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鋼軌道岔軌面精磨機(jī)研究

2017-12-21 來源：- 作者：-

摘要：針對(duì)鋼軌道岔軌面打磨精密化的要求，通過對(duì)各型鋼軌軌面形狀的分析，提出鋼軌軌面打磨機(jī)的設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過分析、比較選擇采用可以升降、橫移、角度可調(diào)的精度機(jī)來進(jìn)行鋼軌軌面的精密打磨，精磨機(jī)設(shè)計(jì)及加工簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，實(shí)用性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：鋼軌道岔軌面精磨機(jī)

1 、引言

隨著鐵路事業(yè)的快速發(fā)展，高鐵新線建設(shè)大規(guī)模開展，既有線路的全面技術(shù)提升，對(duì)高鐵（提速）線路道岔平面、正線軌頂面的平整度要求越來越高，同時(shí)尖軌的非作用邊病害也需要整治。如果不及時(shí)處理，將直接影響提速道岔的使用壽命和線路設(shè)備的安全運(yùn)行。

2 、國(guó)內(nèi)外研究開發(fā)現(xiàn)狀

2.1 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

目前道岔平面、正線軌頂面及尖軌的非作用邊的打磨整修作業(yè)主要采用手提砂輪進(jìn)行人工打磨。因作業(yè)效率較低，難以保證打磨質(zhì)量，同時(shí)因需攜帶發(fā)電機(jī)組作業(yè)，易對(duì)人身和行車安全構(gòu)成危險(xiǎn)。

2.2 國(guó)外現(xiàn)狀

v據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)，尚未發(fā)現(xiàn)國(guó)外打磨機(jī)能同時(shí)具有對(duì)道岔平面、正線軌頂面及尖軌的非作用邊進(jìn)行打磨的多功能小型打磨維護(hù)設(shè)備。

3 、目前國(guó)內(nèi)主要使用的各種鋼軌軌型

國(guó)內(nèi)使用的鋼軌軌型主要有 38 kg/m、43 kg/m、50kg/m 、60 kg/m 、75 kg/m ，以下就線路上使用最為常見的60 kg/m 鋼軌軌頭進(jìn)行分析。60 kg/m 高速鐵路用鋼軌的型式尺寸見圖 1，圖參照 TB/T3276。

圖 1 高速鐵路用 60 kg/m 鋼軌斷面圖

60 kg/m 鐵路用熱軋鋼軌的型式尺寸見圖 2，圖參照GB2585。

圖 2 60 kg/m 熱軋鋼軌斷面圖

從 2 種鋼軌截面圖可以看出，軌面圓弧半徑一致，均為 R300、R8、R13，只是寬度 70.8、73 及其余尺寸的微小差別。從打磨角度考慮，理想的結(jié)果是打磨后的軌面形狀與標(biāo)準(zhǔn)的軌型完美貼合。比較理想的是打磨頭在打磨時(shí)逐步仿形達(dá)到接近鋼軌軌面形狀的打磨效果。

4 、打磨效果分析及設(shè)計(jì)方案鋼

軌軌面的打磨要求為，用 1 m 直尺檢查平面誤差為0~ 0.2 m m ，作用邊誤差±0.3 m m ；對(duì)于鋼軌平面及肥邊的打磨要求為用 1 米直尺檢查平面誤差為 0.3 mm，軌距角角度 45°，軌距角成圓弧形，角磨機(jī)打磨無明顯凹坑。根據(jù)打磨效果測(cè)量要求制定設(shè)計(jì)方案。

4.1 第 1 種設(shè)計(jì)方案

根據(jù)鋼軌軌頭形狀的不同，制造不同形狀的打磨頭，打磨頭通過內(nèi)燃汽油機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，完成鋼軌的打磨。

4.2 第 2 種設(shè)計(jì)方案

根據(jù)鋼軌軌頭形狀的不同，制造不同形狀的銑削刀盤，銑削刀盤為多個(gè)，刀盤通過內(nèi)燃汽油機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，通過多個(gè)刀盤的逐次銑削使不符合要求的、不規(guī)整的鋼軌符合最

終的使用要求。

4.3 第 3 種設(shè)計(jì)方案

根據(jù)軌頭形狀的不同，采用平行樹脂砂輪，在打磨時(shí)根據(jù)鋼軌形狀，調(diào)整升降、橫向移動(dòng)機(jī)角度偏轉(zhuǎn)，依次對(duì)鋼軌斷面進(jìn)行打磨，打磨出符合要求的鋼軌。

4.4 方案比較

方案 1 根據(jù)鋼軌軌頭形狀的不同，制造不同形狀的打磨頭。此方案的好處是鋼軌形狀根據(jù)打磨頭的形狀而變，看似好像可以做到一步到位的打磨效果，實(shí)際上存在有打磨頭耐用度的問題。如果做成普通的樹脂砂輪，砂輪更換頻繁，無實(shí)際使用意義，如果做成硬質(zhì)合金砂輪，雖較樹脂砂輪耐用，但造價(jià)較高。

方案 2 根據(jù)鋼軌軌頭形狀的不同，制造不同形狀的刀盤。此種方案的優(yōu)點(diǎn)是鋼軌的形狀可一次銑削完成，缺點(diǎn)是同一臺(tái)機(jī)器上需根據(jù)鋼軌形狀制造多種切削深度的刀具，制造難度較大，不適用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，不適合于批量生產(chǎn)。

方案 3 針對(duì)不同形狀的鋼軌，采用普通的樹脂砂輪，通過調(diào)整升降、橫向移動(dòng)、角度偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)即可完成對(duì)鋼軌的打磨。方案 3 比較合適，制造簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，所以選擇方案 3

作為內(nèi)燃道岔軌面精磨機(jī)的設(shè)計(jì)方案。

5 、磨削原理

v方案 3 的磨削原理，見圖 3。采用樹脂砂輪進(jìn)行磨削，砂輪的中心線或中心線的平行線過鋼軌斷面圓弧的中心，且與圓弧相切，通過調(diào)整，調(diào)整角度 α，逐次完成鋼軌軌面圓弧面的打磨。按照方案 3 的磨削原理，樹脂砂輪中心線或中心線的平行線過鋼軌斷面圓弧中心且與圓弧相切，需要設(shè)計(jì)一系列機(jī)構(gòu)配合完成鋼軌軌面的打磨，需設(shè)計(jì)砂輪在鋼軌上的走行機(jī)構(gòu)，砂輪逐漸接近鋼軌的升降機(jī)構(gòu)，橫移機(jī)構(gòu)，為了實(shí)現(xiàn)相切的角度擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)砂輪運(yùn)轉(zhuǎn)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，由這一系列機(jī)構(gòu)共同來實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼軌軌面的打磨。

圖 3 樹脂砂輪磨削

6 、內(nèi)燃道岔軌面精磨機(jī)的總體機(jī)構(gòu)

內(nèi)燃道岔軌面精磨機(jī)的總體機(jī)構(gòu)，詳見圖 4。

圖 4 道岔軌面精磨機(jī)的總體機(jī)構(gòu)圖

7 、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

7.1 走行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

對(duì)于走行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要考慮以下幾點(diǎn)：打磨頭的縱向移動(dòng)，打磨頭的橫向移動(dòng)，走行機(jī)構(gòu)與鋼軌的絕緣問題，走行機(jī)構(gòu)自身的絕緣問題，方便運(yùn)輸?shù)膯栴}，與其他機(jī)構(gòu)的結(jié)合問題等。考慮打磨頭需縱向移動(dòng)及由于運(yùn)動(dòng)于鋼軌之上，設(shè)計(jì)走行機(jī)架并安裝 4 個(gè)尼龍絕緣輪分別跨騎于鋼軌之上；考慮打磨頭在打磨道岔部位軌頂面時(shí)需橫向移動(dòng)，走行機(jī)架需有足夠的長(zhǎng)度，根據(jù)目前道岔的使用情況，打磨頭的橫向移動(dòng)范圍初定 400 mm，即工作于走行機(jī)架的其余機(jī)構(gòu)在走行機(jī)架上的移動(dòng)范圍 0~400 mm；考慮走行機(jī)架的自身絕緣問題，在走行機(jī)架右端設(shè)計(jì)絕緣棒，將走行機(jī)架左右兩部分絕緣；考慮到機(jī)架便于運(yùn)輸?shù)膯栴}，將走行機(jī)架設(shè)計(jì)成可左右快速拆解的機(jī)構(gòu)。詳見圖 5。

圖 5 走行機(jī)架簡(jiǎn)圖

7.2 橫移機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

橫移機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要考慮了橫移距離、快速移動(dòng)、精確移動(dòng)等問題。由于橫移距離與走行機(jī)架配合工作，在設(shè)計(jì)橫向移動(dòng)時(shí)設(shè)計(jì)加長(zhǎng)絲桿配合螺母解決了橫向移動(dòng)的問題，并設(shè)計(jì)有快速螺母及快速夾緊機(jī)構(gòu)，既解決了快速移動(dòng)的問題，又具有精確移動(dòng)的功能。

7 .3 角度調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

角度調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要考慮了角度調(diào)整范圍問題、角度調(diào)整精度問題等。根據(jù)打磨質(zhì)量效果分析，打磨的角度范圍定在 10°~50°之間，此種范圍的調(diào)整可通過連桿活節(jié)螺母調(diào)整機(jī)構(gòu)完成，活節(jié)螺母設(shè)計(jì)成小螺距梯形螺紋，同時(shí)與活節(jié)螺母連接的角度調(diào)整絲桿設(shè)計(jì)成小間隙配合絲桿，絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)離合分度裝置完成角度的高精度調(diào)整。詳見圖 6、圖 7、圖 8、圖 9。

圖6 橫移快速螺母夾緊機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖7 活節(jié)螺母簡(jiǎn)圖

圖8 離合分度裝置筒

圖9 轉(zhuǎn)動(dòng)絲桿筒圖

7.4 升降、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要考慮了砂輪的利用率及砂輪角度擺動(dòng)范圍。砂輪的有效使用高度≤55 mm，所以在設(shè)計(jì)升降機(jī)構(gòu)時(shí)移動(dòng)機(jī)構(gòu)即移動(dòng)箱體的移動(dòng)距離確定為≤55 mm。設(shè)計(jì)升降絲桿升降螺母配合機(jī)構(gòu)，升降螺母固定在移動(dòng)箱體之上，通過轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)桿，帶動(dòng)升降絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)與升降螺母配合的移動(dòng)箱體的升降運(yùn)動(dòng)。由于砂輪、主軸、移動(dòng)箱體、彈性離合器相對(duì)固定，所以升降絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)就帶動(dòng)了砂輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要考慮以下幾點(diǎn)，傳動(dòng)級(jí)別盡量少，功率損耗少等。將傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成發(fā)動(dòng)機(jī)主軸通過彈性離合器連接，帶動(dòng)彈性離合器轉(zhuǎn)動(dòng)，彈性離合器的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸帶動(dòng)砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣的的直連方式滿足了傳動(dòng)級(jí)別盡量少的原則，功率損耗少，工作扭矩?fù)p失小。

升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖 10 所示的設(shè)計(jì)方式，減少了外形占用空間，機(jī)構(gòu)配比緊湊，不易造成裝配及攜帶不便的結(jié)果，此種方式可取。

圖 10 升降、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

8 、結(jié)束語

以上主要概述了鋼軌打磨機(jī)械國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，通過對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)用鋼軌軌型的研究，提出了內(nèi)燃道岔軌面精磨機(jī)的設(shè)計(jì)方案，通過對(duì)比分析，確定了設(shè)計(jì)原理，通過對(duì)走行機(jī)構(gòu)、橫移機(jī)構(gòu)、角度調(diào)整機(jī)構(gòu)、升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析，完成了內(nèi)燃道岔軌面精磨機(jī)的研究。內(nèi)燃道岔軌面精磨機(jī)解決了目前高鐵（提速）鐵路線路道岔軌頂面、正線軌頂面、尖軌非作用邊的打磨無打磨工具的問題，實(shí)用性強(qiáng)，操作便捷，是一款理想的精密打磨工具。

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