新型鋼軌焊前除銹機(jī)的研制

王 雙

（華東交通大學(xué)，江西 南昌330013）

0 引言

當(dāng)前，鐵路運(yùn)輸朝著高速化、重載化不斷發(fā)展，使得鐵道線路面臨著越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，超長無縫線路是鐵道線路的發(fā)展方向。作為無縫線路的基本單元——500 m焊接長鋼軌，在焊軌基地由若干25～100 m的短鋼軌用閃光焊焊機(jī)焊接而成，其焊接質(zhì)量直接影響車輛的行車安全?；陂W光焊焊接的特點(diǎn)——用大電流快速給鋼軌端部加溫，使鋼軌端部呈熱熔狀態(tài)以對(duì)接兩段鋼軌，這個(gè)過程需要焊機(jī)的電極與鋼軌之間有良好的導(dǎo)電性。焊機(jī)電極與鋼軌間的導(dǎo)電部位位于鋼軌的軌頂、軌底位置，如鋼軌端部的銹蝕部分、粘貼在鋼軌端部的條形碼標(biāo)簽不清除徹底就會(huì)降低導(dǎo)電性。然而，目前國內(nèi)鋼軌基本都是露天存放，在進(jìn)行焊接之前鋼軌大多已經(jīng)銹蝕，為使鋼軌與焊機(jī)電極有良好的導(dǎo)電性，確保焊接接頭質(zhì)量，必須在焊前對(duì)鋼軌進(jìn)行除銹作業(yè)。目前，我國絕大多數(shù)焊軌基地鋼軌焊前除銹工序都存在如下缺陷：

（1）采用手持式砂輪機(jī)進(jìn)行人工除銹。這種除銹方法因除銹后的鋼軌與焊機(jī)電極不能完全密貼，導(dǎo)致兩者間的接觸電阻大，影響導(dǎo)電性，同時(shí)由于采用人工作業(yè)，還存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、灰塵大污染環(huán)境、所需人員多且砂輪消耗量大等不足。

（2）采用鋼絲刷或千葉輪進(jìn)行除銹工作。軌頂、軌底除銹壓力不可調(diào)，導(dǎo)致除銹作業(yè)時(shí)容易傷損鋼軌（俗稱打虧）或除銹不徹底。軌端除銹采用筒形鋼絲刷，新滾筒除銹效果好，作業(yè)一段時(shí)間滾筒受到磨損，除銹效果下降較多。

（3）除銹區(qū)域的長、寬尺寸無法滿足要求，且容易出現(xiàn)盲區(qū)，需要人工打磨補(bǔ)足。

針對(duì)上述焊軌基地的實(shí)際情況，軌頂、軌底除銹機(jī)構(gòu)采用彈性接觸輪與鋼軌接觸，除銹作業(yè)沿鋼軌橫向進(jìn)行，杯型扭絲鋼絲刷對(duì)軌端除銹的加工工藝克服了除銹深度不可控、容易磨虧鋼軌、軌端除銹效果不佳、設(shè)備自動(dòng)化程度不高、除銹區(qū)域偏離預(yù)定區(qū)域等問題。設(shè)備在幾個(gè)作業(yè)位的切換采用格雷母線定位技術(shù)，絕對(duì)坐標(biāo)和非接觸檢測方式解決了縱向定位精度和可靠性的問題。利用PLC控制設(shè)備的自動(dòng)走行、自動(dòng)作業(yè)過程，此外還采用了擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、砂帶張緊快換機(jī)構(gòu)、調(diào)偏機(jī)構(gòu)保證除銹深度及寬度的精確控制。這些技術(shù)的采用可以保證設(shè)備在使用過程中的作業(yè)質(zhì)量和效率，同時(shí)由于這些技術(shù)和設(shè)備在現(xiàn)階段機(jī)床行業(yè)中使用成熟、普及率較高，也使得設(shè)備的可維護(hù)性好。在鋼軌焊前除銹機(jī)上配有防塵罩和除塵裝置，能有效收集作業(yè)過程中產(chǎn)生的粉塵及鐵屑，防止污染環(huán)境及設(shè)備。

1 機(jī)床主要機(jī)構(gòu)和功能

（1）移動(dòng)小車：由車架、走行油缸、防護(hù)罩等組成。車架用于安裝走行機(jī)構(gòu)、各種作業(yè)機(jī)構(gòu)、夾具等，兩端有防撞緩沖裝置，底部設(shè)置有走行油缸和格雷母線定位裝置。走行油缸可進(jìn)行高低速自動(dòng)切換，小車上安裝有整體防護(hù)罩，將所有機(jī)構(gòu)全部罩住，并裝有鋼化玻璃門及檢修門，以便機(jī)床維護(hù)和觀察，并進(jìn)一步防止銹塵污染環(huán)境。

（2）鋼軌夾具：分為岸邊夾具和固定夾具。1）岸邊夾具包括安裝支架、支撐滾輪、導(dǎo)向滾輪、夾緊導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、夾緊油缸，在設(shè)備基坑兩側(cè)各安裝一個(gè)，用于除銹作業(yè)時(shí)夾緊鋼軌，夾緊方式為軌頂下壓式。2）固定夾具包括安裝支架、支撐滾輪、導(dǎo)向滾輪、夾緊滾輪、夾緊油缸，在車架兩側(cè)各安裝一個(gè)，用于除銹作業(yè)時(shí)夾緊鋼軌，夾緊方式為滾輪下壓式。

岸邊夾具和固定夾具的鋼軌限位分別采用夾緊導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和夾緊滾輪實(shí)現(xiàn)，位置均可調(diào)，可適應(yīng)不同型號(hào)的鋼軌。

（3）除銹機(jī)構(gòu)：分為軌端除銹機(jī)構(gòu)、軌頂除銹機(jī)構(gòu)、軌底除銹機(jī)構(gòu)。1）軌端除銹機(jī)構(gòu)由扭絲鋼絲刷、安裝座、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、油缸、皮帶、防塵罩等組成，軌端除銹機(jī)構(gòu)安裝在車架上，沿鋼軌端面上下擺動(dòng)進(jìn)行端面除銹作業(yè)。2）軌頂除銹機(jī)構(gòu)由安裝支架、張緊快換機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、砂帶、接觸輪、升降油缸、調(diào)偏機(jī)構(gòu)等組成，軌頂除銹機(jī)構(gòu)安裝在車架上，沿鋼軌橫向進(jìn)行軌頂除銹作業(yè)。3）軌底除銹機(jī)構(gòu)由安裝支架、張緊快換機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、砂帶、接觸輪、升降油缸、調(diào)偏機(jī)構(gòu)等組成，軌底除銹機(jī)構(gòu)安裝在車架上，沿鋼軌橫向進(jìn)行軌底除銹作業(yè)。

（4）除塵系統(tǒng)：在砂帶和鋼絲刷磨削頭處采用軟管與除塵裝置連接，將絕大部分粉塵吸收，未吸收部分由防塵罩全部封閉在罩內(nèi)，定期用吸塵器清理，這就有效避免了環(huán)境污染。

2 液壓系統(tǒng)

采用單泵多回路的開式系統(tǒng)，由液壓動(dòng)力站、比例流量壓力閥、換向閥組、油缸等組成，控制移動(dòng)小車、鋼軌夾具、除銹機(jī)構(gòu)等動(dòng)作。

液壓動(dòng)力站為整個(gè)液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力，通過對(duì)比例流量壓力閥的放大板輸入電壓的控制，可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)回路對(duì)應(yīng)一個(gè)壓力和流量值，互不影響，從而極大地節(jié)省能源，減少發(fā)熱，提高系統(tǒng)效率。

液壓動(dòng)力站主要由電機(jī)、油泵、比例流量壓力閥、散熱器等組成，電機(jī)剛啟動(dòng)時(shí)，比例流量壓力閥輸入信號(hào)為0，油泵空載啟動(dòng)，當(dāng)系統(tǒng)中有回路需要?jiǎng)幼鲿r(shí)，控制系統(tǒng)輸入一個(gè)相應(yīng)的壓力和流量信號(hào)給比例壓力流量閥，比例流量壓力閥加載，輸出對(duì)應(yīng)的流量和壓力，油泵多余的流量通過比例流量壓力閥直接回油箱。系統(tǒng)回油通過散熱器進(jìn)行散熱，保證系統(tǒng)油溫在合適的范圍內(nèi)。動(dòng)力站上還設(shè)置有壓力傳感器、液位開關(guān)、溫度傳感器等輔助元件。

控制閥組根據(jù)回路需要，由液壓換向閥和液壓鎖、節(jié)流閥等組成，控制油缸的運(yùn)動(dòng)及換向，油缸速度由動(dòng)力站上的比例流量壓力閥控制?？刂崎y組控制固定夾具油缸、岸邊夾具油缸、軌端除銹油缸、軌頂除銹油缸、軌底除銹油缸、擺動(dòng)油缸、走行油缸等。通過液壓鎖實(shí)現(xiàn)油缸的鎖定。

當(dāng)閥組都不工作時(shí)，比例流量壓力閥無信號(hào)輸入，系統(tǒng)處于低壓待機(jī)狀態(tài)。

3 電氣控制系統(tǒng)

3．1 功能

（1）鋼軌定位及保護(hù)功能：設(shè)備左右各布置兩個(gè)光電開關(guān)，內(nèi)側(cè)兩個(gè)光電開關(guān)未感應(yīng)到鋼軌且外側(cè)兩個(gè)光電開關(guān)感應(yīng)到鋼軌，在此條件下判定鋼軌停止到位，此時(shí)控制箱上的指示燈亮，方可開始除銹作業(yè)，否則設(shè)備將不能進(jìn)行任何動(dòng)作，以免設(shè)備損壞。

（2）軌端除銹自動(dòng)定位功能：鋼軌停止到位后，軌端除銹電機(jī)啟動(dòng)，鋼絲刷開始旋轉(zhuǎn)，設(shè)備工進(jìn)靠近軌端，此時(shí)由于負(fù)載逐漸增大，當(dāng)電機(jī)電流增大到預(yù)設(shè)值時(shí)，開始沿軌端上下擺動(dòng)進(jìn)行除銹作業(yè)。此時(shí)格雷母線定位系統(tǒng)記錄設(shè)備位置，作為調(diào)整作業(yè)位置的參考點(diǎn)。

3 給藥方法 對(duì)照組給予氨溴索注射液 （云南龍海天然植物藥業(yè)有限公司生產(chǎn)，批準(zhǔn)文號(hào)：國藥準(zhǔn)字H20094233）30 mg加入氯化鈉注射液100 mL靜脈滴注 （靜滴），bid，療程7 d；烏司他丁注射液 （廣東天普生化醫(yī)藥股份有限公司生產(chǎn)，批準(zhǔn)文號(hào)：國藥準(zhǔn)字H19990134）30萬U加入氯化鈉注射液100 mL靜滴，bid，療程14 d。觀察組在對(duì)照組治療基礎(chǔ)上，同時(shí)加用依達(dá)拉奉注射液 （南京先聲東元制藥有限公司生產(chǎn)，批準(zhǔn)文號(hào)：國藥準(zhǔn)字H20050280）30 mg加入氯化鈉注射液100 mL靜滴30 min，bid，療程14 d。

（3）軌頂、軌底自動(dòng)除銹功能：采用接近開關(guān)，控制除銹機(jī)構(gòu)自動(dòng)運(yùn)行至指定位置，設(shè)置好接觸輪的往復(fù)次數(shù)，往復(fù)次數(shù)完成后完成軌頂、軌底除銹作業(yè)。

（4）自動(dòng)調(diào)整作業(yè)位置功能：通過格雷母線定位系統(tǒng)記錄設(shè)備待機(jī)位置、兩個(gè)軌端的作業(yè)位置，以此3個(gè)位置值來確定兩根鋼軌的軌頂、軌底除銹作業(yè)位置。

（5）自動(dòng)循環(huán)功能。全鋼軌循環(huán)：夾緊岸邊夾具和固定夾具，鋼絲刷磨頭旋轉(zhuǎn)并上升到對(duì)刀位，設(shè)備工進(jìn)靠近前鋼軌軌端，當(dāng)檢測到電機(jī)電流增大到預(yù)設(shè)值時(shí)停止工進(jìn)，開始沿軌端上下擺動(dòng)進(jìn)行除銹作業(yè)，除銹完畢后鋼絲刷停止在對(duì)刀位，設(shè)備工進(jìn)靠近后鋼軌軌端，當(dāng)檢測到電機(jī)電流增大到預(yù)設(shè)值時(shí)停止工進(jìn)，開始沿軌端上下擺動(dòng)進(jìn)行除銹作業(yè)，除銹完畢后鋼絲刷停止旋轉(zhuǎn)并停止在最低位。設(shè)備快進(jìn)到預(yù)設(shè)的前鋼軌軌頭、軌底除銹位置停止，上、下砂帶電機(jī)旋轉(zhuǎn)，接觸輪往復(fù)擺動(dòng)，上、下砂帶閉合到預(yù)設(shè)位置停止，開始進(jìn)行軌頭、軌底除銹作業(yè)，作業(yè)完成后上、下砂帶打開到原位，同時(shí)砂帶電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，接觸輪停止往復(fù)擺動(dòng)。設(shè)備快進(jìn)到預(yù)設(shè)的后鋼軌軌頭、軌底除銹位置停止，上、下砂帶電機(jī)旋轉(zhuǎn)，接觸輪往復(fù)擺動(dòng)，上、下砂帶閉合到預(yù)設(shè)位置停止，開始進(jìn)行軌頭、軌底除銹作業(yè)，作業(yè)完成后上、下砂帶打開到原位，同時(shí)砂帶電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，接觸輪停止往復(fù)擺動(dòng)。岸邊夾具和固定夾具松開，設(shè)備快進(jìn)回到待機(jī)位，整個(gè)自動(dòng)循環(huán)結(jié)束。同時(shí)還具有前、后鋼軌單根自動(dòng)循環(huán)除銹作業(yè)及試驗(yàn)軌任意位置軌頭、軌底自動(dòng)循環(huán)除銹作業(yè)功能。

（6）手動(dòng)操作功能。選擇手動(dòng)操作后，設(shè)備的各項(xiàng)功能可由控制元件來單獨(dú)實(shí)施（按鈕、旋鈕），小車可分為高速和低速移動(dòng)運(yùn)行。

3．2 構(gòu)成

鋼軌焊前除銹機(jī)電氣控制系統(tǒng)由操作站、PLC控制系統(tǒng)、信號(hào)檢測系統(tǒng)、液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等部分組成，它控制設(shè)備各部件按操作要求對(duì)鋼軌進(jìn)行除銹。

（1）操作站。操作站由操作面板和觸摸顯示屏組成，通過各按鈕、旋鈕來完成一系列動(dòng)作的全自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)操作；觸摸顯示屏用于參數(shù)設(shè)定，系統(tǒng)信息及除銹機(jī)構(gòu)動(dòng)作位置和狀態(tài)的顯示。

（3）信號(hào)檢測系統(tǒng)。光電傳感器用來檢測軌道線上鋼軌的位置，從而控制鋼軌移動(dòng)至合適的除銹位置；接近傳感器用來檢測各除銹部件的位置和動(dòng)作狀態(tài)；格雷母線位置檢測系統(tǒng)用來檢測小車的位置，從而使PLC控制小車移動(dòng)至目標(biāo)位置。

（4）液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。液壓壓力由油泵產(chǎn)生，各夾具的松緊動(dòng)作、除銹機(jī)構(gòu)的上升／下降及擺動(dòng)動(dòng)作、小車的走行動(dòng)作均由PLC控制電磁閥的開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。液壓壓力和流量通過PLC的模擬量輸出控制液壓放大板的輸出來實(shí)現(xiàn)。

（5）電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。軌頂、軌底除銹電機(jī)和軌端除銹電機(jī)由變頻器驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)速度無極調(diào)節(jié)，同時(shí)電壓、電流及轉(zhuǎn)矩等信號(hào)的實(shí)時(shí)采集，便于對(duì)軌端進(jìn)行精確、高效、可靠的除銹作業(yè)。

4 結(jié)語

和傳統(tǒng)的除銹工序相比，鋼軌焊前除銹機(jī)自動(dòng)化程度提高，除銹效率提升，完成前、后鋼軌的端面、頂面和底面除銹僅需100 s，除銹質(zhì)量穩(wěn)定，除銹深度可控，且具有“一鍵操作”功能，中文人機(jī)界面，在操作界面上設(shè)計(jì)有部分可調(diào)節(jié)的除銹工藝參數(shù)以適應(yīng)現(xiàn)場作業(yè)工況的變化，通俗易懂，普通工人一天完成操作培訓(xùn)。成熟的PLC控制技術(shù)及格雷母線定位技術(shù)，使用壽命長、穩(wěn)定性能好，不需要頻繁維護(hù)。出現(xiàn)故障時(shí)直接在操作界面上顯示，根據(jù)提示能很快處理出現(xiàn)的故障，減少了設(shè)備維護(hù)時(shí)間，提高了企業(yè)的生產(chǎn)能力，降低了產(chǎn)品的制造成本，增強(qiáng)了企業(yè)的競爭力。

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