專利名稱：適用于鋼軌修磨的移動式數控磨削裝置及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種適用于鋼軌修磨的移動式數控磨削裝置及其控制方法。
背景技術：
高速鉄路、地鐵以及城際列車在我國正高速發展，普遍時速運行在250km以上，京津城際列車的最高時速甚至超過了 350km，而鋼軌是承載列車的主要基礎，如此高的列車運行速度，對鋼軌的表面粗糙度和平順度等指標提出了苛刻的要求，但鋼軌在高速運行狀態下，磨損和病害容易加劇，這雙重問題就使鋼軌的病害修復成為重要內容，目前國際上鋼軌修磨車主要有兩種形式，一種是打磨成形，通過多頭砂輪組成成型進行磨削，這種方式只能對損壞較小的鋼軌進行修磨，碰到較大的損壞時，要靠人工先打磨再成型修復，同時多頭砂輪的磨損難以一致，磨削精度較低；第二種則是采用銑磨車的方式，先采用成型銑刀輪進行高速銑削，然后采用寬砂輪成型磨削，消除銑削加工誤差和成型接ロ菱角，這種方式加工精 度較高，磨削范圍較廣，但其中的磨裝置主要采用簡易數控和人工控制結合的方式，工作效率低，安全隱患大。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足而提供一種功能完善、工作效率高、磨削效率高及磨削精度高、自動化程度高的適用于鋼軌修磨的移動式數控磨削裝置及其控制方法。一種適用于鋼軌修磨的移動式數控磨削裝置，包括支撐架、數控系統和用于帶動支撐架與鋼軌產生相對運動的運動裝置，所述支撐架上設有砂輪、帶動所述砂輪旋轉的主軸系統和帶動所述主軸系統在垂直方向運動的推動裝置，所述支撐架上還設有與所述主軸系統連接并且接收和分析所述砂輪的扭矩反饋量的砂輪自適應反饋裝置，所述推動裝置向下運動時可以給所述主軸系統ー個可控的正壓力，所述推動裝置上還設置有下推裝置，所述下推裝置的底部安裝有定位靴，所述定位靴在工作時與所述砂輪均處于鋼軌磨削面上，所述砂輪自適應反饋裝置通過所述數控系統與所述下推裝置連接，并且通過所述砂輪的扭矩反饋量控制所述下推裝置上下移動的移動量。本發明中，所述下推裝置為縱向伺服給進系統，所述縱向伺服給進系統的運動端與所述定位靴連接。本發明中，所述側向精密定位裝置安裝在所述定位靴上，所述側向精密定位裝置內部安裝有使所述側向精密定位裝置始終緊貼在鋼軌的內側面的彈簧機構，所述側向精密定位裝置通過檢測所述側向精密定位裝置相對移動距離的光柵傳感器或電渦流位移傳感器與數控系統連接并且通過數控系統控制橫向伺服進給系統帶動所述砂輪向內或外移動。本發明中，所述支撐架通過機械臂與架體連接，所述砂輪、主軸系統和砂輪自適應反饋裝置固定在所述架體上，所述機械臂包括橫向導軌、十字拖板以及由所述數控系統控制的橫向伺服進給系統，所述十字拖板通過橫向伺服進給系統、橫向導軌安裝在支撐架上，所述推動裝置為油缸，所述架體通過所述油缸安裝在所述十字拖板上。本發明中，還包括自定位移動防護罩，所述自定位移動防護罩包括固定架和移動防護罩，所述固定架安裝在架體上，所述移動防護罩體通過自適應移動裝置安裝在所述固定架上，所述移動防護罩體罩設在所述砂輪上，所述自適應移動裝置通過所述砂輪自適應反饋裝置控制并且與所述下推裝置聯動。本發明中，所述自定位移動防護罩的固定架外安裝有吸塵裝置，所述吸塵裝置中設置有補氣ロ。本發明中，所述砂輪與需要磨削的鋼軌設有4度 6度的夾角。本發明中,所述砂輪采用外圓磨削且所述砂輪表面線速度為20_30m/s。本發明中，所述砂輪采用剛玉砂輪。
本發明中，所述用于帶動支撐架與鋼軌產生相對運動的運動裝置為軌道工程車，所述支撐架安裝在鉄路工程車的車架底板上。一種適用于鋼軌修磨的移動式數控磨削裝置的控制方法，所述主軸系統將所述主軸系統中控制所述砂輪旋轉的電機的扭矩值通過所述砂輪自適應反饋裝置反饋到所述數控系統中，通過與所述數控系統中的扭矩設定值進行對比得出所述砂輪磨削量是否正常，得出下推裝置的上下移動量，最后數控系統控制所述下推裝置使得定位靴的上下運動從而控制砂輪磨削量；當鋼軌轉彎時，所述側向精密定位裝置通過電渦流位移傳感器或磁柵傳感器將位移的變化量轉換為電信號通過所述數控系統處理，然后數控系統控制橫向伺服進給系統帶動所述砂輪向內或外移動，從而保持砂輪始終正對鋼軌表面。采用上述方案，本裝置具有如下優點I、將本裝置直接安裝在運動基體(這里的運動基體為軌道工程車或其它在鋼軌上運動的載體)上，采用磨床移動的運動式磨削方式，實現對鋼軌等長條零件的精密磨削，隨車磨削不需要額外的人力物力，使用方便。2、應用砂輪自適應反饋裝置通過定位靴和側向精密定位裝置控制砂輪在上下坡和轉彎時能自適應鋼軌的變化，砂輪自適應反饋裝置通過下推裝置使得定位靴的上下運動從而控制砂輪磨削量；側向精密定位裝置將位移變化轉換為電信號，通過計算機程序控制，由橫向伺服電機驅動砂輪向內或外移動，從而保持砂輪始終正對鋼軌表面，從而實現閉環控制砂輪的磨削進給，在砂輪磨損和磨削余量不均勻時，砂輪自動進退，實現恒磨除量磨削。3、采用自定位移動防護罩全包絡砂輪和磨削區域，并通過吸塵裝置自動收集粉塵，實現無塵和安全磨削。4、砂輪與需要磨削的鋼軌設有4度 6度的夾角，這樣隨著軌道工程車的前行，砂輪始終成ー個角度磨削鋼軌表面，可以使整個砂輪橫剖面與鋼軌的凸形橫剖面全面接觸，并使砂輪與鋼軌接觸面形狀相匹配；可以使砂輪相對鋼軌的磨削接觸面積增加，減少砂輪單位時間損耗的材料量，減少磨削發熱和砂輪的局部不均勻磨損。
圖I為本發明的主視圖。
圖2為本發明的后視圖。圖3為本發明的左視圖。
具體實施例方式下面結合附圖，詳細說明ー種適用于鋼軌修磨的移動式數控磨削裝置及其控制方法的具體實施方式
。如圖1、2、3，一種適用于鋼軌修磨的移動式數控磨削裝置包括橫向導軌I、橫向伺服進給系統2、支撐架3、縱向伺服給進系統4、油缸5、砂輪自適應反饋裝置6、自定位移動防護罩7、吸塵裝置8、主軸系統9、砂輪10、側向精密定位裝置11、定位靴12、十字拖板13、縱向導軌14、鋼軌15等零部件，所述支撐架上安裝有兩套相互獨立的可橫向自由移動的機械臂，所述機械臂由數控系統控制，所述機械臂上安裝有磨削裝置，所述機械臂包括橫向導軌 I、十字拖板13以及由所述數控系統控制的橫向伺服進給系統2，所述十字拖板13通過橫向導軌I安裝在支撐架3上，所述橫向伺服進給系統2控制所述十字拖板13的橫向運動，從而完成砂輪左右移動功能，所述架體通過所述縱向導軌14安裝在所述十字拖板13上，并且通過安裝在所述十字拖板13上方的油缸5實現架體的上下移動，從而控制砂輪9上下移動，所述油缸向上可以承受整個架體的自重力，向下可以給予架體一個可控的正壓力，所述架體的下方安裝有主軸系統9，所述主軸系統9上安裝有砂輪10，所述砂輪10與需要磨削的鋼軌15設有4度 6度的夾角，所述架體上固定有縱向伺服給進系統4，所述縱向伺服給進系統4的活塞端安裝有定位靴12，所述定位靴12由縱向伺服給進系統4控制相對砂輪10位置移動，定位靴12底部在磨削時與所述砂輪10的底部處于同一水平面上，定位靴12始終與鋼軌15表面接觸，承受由縱向伺服給進系統4給予的向下正壓力，由定位靴12的上下移動控制砂輪10相對鋼軌15表面進刀和退刀，所述定位靴12的移動則由砂輪自適應反饋裝置6來控制，所述砂輪自適應反饋裝置6與砂輪10的主軸系統9連接，所述主軸系統9將所述主軸系統9中控制所述砂輪10旋轉的電機的扭矩值反饋到所述砂輪自適應反饋裝置6中，通過與所述砂輪自適應反饋裝置6中的扭矩設定值進行對比得出所述砂輪10磨削量是否正常，再將反饋值反饋到數控系統，數控系統控制所述縱向伺服給進系統4的定位靴12上下運動距離來控制砂輪磨削量，當砂輪10磨損或者鋼軌15上坡和下坡引起磨削量產生變化時，所述砂輪自適應反饋裝置6將感應磨削扭矩的變化，并發出相應信號傳輸給數控系統，由數控系統控制縱向伺服給進系統4使得定位靴12上下移動，從而控制砂輪10的上下移動，保證對鋼軌15的恒磨除量磨削。所述側向精密定位裝置11安裝在定位靴12上，內部裝有彈簧機構，使側向精密定位裝置11始終緊貼在鋼軌15的內側面，當鋼軌15進入彎道時，側向精密定位裝置11會產生相對移動，其移動距離通過光柵傳感器檢測讀數后輸入到數控系統，由數控系統控制整個定位靴12和砂輪10部分向彎道方向移動，從而保證砂輪10隨著鋼軌15的彎道自動跟隨移動。在整個移動磨削過程中，用所述自定位移動防護罩7的固定架部分安裝在架體上，移動防護罩體部分通過自適應移動裝置安裝在固定架上，移動防護罩體的底面始終靠在鋼軌15表面，依靠自重可隨著砂輪10的磨損變小，自動移動定位，始終將砂輪10保護在一個封閉的空間中，自適應移動裝置通過所述砂輪自適應反饋裝置6控制并且與所述縱向伺服給進系統4聯動，所述吸塵裝置8安裝在自定位移動防護罩7的固定架上，實時將磨削粉塵抽走，為防止形成真空，吸塵裝置8中設置有補氣ロ。上述橫向導軌I、縱向導軌14、橫向伺服進給系統2和縱向伺服進給系統4的各軸移動既可以單軸控制，也可以多通道同時聯動控制，支撐采用直線滾柱導軌支撐，驅動采用絲桿驅動，橫向導軌I、縱向導軌14具有極限位置定位，兩重位置檢測和反饋裝置，確保直線軸的移動安全和磨削定位。主軸系統9采用滾動軸承結構，皮帶傳動，砂輪表面線速度為20-30m/s，砂輪采用剛玉砂輪，外圓磨削，砂輪外圓表面按照軌道形狀定制，整個磨削過程中不再修整。上述油缸向上可以承受整個架體的自重力，向下可以給予架體一個可控的正壓力，可控的正壓カ具體是指架體在油缸的支撐下可以依靠其自重向下運動，而且這個向下運動通過油缸起一個支撐和緩沖的作用，使得架體是勻速下落，這樣使得砂輪10可以一直保持在鋼軌15上，當架體下行到油缸限定位置后，可通過油缸提升，砂輪10貼向軌道表面， 通過將主軸系統9中控制所述砂輪10旋轉的電機的扭矩值反饋到所述砂輪自適應反饋裝置6中，一方面，與所述砂輪自適應反饋裝置6中的扭矩設定值進行對比得出所述砂輪10磨削量是否正常，再將反饋值反饋到數控系統，數控系統控制所述縱向伺服給進系統4使得定位靴12上下運動，當砂輪正常磨削吋，電機扭矩為設定值，當砂輪磨損，磨削余量減小吋，電機扭矩將減小與設定值之間存在ー個差值，當差值到達一定極限值后，數控系統將發出指令，控制縱向伺服進給系統4帶動定位靴12向上移動，砂輪在自重作用下進給，當磨削余量増加，電機扭矩值到達正常范圍時，縱向伺服進給系統4停止進給，以此類推，當磨削余量突然増加，電機扭矩值升高到設定安全值時，系統將認為是砂輪10產生碰撞，控制縱向伺服進給系統4帶動定位靴12迅速向下進給,抬起砂輪10,起到安全保護作用。磨削過程為干磨削，在砂輪外部設有砂輪防護裝置6，后部開設吸塵ロ，將磨削和砂輪灰塵吸收。所述數控系統采用西門子840D數控系統、611D驅動系統和S7PLC進行驅動控制。基本工作原理如下磨床通過支撐架3整體倒立式安裝在火車的車身底部，砂輪10與鋼軌15直線方向成一定角度(4-6° )斜置，安裝在十字拖板13上，由橫向伺服進給系統2驅動將砂輪10對準鋼軌15，通過油缸5將整個主軸系統9向下靠近鋼軌表面，直到定位靴12壓在鋼軌15表面上，采用縱向伺服給進系統4驅動定位靴12上下移動，間接控制砂輪10的上下移動，而定位靴12的移動動作，又通過砂輪自適應反饋裝置6來控制，當砂輪磨損或者鋼軌出現上坡、下坡和不規則突起時，其實際磨除量會產生變化，自適應反饋裝置可通過檢測磨削扭矩變化等方式，自動控制定位靴12的上下移動間接控制砂輪的進刀和退刀，從而實現砂輪不需要修正，依靠自銳進行精確定位磨削，整個磨床系統跟隨火車向前運動，兩個砂輪在前進運動過程中，采用“喂刀”方式完成自動鋼軌修磨，當鋼軌進入彎道時，磨床可通過側向精密定位裝置11來控制橫向伺服進給系統實時移動，以保證砂輪10始終覆蓋鋼軌15全表面磨削。整個磨削過程采用干磨削方式，自定位移動防護罩7將砂輪10和磨削區域始終全包絡，并通過吸塵裝置8自動收集磨削粉塵，既環保又安全。
權利要求
1.一種適用于鋼軌修磨的移動式數控磨削裝置，包括支撐架、數控系統和用于帶動支撐架與鋼軌產生相對運動的運動裝置，所述支撐架上設有砂輪、帶動所述砂輪旋轉的主軸系統和帶動所述主軸系統在垂直方向運動的推動裝置，其特征在干所述支撐架上還設有與所述主軸系統連接并且接收和分析所述砂輪的扭矩反饋量的砂輪自適應反饋裝置，所述推動裝置向下運動時可以給所述主軸系統ー個可控的正壓力，所述推動裝置上還設置有下推裝置，所述下推裝置的底部安裝有定位靴，所述定位靴在工作時與所述砂輪均處于鋼軌磨削面上，所述砂輪自適應反饋裝置通過所述數控系統與所述下推裝置連接，并且通過所述砂輪的扭矩反饋量控制所述下推裝置上下移動的移動量。
2.根據權利要求I所述的適用于鋼軌修磨的移動式數控磨削裝置，其特征在于所述下推裝置為縱向伺服給進系統，所述縱向伺服給進系統的運動端與所述定位靴連接。
3.根據權利要求2所述的適用于鋼軌修磨的移動式數控磨削裝置，其特征在于所述支撐架通過機械臂與架體連接，所述砂輪、主軸系統和砂輪自適應反饋裝置固定在所述架體上，所述機械臂包括橫向導軌、十字拖板以及由所述數控系統控制的橫向伺服進給系統，所述十字拖板通過橫向伺服進給系統、橫向導軌安裝在支撐架上，所述推動裝置為油缸，所述架體通過所述油缸安裝在所述十字拖板上。
4.根據權利要求3所述的適用于鋼軌修磨的移動式數控磨削裝置，其特征在于所述側向精密定位裝置安裝在所述定位靴上，所述側向精密定位裝置內部安裝有使所述側向精密定位裝置始終緊貼在鋼軌的內側面的彈簧機構，所述側向精密定位裝置通過檢測所述側向精密定位裝置相對移動距離的光柵傳感器或電渦流位移傳感器與數控系統連接并且通過數控系統控制橫向伺服進給系統帶動所述砂輪向內或外移動。
5.根據權利要求4所述的適用于鋼軌修磨的移動式數控磨削裝置，其特征在于還包括自定位移動防護罩，所述自定位移動防護罩包括固定架和移動防護罩，所述固定架安裝在架體上，所述移動防護罩體通過自適應移動裝置安裝在所述固定架上，所述移動防護罩體罩設在所述砂輪上，所述自適應移動裝置通過所述砂輪自適應反饋裝置控制并且與所述下推裝置聯動。
6.根據權利要求5所述的適用于鋼軌修磨的移動式數控磨削裝置，其特征在于所述自定位移動防護罩的固定架外安裝有吸塵裝置，所述吸塵裝置中設置有補氣ロ。
7.根據權利要求2或3所述的適用于鋼軌修磨的移動式數控磨削裝置，其特征在于所述砂輪與需要磨削的鋼軌設有4度 6度的夾角。
8.根據權利要求7所述的適用于鋼軌修磨的移動式數控磨削裝置，其特征在于所述砂輪采用外圓磨削且所述砂輪表面線速度為20-30m/s。
9.根據權利要求8所述的適用于鋼軌修磨的移動式數控磨削裝置，其特征在于所述砂輪米用剛玉砂輪。
10.根據權利要求3所述的適用于鋼軌修磨的移動式數控磨削裝置，其特征在于所述用于帶動支撐架與鋼軌產生相對運動的運動裝置為軌道工程車，所述支撐架安裝在鐵路エ程車的車架底板上。
11.一種適用于鋼軌修磨的移動式數控磨削裝置的控制方法，利用權利要求I至10所述的移動式數控磨削裝置，其特征在于所述主軸系統將所述主軸系統中控制所述砂輪旋轉的電機的扭矩值通過所述砂輪自適應反饋裝置反饋到所述數控系統中，通過與所述數控系統中的扭矩設定值進行對比得出所述砂輪磨削量是否正常，得出下推裝置的上下移動量，最后數控系統控制所述下推裝置使得定位靴的上下運動從而控制砂輪磨削量； 當鋼軌轉彎時，所述側向精密定位裝置通過電渦流位移傳感器或磁柵傳感器將位移的變化量轉換為電信號通過所述數控系統處理，然后數控系統控制橫向伺服進給系統帶動所述砂輪向內或外移動，從而保持砂輪始終正對鋼軌表面。
全文摘要
一種適用于鋼軌修磨的移動式數控磨削裝置及其控制方法，所述支撐架安裝運動基體上，所述支撐架上安裝有兩套相互獨立的可橫向移動的機械臂，所述機械臂由數控系統控制，所述機械臂的運動端上安裝有磨削裝置，所述磨削裝置包括架體、砂輪自適應反饋裝置、定位靴、主軸系統和砂輪，所述架體的下方安裝有主軸系統，所述主軸系統上安裝有砂輪，所述架體上通過縱向伺服給進系統和縱向導軌安裝有定位靴，所述縱向伺服給進系統由所述數控系統控制，所述定位靴的底部在磨削時與所述砂輪的底部處于同一水平面上，所述砂輪自適應反饋裝置與所述砂輪的主軸系統連接，并且所述砂輪與鋼軌摩擦磨削的變化量通過所述砂輪自適應反饋裝置反饋給所述數控系統，本發明具有功能完善、工作效率高、磨削效率高及磨削精度高、自動化程度高等特點。
文檔編號B24B55/06GK102837236SQ201210336900
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月13日 優先權日2012年9月13日
發明者彭克立, 方健康, 黃貴剛, 陽湘湘, 呂國慶, 張育平, 王清標, 吳耀, 張占峰 申請人:湖南海捷精密工業有限公司, 昆明中鐵大型養路機械集團有限公司