钢轨焊缝五磨头仿形全断面打磨机及打磨方法
【专利说明】
[技术领域]
[0001]本发明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及打磨方法。
[【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。
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【发明内容】
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[0007]本发明的目的在于:解决上述现有技术的不足，提供一种仿形全断面打磨机及其打磨方法，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]上述钢轨焊缝五磨头仿形全断面打磨机的打磨方法，其特征在于，所述方法的步骤如下:
[0016]步骤1，调整打磨机整体初始状态后，启动打磨机，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，轨底打磨机构移动至钢轨打磨面接触区；
[0017]步骤2，轨头打磨机构微调，两套轨头打磨机构分别用于轨头顶面及侧面的仿形全包络打磨，其动力滑台组件的电机驱动动力滑台带动磨头组件进给至轨头顶面和侧面的打磨位置，待启动磨头驱动组件的电机