K系列焊机钢轨轨腰除锈的设计与研究

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摘要：设计了一种K922移动焊机的钢轨轨腰除锈机构。本设计运用了非标机械设计理论、液压传动与气动理论及PLC控制技术。本文介绍的钢轨轨腰除锈机，可以实现钢轨轨腰的高精度打磨，驱动方式为液压驱动，通过PLC控制打磨量及工作时间，在打磨过程中工作人员可以远离现场遥控操作，大幅减少了劳动强度和与人体接触的粉尘。

关键词：钢轨轨腰；钢轨除锈；机械设计

引言

K系列焊机来自乌克兰国家科学院巴顿电焊所。焊机主要结构包括焊接过程控制系统和精密部署的机械机构、二次回路、高速液压驱动和钢轨精密对中等新技术。 K922移动钢轨焊接机导电方式为电极与轨腰夹持导电，轨腰部分必须打磨出金属光泽，且轨腰凸字必须打磨平。目前打磨轨腰的主要方式为人工使用手持砂轮机打磨和半自动人推打磨小车打磨。

鉴于传统方式存在以上缺点，本文设计了一种新装置，实现了轨腰的高效高精度打磨，减少了粉尘对人体的危害，有效解决了这些问题。

1技术方案

本文涉及了一种新型钢轨轨腰自动除锈机，包括以下几部分：

1.1防护壳。该防护壳的端部与立板固定连接，立板上垂直设置有油缸和夹持钳，夹紧油缸带动夹持钳实现对钢轨的夹持，被夹持后的钢轨的待打磨部分被防护壳覆盖；所述防护壳的正面设置有齿条和与所述齿条相适配的行走机构，行走机构与位于防护壳反面的打磨机构固定连接，行走机构带动打磨机构运动完成轨腰打磨。

1.2行走机构包括行走座。该行走座上设置有行走马达，行走马达的主轴上安装有与所述齿条相啮合的齿轮。

1.3打磨机构。包括安装在行走座上的水平油缸，该水平油缸的活塞杆与挂板固定连接，挂板的外侧安装有打磨马达，打磨马达的主轴与打磨头相连接。

1.4导轨。该部分安装于防护壳内侧，行走座下方安装有与所述导轨相适配的滑块，实现行走座与导轨的滑动连接。

1.5夹持钳。夹持钳为四连杆结构，上端的两个连杆呈V型与夹紧油缸的活塞杆相铰接，下端的两个钳头分别与上端连杆相铰接，且两钳头的中央还具有一个铰接节点。齿条的一侧具有长条孔，行走座的凸起部凸出于所述长条孔，行走马达安装于行走座的凸起部上。

2机械机构设计

图1除锈机结构示意图

图中：1、防护壳，2、立板，3、夹紧油缸，4、夹持钳，6、行走马达，7、齿轮，8、齿条，15、长条孔，16、凸起部。

下面将结合附图对本方案进行详细说明。

钢轨轨腰自动除锈机，其结构如图1所示，包括：防护壳1，该防护壳1的端部与立板2固定连接，立板2上垂直设置有夹紧油缸3和夹持钳4，夹紧油缸3带动夹持钳4实现对钢轨的夹持，被夹持后的钢轨的待打磨部分被防护壳1覆盖。

3控制系统

3.1液压传动与控制系统

本设计的动力部分为液压驱动，液压泵将发动机输出的机械能转化为液压能。液压阀对液压泵输出的能量进行调节和分配，主要调节系统的压力、流量和方向，主要控制各个功率支流的绝对值和相对值。液压马达和液压缸又将液压能转化为机械能，驱动打磨执行机构工作[1]。

3.2PLC除锈机系统工作原理

系统采用 PC 机作为控制系统的上位机，完成初始数据的输入、线径的校准、实

时数据和动画的监控以及工作模式的切换等功能；PLC 接收上位机的信息控制除锈机的动

作[2]。

4 结论

本文介绍钢轨焊前轨腰除锈机的目的是为克服现有技术的不足，提供一种钢轨轨腰自动除锈设备，并通过PLC液压系统的控制实现全自动除锈过程，打磨过程中的粉尘大部分被防护壳所遮蔽，然后受重力作用沉积，外溢部分较少。通过调节液压泵的排量、发动机的转速和控制阀的开度，实现打磨机械的动力控制、节能控制、作业效率控制、速度控制和精细打磨控制。

该项技术已经获得国家实用新型专利并同时申请了国家发明专利，实用新型专利号：ZL 2015 2 0138137.3；发明专利公开（公告）号： CN104674618A。并获得第二届全国铁路青年科技创新奖。

参考文献：

[1]韩慧仙、曹显利，《工程机械液压控制系统技术体系分析》液压气动与密封，2010年第5期

[2]刘建，《基于PLC的磨线机个剥线机控制系统的设计与实现》，广西师范大学硕士学位论文，2008

[3]叶小龙，《探讨非标机械产品设计准则与工程运用》，城市建设理论研究，2014

[4]秦大同，谢里阳，《液压传动与控制设计》，化学工业出版社，2013

[5]胡纪滨，苑士华，《液压机械无级传动的特性研究》，机械科学与技术，2000，17（4）：28-30

作者简介：戚恒（1982―）男，汉族，山东，济南铁路局济南工务机械段，工程师，研究生，从事钢轨焊接研究方向。