第二伺服阀，第二伺服阀通过对比两第二位移传感器传递数值的差值，调整自身阀口大小，以实现两缸活塞杆的同步运动。

上述的油箱通过第三油液出口管以及第三油液回流管与径向旋转油缸的两个油液接口连接，径向旋转油缸的两个油液接口上设置有第三伺服阀18，第三油液出口管上设置有第三进液单向阀19，径向旋转油缸上还设置有第三位移传感器20。

在该旋转运动回路中，油液经第三进液单向阀、第三伺服阀直接进入径向旋转油缸。通过控制油液进入液压缸左腔或者进入液压缸右腔，来推动液压马达进行顺时针运动或者推动液压马达进行逆时针运动。其运动量通过第三位移传感器监测。当径向旋转油缸工作时，第三位移传感器将测得活塞杆的位移传送给第三伺服阀，第三伺服阀对数据进行分析，经过数学公式转换，将液压马达的旋转角度与径向旋转油缸的直线位移一一对应起来，以此判断液压马达的旋转角度。

上述的水平移动油缸提供打磨头沿钢轨两侧移动的位移动力，也可以认为是横向运动，打磨头通过水平移动油缸的位移，可以直接对钢轨的三个方位进行打磨；油箱通过第四油液出口管以及第四油液回流管与水平移动油缸的两个油液接口连接，径向旋转油缸的两个油液接口上设置有第四伺服阀22，第四油液出口管上设置有第四进液单向阀23，水平移动油缸位于位移方向上设置有两个第四位移传感器24并且还设置有用于检测移动速度的速度传感器25。

油液经第四进液单向阀、第四伺服阀进入水平移动油缸，由于该运动涉及到一个循环往复的打磨过程，故该回路可采用双杆液压缸形态，以节省工作空间，使整体结构更加紧凑；水平移动油缸左右两侧各有一个第四位移传感器。以通过触发两个第四位移传感器实现往复运动的效果。

在水平移动油缸运动的过程中，回流溢流阀控制流入回路的油液压力的大小，活塞杆处配有速度传感器，实时监测活塞杆的速度，并将检测结果传给第四伺服阀，第四伺服阀将结果与设定值相比，并将对比结果反映在阀口的大小上，从而控制活塞杆的运动速度大小，使其保持在一个相对稳定的数值范围上，进而实现横向的平稳运动。由于水平移动油缸是用来实现液压马达打磨轨道侧边时的左右进给运动，不需要速度的变化，故该回路不再安装调速装置。

具体的，上述回流溢流阀26安装在第一进液单向阀、第三进液单向阀、第四进液单向阀的出液端。

参照图7所示，当需要打磨钢轨的顶边时，通过水平移动油缸带动活动架移动至钢轨顶边上部，活动架带着底部的组件也移动至顶边上部，此时通过径向旋转油缸调节旋转平台的旋转角度，使得打磨头的打磨端面与顶边平行，打磨头通过液压马达带动转动，随后由轴向伸缩油缸带着给进平台朝向钢轨移动即可，最终达到打磨头抵接在钢轨顶边上打磨的效果。

参照图8所示，当需要打磨钢轨的外侧弧边时，先通过水平移动油缸带动活动架移动至钢轨外侧部分，活动架带着底部的组件也移动至外侧，此时通过径向旋转油缸调节旋转平台的旋转角度，使得打磨头的打磨端面与需要打磨的外侧弧边部分相对，打磨头通过液压马达带动转动，随后由轴向伸缩油缸带着给进平台朝向钢轨移动即可，最终达到打磨头抵接在钢轨的外侧弧边上打磨的效果。

参照图9所示，当需要打磨钢轨的内侧弧边时，先通过水平移动油缸带动活动架移动至钢轨内侧部分，活动架带着底部的组件也移动至内侧，此时通过径向旋转油缸调节旋转平台的旋转角度，使得打磨头的打磨端面与需要打磨的内侧弧边部分相对，打磨头通过液压马达带动转动，随后由轴向伸缩油缸带着给进平台朝向钢轨移动即可，最终达到打磨头抵接在钢轨的内侧弧边上打磨的效果。

本发明采用了纯油液提供打磨所需的动力，在控制设计方面具有单一可靠的效果，并且降低对电能的需求，也降低电动组件的使用成本和维护维修成本，具有稳定可靠易推广的优点。

以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。