一种钢轨智能打磨小车的制作方法

本发明属于铁路钢轨廓形打磨的，涉及一种线路钢轨及道岔钢轨件使用的移动式廓形智能打磨设备，应用于铁路建设和维修领域线路钢轨及道岔钢轨的廓形打磨。

背景技术：

1、在现代的工务养护中，针对钢轨表面病害通过钢轨打磨进行廓面的养护，是高速与重载铁路线路养护维修工作中一个必不可少的环节。现代打磨技术可以有效延长钢轨寿命，保证运行中列车的安全和稳定性，降低铁路部门的运营成本。

2、铁路道岔是实现机车车辆转线或跨线运行的关键基础设施，具有型号众多、结构复杂、养护技术难度大等特点，其轮轨作用关系也更为复杂，极易出现异常磨耗、疲劳伤损、尖轨空吊、尖基轨离缝、焊缝接头不平顺等病害，需要通过打磨进行及时治理。

3、现有的道岔打磨车无法对受限区域进行打磨。道岔受限区域打磨基本上都是采用小型打磨器械跟进打磨，小机打磨道岔施工较为灵活，可对道岔受限区域进行跟进打磨，组织方便，但也存在以下问题：

4、(1)依赖于人工作业

5、小机打磨均为人工操作，打磨质量取决于打磨机操作人员的技术能力，存在差异性和不确定性。

6、(2)打磨效率低

7、以“5+2”作业模式为例，10名操作人员，每个天窗点最大限度是完成1组道岔的补强打磨工作。如果要完成成组的打磨，需要2个天窗点，也就是每个天窗最多能完成0.5组道岔的成组打磨。

8、(3)人员技术水平和经验要求高，不利于大规模使用

9、小机作业后的打磨质量与操作人员的技术能力和经验直接相关，现有打磨操作人员的培训并没有完整的培训体系和培训资料，很大程度需要靠长时间的工作经验和领悟才能成为成熟的操作人员。且小型养路机械操作人员流动性大，也增加了人员培养难度。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出一种智能钢轨廓形打磨小车，采用组合式结构，可自动按照设定打磨线路钢轨及道岔钢轨件，作业效率高，安全、环保、节能。

2、本发明钢轨智能打磨小车，由走行系统、打磨系统和控制系统三部分组成。

3、其中，车架为框架结构，左部或右部前后侧具有两根y轴直线导轨，用于安装打磨系统。车架左右前侧通过轮架安装于主动轮。车架左右后侧通过轮架安装有从动轮；两个主动轮通过其上安装的轮毂电机驱动转动。

4、上述车架左右两侧的主动轮与从动轮置于两条钢轨上，通过定位压紧机构实现横向定位。定位压紧机构包括侧向定位辊轮组与压紧辊轮组。其中，侧向定位辊轮组具有竖直方向位置可调节的辊轮，通过轮架固定安装于车架一侧主动轮架和从动轮架的支架上。压紧辊轮安装于车架另一侧边缘位置，具有可转动的摆杆，摆杆低端安装有辊轮与摆杆，通过转动摆杆，使辊轮靠近并贴合于钢轨侧面。

5、所述打磨系统具有y轴、a轴、z轴三个运动轴、磨头砂轮与驱动机构；通过打磨系统横移框架安装于走行系统的两根y轴直线导轨上。其中，y轴为水平横向，z轴为砂轮进刀轴，绕x轴方向转动为a轴。

6、其中，打磨系统横移框架前后位置通过直线轴承套接于两根y轴直线导轨上，通过驱动机构驱动，实现沿y轴直线导轨的移动。

7、磨头砂轮通过磨头支架安装于打磨系统横移框架上；磨头支架前后两端具有位置相对的前后两个连接端。其中前连接端与打磨系统横移框架前侧连接形成转动副，转动副轴线沿前后方向。后连接端与安装于打磨系统横移框架后侧的涡轮涡杆减速机相连。

8、所述磨头砂轮安装于磨头安装架上，通过磨头驱动机构驱动。其中磨头安装架为筒状结构，底端插接固定于磨头支架中部通孔内。磨头安装架内部通过轴承同轴安装有外螺纹转筒。同时外螺纹转筒内通过轴承同轴安装有转轴；转轴底端同轴固定安装有磨头砂轮。上述转筒与转轴通过磨头驱动机构驱动转动；磨头驱动机构包括伺服电机减速器b、打磨电机、主动齿轮与从动齿轮。其中，伺服电机减速器b安装于磨头安装架上的空心支撑板上，传动轴与磨头安装架轴向平行。支撑板内设置有主动齿轮，主动齿轮同轴固定于伺服电机减速器b的传动轴上。从动齿轮螺纹套接于转筒上，且与主动齿轮啮合；由此，通过伺服电机减速器b输出动力，由主动齿轮带动从动齿轮转动，实现转筒沿自身轴向移动，进而实现打磨砂轮沿z轴放心方向的进给或回退。

9、所述打磨电机输出轴同轴与转轴固连，通过打磨电机驱动转轴带动磨头砂轮转动，实现磨头砂轮打磨作业。

10、本发明钢轨智能打磨小车的控制系统采用工控机与plc控制方案，由动力蓄电池、电控系统蓄电池和供电充电管理系统组成的供配电模块供电。控制外设由传感器、伺服驱控器件与通信器件组成。控制系统具有打磨电机电流反馈控制功能。打磨电机转速恒定，磨头砂轮与钢轨不接触时，打磨电机的驱动电流小。当磨头砂轮与钢轨接触后，去除量越大，打磨电机的输出功率越大，驱动电流也越大，钢轨去除量与驱动电流之间具有一定的对应关系。在道岔高度变化较大钢轨打磨时，用电流反馈控制模式打磨；钢轨高度降低，磨头砂轮与钢轨间的压力减小，打磨电机驱动电流降低，控制系统检测到驱动电流降低后，自动控制打磨砂轮在z轴上的进给，磨头砂轮与钢轨间的压力增大，驱动电流上升至设定值。当钢轨高度上升，驱动电流增大，控制系统自动控制磨头砂轮回退，直到电流降低到设定值；通过保持打磨电机的驱动电流的稳定，实现钢轨的定量打磨。且在人工完成整个道岔的廓形测量后可导入控制系统，控制系统预先存储有道岔的目标廓形，控制系统将实测廓形与目标廓形进行比对，计算出钢轨不同位置的去除量，规划钢轨不同角度需要打磨的次数和每次的去除量，打磨小车自动来回运行，完成道岔钢轨的打磨。

11、本发明的优点在于：

12、1、本发明钢轨智能打磨小车，为智能打磨，降低了小型机械打磨作业对操作人员的技能要求，有利于钢轨打磨作业的普及。

13、2、本发明钢轨智能打磨小车，为组合式结构，同为人工转运的情况下，功率大，效率高。

14、3、本发明钢轨智能打磨小车，可预设打磨参数，实现廓形的自动打磨。

15、4、本发明钢轨智能打磨小车，采用伺服系统控制打磨角度，实现打磨角度的快速可调和精确控制。

技术特征：

1.一种钢轨智能打磨小车，其特征在于：由走行系统、打磨系统和控制系统三部分组成；

2.如权利要求1所述一种钢轨智能打磨小车，其特征在于：车架由前梁、后梁、左侧梁、右侧梁、加强梁与两根y轴直线导轨构成。其中，前梁、后梁、右侧梁、加强梁为一体结构框架；前梁与后梁前后平行设置；右侧梁垂直于前梁与后梁设置，两端分别与前梁和后梁右端相接。加强梁平行于右侧梁设置，两端分别与前梁和后梁相接，相接位置靠近前梁与后梁左端；

3.如权利要求1所述一种钢轨智能打磨小车，其特征在于：车架左侧与右侧前后对应位置安装有搬运把手；车架后侧中部安装有u型推杆两端与后梁间插接固定，使u型推杆末端位置高于车架用于手握；车架中部安装有支撑杆顶端固定安装有平台连杆，平台连杆上部向后弯曲，端部与安装平台背侧中心位置相接固定；安装平台上用于设置平板电脑；同时在支撑杆侧方设计有侧方支架用于固定安装控制柜。

4.如权利要求1所述一种钢轨智能打磨小车，其特征在于：侧向定位辊轮组包括辊轮安装柱、侧向定位辊轮、横杆与套筒；其中，辊轮安装柱为两个，竖直设置；两辊轮安装柱底端同轴安装有侧向定位辊轮；两辊轮安装柱顶部插接固定于横杆两端；套筒为两个，分别位于一安装板两侧；两套筒轴向沿竖直方向，分别套于前述两辊轮安装柱上；通过上下移动横杆，使侧向定位辊轮沿竖直方向移动。

5.如权利要求1所述一种钢轨智能打磨小车，其特征在于：侧向定位辊轮同侧车架上还安装有辅助辊轮；辅助滚轮包括辅助辊轮、连接杆与套筒；其中，套筒与车架间相对固定，轴向沿左右方向；连接杆为l型杆，一端插接于套筒内，可沿套筒轴向移动，另一端同轴套接有辅助辊轮，通过移动连接杆使辅助辊轮与钢轨侧部贴合。

6.如权利要求1所述一种钢轨智能打磨小车，其特征在于：车架上还安装有换向机构用于抬起打磨小车换向，安装于车架中部，为一丝杠螺母机构，包括手轮、丝杆与圆盘；其中，丝杆垂直于车架所在平面设置，通过螺纹安装于车架的加强梁中心位置接触；丝杆顶端与底端分别同轴固定安装有手轮与圆盘；在走形系统需要换向时，扳动手轮旋转丝杆，进而调节圆盘纵向位置；当圆盘与地面接触后，进一步旋转丝杆，使圆盘继续向下运动，抬高车架，进而转动打磨车可使打磨车调向。

7.如权利要求1所述一种钢轨智能打磨小车，其特征在于：打磨系统中的驱动机构包括伺服电机减速器a与丝杠；其中，伺服电机减速器a安装于车架上，传动轴平行于y轴直线导轨设置；同时传动轴同轴连接丝杠，丝杠上套接有丝杠螺母，丝杠螺母与打磨系统横移框架相连。

8.如权利要求1所述一种钢轨智能打磨小车，其特征在于：磨头支架的前连接端与后连接端端部安装有测量机构；测量机构由摆臂、辊轮与拉簧组成；其中辊轮通过轮轴安装于摆臂前端；摆臂末端通过转轴穿过连接端端部上的通孔，转轴两端安装有挡板限制转轴轴向位置；同时，摆臂中部还设计有接头，拉簧一端与接头连接，另一端套接于转轴两端挡板间安装有的连接轴上；通过拉簧向摆杆施加拉力，使前后两套测量机构中摆杆具有绕转轴相对转动的趋势；转轴上还安装有编码器，用于测量摆杆相对于a轴轴心的角度；打磨过程中，通过拉簧使辊轮始终与钢轨接触，通过测量摆杆相对于a轴轴心的角度和测量轮的直径计算出钢轨表面至a轴轴心的距离。

9.如权利要求1所述一种钢轨智能打磨小车，其特征在于：控制系统采用工控机与plc控制方案，由动力蓄电池、电控系统蓄电池和供电充电管理系统组成的供配电模块供电。控制外设由传感器、伺服驱控器件与通信器件组成；控制系统具有打磨电机电流反馈控制功能；打磨电机转速恒定，磨头砂轮与钢轨不接触时，打磨电机的驱动电流小；当磨头砂轮与钢轨接触后，去除量越大，打磨电机的输出功率越大，驱动电流也越大，钢轨去除量与驱动电流之间具有一定的对应关系；在道岔高度变化较大钢轨打磨时，用电流反馈控制模式打磨；钢轨高度降低，磨头砂轮与钢轨间的压力减小，打磨电机驱动电流降低，控制系统检测到驱动电流降低后，自动控制打磨砂轮在z轴上的进给，磨头砂轮与钢轨间的压力增大，驱动电流上升至设定值；当钢轨高度上升，驱动电流增大，控制系统自动控制磨头砂轮回退，直到电流降低到设定值；通过保持打磨电机的驱动电流的稳定，实现钢轨的定量打磨。

10.如权利要求1所述一种钢轨智能打磨小车，其特征在于：人工完成整个道岔的廓形测量后导入控制系统，控制系统预先存储有道岔的目标廓形，控制系统将实测廓形与目标廓形进行比对，计算出钢轨不同位置的去除量，规划钢轨不同角度需要打磨的次数和每次的去除量，打磨小车自动来回运行，完成道岔钢轨的打磨。

技术总结
本发明公开一种钢轨智能打磨小车，设计有可实现钢轨上行走走行机构，该走行机构在钢轨上的定位通过车架两侧设计的由多组滚轮构成的定位压紧机构实现；走行机构在钢轨上的方向转换通过在走行机构中心设计的换向机构实现。设计有打磨系统具有横向轴、砂轮进刀轴以及绕轨长方向转动轴三个运动轴，通过控制系统控制实现钢轨打磨。同时，还设计有测量机构，在打磨过程中，使其中的连杆末端辊轮始终与钢轨接触；通过测量连杆转动角度以及滚轮直径可计算磨头砂轮端面距钢轨面相对位置。控制系统采用工控机+PLC控制，具有打磨电机电流反馈控制以及打磨工艺自动规划的功能。本发明可自动按照设定打磨线路钢轨及道岔钢轨件，作业效率高，安全、环保、节能。

技术研发人员：龚继军,崔容义,钟浩,蒋俊,王军平,马德礼,李应平,王攀杰,李昊安,刘麦,龙作虹,李晨,罗玉林
受保护的技术使用者：中铁物总运维科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/9