一种钢轨打磨机床的制作方法

本发明涉及磨削技术领域，尤其涉及一种钢轨打磨机床。

背景技术：

“十三五”期间，我国铁路固定资产投资规模将达3.5万亿元人民币，其中基本建设投资约3万亿元，新建线路3万公里；至2020年，全国铁路营业里程将达到15万公里，其中高速铁路为3万公里；并且列车普遍时速运行在120km/h以上，最高速度甚至超过了350km/h，在如此高的列车运行速度下，对钢轨的表面粗糙度和直线度等指标提出了更加严格的要求；但在高速运行状态下，钢轨承受长时间反复的碾压使其不可避免的出现各种各样的损伤，这些伤损不仅增加了铁路运营成本，而且危害铁路运行安全。

钢轨经过长时间的碾压会出现不同程度的波磨、压溃、拐角斜裂、剥离、飞边等损伤类型，在钢轨弯道处伤损出现的频率更高，在高速运行状态下，有些缺陷会加剧扩展甚至使钢轨突然断裂，造成机车脱轨乃至倾覆，因此钢轨的维修和养护就显得非常重要。

现有的钢轨修复包括两种形式，其一为钢轨铣磨车，它主要是采用成型铣刀对钢轨顶面铣削，然后采用砂轮打磨钢轨顶面来达到修复的目的，但采用这种修复方式使砂轮与钢轨为刚性接触易烧伤钢轨表面，且铣刀更换不方便，导致生产效率低；另一种是钢轨打磨车，采用不同方式布置的多头砂轮对钢轨顶面进行打磨来达到修复的目的，它主要存在砂轮易破碎，砂轮与钢轨为刚性接触易烧伤钢轨表面，且多个砂轮修磨之间存在接口菱角，从而造成列车运行时噪声大，车轮磨损加快；以上两种修复方式都容易使钢轨顶面烧伤，从而使钢轨强度下降，当火车再次碾压时，极易造成安全事故；随着我国铁路运输的大幅增长，钢轨伤损也日益剧增，目前在我们国家，这些伤损钢轨每年以20％的速度增加，迫切需要更为方便实用的钢轨修复设备。

技术实现要素：

针对上述情况，本发明的目的在于提供一种钢轨打磨机床，它采用砂带磨削结构从而克服现有技术易烧伤钢轨的缺陷；并且整体结构科学合理，安装和使用方便，制作工艺简单，且砂带与钢轨采用柔性接触，不存在接口菱角，提高打磨精度，从而延长钢轨的使用寿命，显著降低运行成本，市场前景广阔，便于推广使用。

为了实现上述目的，一种钢轨打磨机床，它包括底座、横向导轨、打磨机构、立式支柱、竖直移动导轨、拖板、工作台和滑块；所述工作台设置于底座上并经横向导轨和滑块可在底座上横向移动，所述立式支柱设置于底座上并位于工作台的一侧；所述拖板设置于立式支柱上面向工作台的一侧并经竖直移动导轨可在立式支柱上竖直移动，该拖板面向工作台的一侧连接有砂带打磨机构；所述砂带打磨机构包括支撑座、固定连接于支撑座顶部的驱动电机，与驱动电机同轴连接的驱动轮、与驱动轮轴向平行设置的从动轮、以及围绕在驱动轮和从动轮上的砂带，所述驱动轮和从动轮的轴向与钢轨的长度方向成直角设置。

为了实现结构、效果优化，其进一步的措施是：所述砂带打磨机构还包括设置于驱动轮和从动轮之间且轴向平行的接触轮，所述砂带经接触轮贴合于钢轨上表面。

所述接触轮的外缘表面形状与钢轨的上表面外缘轮廓保持一致，该接触轮的外缘表面设有衬塑层且其厚度为1.5～3mm。

所述立式支柱经其底部的旋转底板与底座连接，该旋转底板的端面圆周中心设有轴孔用于固定安装转轴，所述旋转底板的端面外缘设有多个弧形槽并围绕轴孔均匀分布。

所述每个弧形槽分别插接一根销轴，且该销轴固定连接于底座上。

所述转轴穿过轴孔插入底座内，且该转轴的一端与驱动装置连接。

所述打磨机构的支撑座上面向工作台的一侧连接有红外测量装置用于对钢轨长度方向的偏转角进行测量。

所述红外测量装置还连接控制系统，并可将所测数据输送给控制系统分析处理。

所述打磨机构还包括张紧气缸，该张紧气缸连接于拖板上用于横向调整从动轮与驱动轮的间距从而张紧砂带。

所述打磨机构还包括压紧气缸，该压紧气缸连接于拖板上用于竖向调整接触轮与钢轨的间距从而使砂带贴合钢轨的上表面。

所述驱动电机在支撑座上的轴向安装位置可向两侧偏移用于防止砂带跑偏。

本发明相比现有技术所产生的有益效果：

(ⅰ)本发明中的砂带打磨机构采用模块化的结构设计，整体结构紧凑，安装和使用方便，制作工艺简单，布局美观大方，能实现砂带磨削钢轨，克服了钢轨铣磨车铣刀更换不便的缺陷，提高了生产效率；

(ⅱ)本发明采用砂带磨削结构从而实现砂带与钢轨的柔性磨削，能克服钢轨表面易烧伤的缺陷，且磨削表面不存在接口菱角，提高钢轨的打磨精度，从而延长钢轨的使用寿命，显著降低运行成本，具有显著的经济效益和社会效益。

本发明广泛适用于地铁和铁路钢轨维修配套使用。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明整体结构的侧视图。

图3为本发明整体结构的后视图。

图4为本发明中打磨机构的结构示意图。

图5为本发明中立式支柱的主视图。

图6为本发明中立式支柱的仰视图。

图7为本发明中接触轮与钢轨的安装结构示意图。

图8为本发明中钢轨的测量分析示意图。

图中：1-底座，2-横向导轨，3-支撑座，4-驱动电机，5-驱动轮，6-立式支柱，61-旋转底板，611-轴孔，612-弧形槽，7-竖直移动电机，8-竖直移动导轨，9-拖板，10-从动轮，11-张紧气缸，12-接触轮，13-砂带，14-钢轨，15-工作台，16-滑块，17-横向移动电机，18-压紧气缸，19-红外测量装置，θ-立式支柱轴向可旋转角度范围，a-红外测量装置的发射点，b-钢轨的打磨起点，c-钢轨的测量点，c’-钢轨的下一个测量点，d-测量点至红外测量装置的正交点，e-红外测量装置的接收点，e’-红外测量装置的下一个接收点，f-钢轨为直线状态时的测量点，β-红外测量装置的发射角，β’-红外测量装置的下一个发射角，γ-钢轨为直线状态时的红外发射角度，α-钢轨长度方向的偏转角。

具体实施方式

参照附图，本发明是这样实现的：一种钢轨打磨机床，它包括底座1、横向导轨2、砂带打磨机构、立式支柱6、竖直移动导轨8、拖板9、工作台15和滑块16；所述工作台15设置于底座1上并经横向导轨2和滑块16可在底座1上横向移动，所述立式支柱6设置于底座1上并位于工作台15的一侧；所述拖板9设置于立式支柱16上面向工作台15的一侧并经竖直移动导轨8可在立式支柱6上竖直移动，该拖板9面向工作台15的一侧连接有砂带打磨机构；所述砂带打磨机构包括支撑座3、固定连接于支撑座3顶部的驱动电机4，与驱动电机4同轴连接的驱动轮5、与驱动轮5轴向平行设置的从动轮10、以及围绕在驱动轮5和从动轮10上的砂带13，该砂带的运转方向与钢轨的长度方向平行，所述驱动轮5和从动轮10的轴向与钢轨的长度方向成直角设置。

结合附图，本发明的工作流程为：

①将钢轨14经专用夹具或磁力夹具固定装夹于砂带打磨机构下方的工作台15上，需保持钢轨14的长度方向与砂带13的运转方向平行；

②设定检测参数，并将检测参数输送至控制系统，同时启动砂带打磨机构及工作台15，使得砂带13运转的同时所述工作台15可在钢轨14的长度方向往返移动；所述设定检测参数包括设定钢轨14的打磨起点b与红外测量装置19的发射点a位于同一水平线上以及ab的距离值、依据红外测量装置19接收点e的位置确定钢轨14上测量点c的位置和红外发射角度β值、以及ad距离值和工作台15的运动速度vw值；所述启动砂带打磨机构包括由压紧气缸18控制接触轮12使砂带13贴合在钢轨14上表面并对钢轨14进行打磨；

③在打磨过程中由控制系统依据检测参数对钢轨14长度方向的偏转角进行分析计算，包括由设定的ab距离值、ad距离值和红外发射角度β值获得ac距离值、bc距离值、cd距离值、钢轨14为直线状态时的红外发射角度γ值和钢轨14从打磨起始b点移动到测量c点的时间t，具体推导如下：cd＝accosβ；还包括由已知bf＝ad，df＝ab值获得钢轨长度方向的偏转角为再由控制系统控制驱动装置驱动转轴带动立式支柱6轴向旋转α，从而带动砂带打磨机构的接触轮12相应的旋转α，可使砂带13与钢轨14在长度方向的偏转角度保持一致，从而保障钢轨的打磨精度。

如图1和图2所示，本发明中立式支柱6的上端部固定连接有竖直移动电机7用于驱动拖板9上下移动，方便装夹和打磨不同尺寸的钢轨14；所述底座1的上端连接有横向移动电机17用于驱动工作台15横向往返移动，便于装夹和打磨加工不同尺寸的钢轨14；所述砂带打磨机构还包括设置于驱动轮5和从动轮10之间且轴向平行的接触轮12，所述砂带13经接触轮12贴合于钢轨14上表面对钢轨14进行打磨。

如图4所示，本发明中砂带打磨机构还包括张紧气缸11和压紧气缸18，该张紧气缸11连接于拖板9上用于横向调整从动轮10与驱动轮5的间距从而张紧砂带13，可防止砂带13跑偏和打滑，该张紧气缸11的推杆与从动轮10的轮轴连接，当推杆收缩或伸出时推动从动轮10张紧砂带13；该压紧气缸18连接于拖板9上用于竖向调整接触轮12与钢轨14的间距从而使砂带13贴合钢轨14上端表面，可保障钢轨14的打磨精度和提高生产效率，并延长钢轨14的使用寿命，该压紧气缸18的推杆与接触轮12的轮轴连接，当推杆收缩或伸出时推动接触轮12压紧砂带13与钢轨14上表面贴合；所述打磨机构的支撑座3上面向工作台15的一侧连接有红外测量装置19用于对钢轨14长度方向的偏转角进行测量，该红外测量装置19还连接控制系统，经红外测量装置19将所测钢轨14的偏转角数据传输给控制系统，由控制系统对数据分析处理后指示驱动装置控制转轴旋转，从而带动立式支柱6实时旋转使砂带13能与钢轨14顶面完全贴合，保障钢轨14的打磨精度高；所述驱动电机4在支撑座3上的轴向安装位置可向两侧偏移进行微调，有利于保障同轴设置的驱动轮5与从动轮10保持轴向平行，从而防止砂带13跑偏。

如图5和图6所示，本发明中立式支柱6经其底部的旋转底板61与底座1连接，该旋转底板61呈半圆形或扇形且其端面圆周中心设有轴孔611用于固定安装转轴，所述旋转底板61的端面外缘设有多个弧形槽612并围绕轴孔611均匀分布，该弧形槽612一般设置4～6个，所述每个弧形槽612分别插接一根销轴，且该销轴固定连接于底座1上；所述转轴穿过轴孔611插入底座1内，且该转轴的一端与驱动装置连接，可以采用插入底座1内的转轴端与驱动装置连接，也可以将转轴伸出轴孔611外与驱动装置连接；当控制系统控制驱动装置驱动轴孔611内的转轴带动立式支柱6轴向旋转时，弧形槽612也能沿着槽内的销轴旋转，采用该结构能保障体积较大的立式支柱6在轴向旋转过程中不会发生偏转，保障钢轨14的打磨精度；所述立式支柱6轴向可旋转角度θ的范围为0～12°，正常情况下底座1上的销轴位于弧形槽612的中心，当立式支柱6轴向旋转的同时，弧形槽612也沿着中心的销轴向两侧旋转且两侧旋转的范围为0～6°，该旋转角度是设计人员经过大量的研究和实验得出，既能满足钢轨14的打磨需求，也保障整体设备的结构简单紧凑，运行成本低。

如图7所示，本发明中接触轮12的外缘表面形状与钢轨14的上表面外缘轮廓保持一致，该接触轮12的外缘表面设有衬塑层且其厚度一般为1.5～3mm，采用对接触轮12外缘表面衬塑有利于增加摩擦系数防止砂带13打滑，并可防止因操作失误出现接触轮12与钢轨14碰撞而发生损伤或意外事故，而且接触轮12的衬塑层出现损伤时维修更加方便，该接触轮12衬塑层的厚度如果太厚则加工成本高，如果衬塑层太薄则达不到防碰撞效果。

如图8所示，本发明中的红外测量装置19包括设置于同一直线上的发射点a和接收点e，钢轨打磨前先将钢轨14的打磨起点b与红外测量装置19的发射点a处于同一水平线上，然后调整红外测量装置19的发射角β，保障红外测量装置的接收点e能正常接受钢轨14反馈的信号，从而确定钢轨14的测量点c和发射角β；经延长dc线可得打磨起点b的垂线bf，从而确定钢轨14为直线状态时的测量点f和钢轨为直线状态时的红外发射角度γ；依据工作台15的运动速度vw可相应的确定钢轨的下一个测量点c’和红外测量装置的下一个接收点e’；从图上可知红外测量装置19的发射点a、与钢轨14的打磨起点b、以及钢轨14的测量点c之间的连线形成锐角三角形，可防止因ab距离太短而导致钢轨影响正常测量或测量不准确；而红外测量装置19的发射点a、钢轨14的测量点c、以及红外测量装置的接收点e之间的连线形成等腰三角形，才能保障接收点e能正常接收信号实现正常测量。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。