钢轨道岔轨面精磨机研究
2017-12-21 来源：- 作者：-
摘 要： 针对钢轨道岔轨面打磨精密化的要求， 通过对各型钢轨轨面形状的分析， 提出钢轨轨面打磨机的设计方案， 经过分析、 比较选择采用可以升降、 横移、 角度可调的精度机来进行钢轨轨面的精密打磨， 精磨机设计及加工简单， 操作简便， 实用性强。
关键词：钢轨 道岔 轨面 精磨机
1 、引言
随着铁路事业的快速发展，高铁新线建设大规模开展，既有线路的全面技术提升，对高铁 （提速） 线路道岔平面、正线轨顶面的平整度要求越来越高，同时尖轨的非作用边病害也需要整治。如果不及时处理，将直接影响提速道岔的使用寿命和线路设备的安全运行。
2 、国内外研究开发现状
2.1 国内现状
目前道岔平面、正线轨顶面及尖轨的非作用边的打磨整修作业主要采用手提砂轮进行人工打磨。因作业效率较低，难以保证打磨质量，同时因需携带发电机组作业，易对人身和行车安全构成危险。
2.2 国外现状
v据现有文献，尚未发现国外打磨机能同时具有对道岔平面、正线轨顶面及尖轨的非作用边进行打磨的多功能小型打磨维护设备。
3 、目前国内主要使用的各种钢轨轨型
国内使用的钢轨轨型主要有 38 kg/m、43 kg/m、50kg/m 、60 kg/m 、75 kg/m ，以下就线路上使用最为常见的60 kg/m 钢轨轨头进行分析。60 kg/m 高速铁路用钢轨的型式尺寸见图 1，图参照 TB/T3276。
图 1 高速铁路用 60 kg/m 钢轨断面图
60 kg/m 铁路用热轧钢轨的型式尺寸见图 2，图参照GB2585。
图 2 60 kg/m 热轧钢轨断面图
从 2 种钢轨截面图可以看出，轨面圆弧半径一致，均为 R300、R8、R13，只是宽度 70.8、73 及其余尺寸的微小差别。从打磨角度考虑，理想的结果是打磨后的轨面形状与标准的轨型完美贴合。比较理想的是打磨头在打磨时逐步仿形达到接近钢轨轨面形状的打磨效果。
4 、打磨效果分析及设计方案钢
轨轨面的打磨要求为，用 1 m 直尺检查平面误差为0~ 0.2 m m ，作用边误差±0.3 m m ；对于钢轨平面及肥边的打磨要求为用 1 米直尺检查平面误差为 0.3 mm，轨距角角度 45°，轨距角成圆弧形，角磨机打磨无明显凹坑。根据打磨效果测量要求制定设计方案。
4.1 第 1 种设计方案
根据钢轨轨头形状的不同，制造不同形状的打磨头，打磨头通过内燃汽油机动力驱动，完成钢轨的打磨。
4.2 第 2 种设计方案
根据钢轨轨头形状的不同，制造不同形状的铣削刀盘，铣削刀盘为多个，刀盘通过内燃汽油机动力驱动，通过多个刀盘的逐次铣削使不符合要求的、不规整的钢轨符合最
终的使用要求。
4.3 第 3 种设计方案
根据轨头形状的不同，采用平行树脂砂轮，在打磨时根据钢轨形状，调整升降、横向移动机角度偏转，依次对钢轨断面进行打磨，打磨出符合要求的钢轨。
4.4 方案比较
方案 1 根据钢轨轨头形状的不同，制造不同形状的打磨头。此方案的好处是钢轨形状根据打磨头的形状而变，看似好像可以做到一步到位的打磨效果，实际上存在有打磨头耐用度的问题。如果做成普通的树脂砂轮，砂轮更换频繁，无实际使用意义，如果做成硬质合金砂轮，虽较树脂砂轮耐用，但造价较高。
方案 2 根据钢轨轨头形状的不同，制造不同形状的刀盘。此种方案的优点是钢轨的形状可一次铣削完成，缺点是同一台机器上需根据钢轨形状制造多种切削深度的刀具，制造难度较大，不适用于生产现场，不适合于批量生产。
方案 3 针对不同形状的钢轨，采用普通的树脂砂轮，通过调整升降、横向移动、角度偏转机构即可完成对钢轨的打磨。方案 3 比较合适，制造简单，操作简便，所以选择方案 3
作为内燃道岔轨面精磨机的设计方案。
5 、磨削原理
v方案 3 的磨削原理，见图 3。采用树脂砂轮进行磨削，砂轮的中心线或中心线的平行线过钢轨断面圆弧的中心，且与圆弧相切，通过调整，调整角度 α，逐次完成钢轨轨面圆弧面的打磨。按照方案 3 的磨削原理，树脂砂轮中心线或中心线的平行线过钢轨断面圆弧中心且与圆弧相切，需要设计一系列机构配合完成钢轨轨面的打磨，需设计砂轮在钢轨上的走行机构，砂轮逐渐接近钢轨的升降机构，横移机构，为了实现相切的角度摆动机构，驱动砂轮运转的传动机构，由这一系列机构共同来实现对钢轨轨面的打磨。
图 3 树脂砂轮磨削
6 、内燃道岔轨面精磨机的总体机构
内燃道岔轨面精磨机的总体机构，详见图 4。
图 4 道岔轨面精磨机的总体机构图
7 、机构设计
7.1 走行机构的设计
对于走行机构的设计主要考虑以下几点：打磨头的纵向移动，打磨头的横向移动，走行机构与钢轨的绝缘问题，走行机构自身的绝缘问题，方便运输的问题，与其他机构的结合问题等。考虑打磨头需纵向移动及由于运动于钢轨之上，设计走行机架并安装 4 个尼龙绝缘轮分别跨骑于钢轨之上；考虑打磨头在打磨道岔部位轨顶面时需横向移动，走行机架需有足够的长度，根据目前道岔的使用情况，打磨头的横向移动范围初定 400 mm，即工作于走行机架的其余机构在走行机架上的移动范围 0~400 mm；考虑走行机架的自身绝缘问题，在走行机架右端设计绝缘棒，将走行机架左右两部分绝缘；考虑到机架便于运输的问题，将走行机架设计成可左右快速拆解的机构。详见图 5。
图 5 走行机架简图
7.2 横移机构的设计
横移机构的设计主要考虑了横移距离、快速移动、精确移动等问题。由于横移距离与走行机架配合工作，在设计横向移动时设计加长丝杆配合螺母解决了横向移动的问题，并设计有快速螺母及快速夹紧机构，既解决了快速移动的问题，又具有精确移动的功能。
7 .3 角度调整机构的设计
角度调整机构的设计主要考虑了角度调整范围问题、角度调整精度问题等。根据打磨质量效果分析，打磨的角度范围定在 10°~50°之间，此种范围的调整可通过连杆活节螺母调整机构完成，活节螺母设计成小螺距梯形螺纹，同时与活节螺母连接的角度调整丝杆设计成小间隙配合丝杆，丝杆转动设计离合分度装置完成角度的高精度调整。详见图 6、图 7、图 8、图 9。
图6 横移快速螺母夹紧机构简图
图7 活节螺母简图
图8 离合分度装置筒
图9 转动丝杆筒图
7.4 升降、传动机构设计
升降机构的设计主要考虑了砂轮的利用率及砂轮角度摆动范围。砂轮的有效使用高度≤55 mm，所以在设计升降机构时移动机构即移动箱体的移动距离确定为≤55 mm。设计升降丝杆升降螺母配合机构，升降螺母固定在移动箱体之上，通过转动转杆，带动升降丝杆转动，从而带动与升降螺母配合的移动箱体的升降运动。由于砂轮、主轴、移动箱体、弹性离合器相对固定，所以升降丝杆的转动就带动了砂轮的转动。
传动机构的设计主要考虑以下几点，传动级别尽量少，功率损耗少等。将传动机构设计成发动机主轴通过弹性离合器连接，带动弹性离合器转动，弹性离合器的转动带动主轴转动，主轴带动砂轮转动，这样的的直连方式满足了传动级别尽量少的原则，功率损耗少，工作扭矩损失小。
升降传动机构如图 10 所示的设计方式，减少了外形占用空间，机构配比紧凑，不易造成装配及携带不便的结果，此种方式可取。
图 10 升降、 传动机构简图
8 、结束语
以上主要概述了钢轨打磨机械国内外现状，通过对国内现用钢轨轨型的研究，提出了内燃道岔轨面精磨机的设计方案，通过对比分析，确定了设计原理，通过对走行机构、横移机构、角度调整机构、升降传动机构的设计分析，完成了内燃道岔轨面精磨机的研究。内燃道岔轨面精磨机解决了目前高铁 （提速） 铁路线路道岔轨顶面、正线轨顶面、尖轨非作用边的打磨无打磨工具的问题，实用性强，操作便捷，是一款理想的精密打磨工具。
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