如图4-45、图4-46所示,利用直线度电子测量系统检测焊缝位置1m范围内的平直度,并确定踏面和内侧作业面调直位置和调直力。利用四向调直机进行调直。校直前按操作规程对设备进行检查确认。钢轨焊接后必须经过四向调直机调直处理,先垂直方向校直,后水平方向校直。四向调直机的测量系统可以记录储存测量数据,应妥善保管,不得随意删除。
如图4-47所示,根据测量结果确定进给量,进行精加工处理。目前精加工主要包括铣磨和打磨两种工艺。利用直线度电子测量系统检测焊缝位置1m范围内的平直度,并确定踏面和内侧作业面调直位置和调直力。利用四向调直机进行调直。校直前按操作规程对设备进行检查确认。钢轨焊接后必须经过四向凋直机调直处理,先垂直方向校直,后水平方向校直。四向调直机的测量系统可以记录储存测量数据,应妥善保管,不得随意删除(图4-48)。
图4-45 精调(1)
图4-46 精调(2)
图4-47 精磨
图4-48 四向调直机
4.3.2.1 四向数控钢轨校直机
(1)设备主要规格及技术参数
垂直方向(上、下二向)最大校直作用力:2×2 500 kN。
水平方向(前、后二向)最大校直作用力:1 200 kN。
垂直方向校直油缸行程:100 mm。
水平方向校直油缸行程:100 mm。
可调整支点间距离(上、下):650~1 450 mm。
支点移动速度:4 m/min。
整机作业方向移动距离:+3 000/-1 000 mm。
移动速度:3~9 m/min可调。
测量小车的左右移动距离:3 100 mm。
测量小车的移动速度:500 mm/s。
作业时有效测量距离:1 500 mm。
测量头垂直移动距离:250 mm。
测量作业时上支点避让转角:90°。
测量作业时上施力点避让转角:70°。
设备输入电源电压:380V/三相/50Hz。
设备控制电压直流:24 V。
测量小车电机功率:0.37 kW。
设备的外形尺寸(长×宽×高):4 230 mm×3 500 mm×2 800 mm。
设备的总重量:约25t。
整机电源输入总功率:30 kW。
(2)设备的工作原理
设备由自动激光测量系统,液压校直系统,压力与位移的反馈系统,支点位置控制系统,基础平台作业方向调整移动等多项协调完成对作业钢轨的测量和校直。具体说明如下。
自动激光测量系统:自动激光测量系统是用来对长度为1 500mm范围的作业钢轨在线进行水平和垂直两个方向的直线度自动检测,运用国外最新推出的高精度激光位移传感器作为检测元件,与纵向行走编码器配合,对钢轨的顶面及2个侧面进行等距逐点间隔扫描,采集数据,经计算机数据分析处理后,把测量得到的结果以彩色二维曲线的图形方式显示在触摸显示屏上。测量系统的原理见图4-49。
图4-49 测量系统的原理图
(3)设备主要结构及组成
设备整体安装在一个沿着钢轨作业方向可移动的基础平台上,整个平台安放在轨距为1 710mm的地基钢轨上,用于校直作业时调整钢轨焊缝与校直施力点的相对位置。基础平台安装有动力驱动装置,由带制动的变频电机,齿轮减速箱,旋转编码器等组成,通过手柄操作,有两挡无级切换。整台设备的输入电源在基础平台的后侧,通过随动拖链与设备连接。
在基础平台的中间安装有测量与校直部件的主机架,正对主机架的区域为操作工位和电气控制柜的安放位置。主机架与操作位置之间设有安全防护门,通过防护门的观察视窗可清楚地监控对作业钢轨的测量和校直全过程。安全防护门锁与控制系统连接,当安全防护门打开时,系统不能进行自动作业操作,此状态仅用于对移动支点及其机构进行调整。当系统运行于自动状态下,此时安全防护门是打不开的。在基础平台的右后位置放置着液压控制系统及与油缸连接的管路。
测量和校直部件的主机架,是整个设备的基础部件,由厚度为50mm钢板焊接而成的上、中、下3个油缸安装基座组合而成。为能承受校直时产生的四向最大作用力,主机架在垂直方向上是由2根立柱和4块大截面的连接块把3个油缸基座组合连接在一起,用于承受垂直方向的作用力,在水平方向上是由基座连接面之间的长键连接,用于承受水平方向上的作用力。
上、中、下3个油缸安装基座除安装油缸外,还作为其他的一些辅助机构的安装基面。在中间基座上安装有对作业钢轨进行测量用的横梁部件。整个横梁部件是由横梁,测量小车,直线导轨,同步齿形带,张紧机构,旋转编码器,减速电机,缓冲装置及位移油缸等组成。测量小车由减速电机通过同步齿形带驱动,运动在高精度的四方向等载直线导轨上。在测量小车上安装有测量用的三向高精度激光位移传感器,对不同型号规格的作业钢轨测量,可通过手轮调整激光位移传感器的测量位置。
在上、下基座上安装有作业时可移动的支点机构。整个机构由滑动导轨副,伺服电机,滚珠丝杠,同步齿形带,支点基座等组成。对上部的可移动支点机构、还加有一套避让测量小车测量运行时的直角转角机构,直角转角机构是通过液压油缸推动齿条带动齿轮进行往复转动的。本机型上,下支点位置的移动调整由手动操作。
垂直方向的校直油缸安装在上、下基座内,上油缸与施力支撑杆之间也加有一套避让测量小车测量运行时的转角机构。水平方向的校直油缸为双活塞杆结构形式,安装在中间基座内。与C型的施力滑座机构通过销轴连接,可对称与钢轨作业中心,作水平方向的前后施力校直。
水平和垂直方向的校直油缸上都配置有光栅位移传感器和压力传感器,可对作业钢轨作施力校直时进行校直施力的大小和弯曲变形的监控。
在主机架的左右两端,安装有用于对被测量作业钢轨进行中心位置定心固定的夹紧装置。夹紧装置由驱动油缸,扇形齿轮,连杆机构等组成。夹紧装置只有在对作业钢轨夹紧后的状态,钢轨的自动测量作业才可进行。
在夹紧装置的内侧,安装带有弹性支承的钢轨支撑滚轮,用于作业钢轨的流动输送。支撑滚轮与下校直支点间的高差在设备出厂前已调整完成,可确保作业钢轨在垂直方向进行校直时,支撑滚轮与校直支点间互不干涉。
在夹紧装置的外侧安装有钢轨导入口装置,防止钢轨输入时碰撞损伤机器。
液压驱动系统由大小两个泵组成,分别由两台电机驱动。大泵控制垂直和水平的校直油缸,最高工作压力可达30MPa(300bar)。小泵控制转角油缸,夹紧机构的油缸及激光测量小车的位移油缸,最高工作压力为12MPa(120bar)。液压系统的控制阀安装在液压油箱左上方的框架上,由4块集成块组成,与整个系统构成一体。系统的油箱面板上除安装有驱动电机与泵外,还安装有清洁油液的过滤器,降低油温的冷却器,冬季对油液加温的加热器,及观察系统压力的压力表等。油箱的正面还安装有带温度显示的液位计,在油箱液位计的旁边还有两个清洗窗盖,用于对液压油箱进行清洗时拆卸用的。
4.3.2.2 精磨机床(图4-50)
图4-50 精磨机床
(1)设备主要规格及技术参数
磨头砂轮转速(可设定):1 000~6 500 r/min。
磨头最大往复运行速度:500 mm/s。
仿形磨削长度(可设定):400~1 000 mm。
磨头垂直方向行程:180 mm。
磨削横梁(磨头)回转角度:0~180°。
磨头旋转驱动功率:7.5 kW。
磨头往复驱动功率:2.5 kW。(www.xing528.com)
磨削横梁垂直进给驱动功率:2×4 kW。
磨削横梁转动驱动功率:3 kW。
液压系统工作压力:10.0 MPa。
油箱容量:200L。
液压系统电机功率:4 kW。
整机移动速度3~9 m/min可调。
整机作业方向移动距离:+1 000/-1 000 mm。
设备输入电源电压:380V/3φ/50Hz。
砂轮直径:150 mm。
设备的外形尺寸(长×宽×高):4 300 mm×3 700 mm×2 600 mm。
设备的总重量:约15 t。
配置除尘装置总功率:15 kW。
整机电源输入总功率:40 kW。
旋转方向磨削分度角(可选定):粗磨/精磨。
(2)设备的工作原理
MK-1000钢轨焊缝数控精磨机的工作目的是修复焊接后长钢轨在焊缝处的平顺性,按照钢轨焊缝通过SKJ-2500数控四向钢轨校直机后应该达到的校直技术要求,在焊缝为1.5m范围内,钢轨应呈上凸弯曲的形态,整体弯曲的变形量平滑且不超过0.5mm,这不包含焊缝处的局部突变,(但局部的凸出量不应过大,否则将会加长精磨的作业时间)。MK-1000钢轨焊缝数控精磨机就是基于上述初始加工条件进行设计的。作业时依据SKJ-2500数控四向钢轨校直机最后的测量数据在精磨机显示屏上显示的弯曲形态来确定合适的磨削长度。根据两点形成一条直线的几何原理,精磨机的磨削砂轮自动依次对这设定磨削长度的两端点进行探位,探位的具体步骤是旋转的砂轮以慢速接近钢轨,当钢轨与砂轮发生接触磨削时,磨头与钢轨瞬间即会发生振动频率的改变,此时高灵敏度的振动传感器即刻输出信号,停止磨头的慢速进给,并将此刻磨头的高度位置交计算机贮存。当完成了两个端点的探位后,计算机通过数值处理自动调整磨削横梁的高低与钢轨上设定磨削长度两端点连成的直线平行,此时就能开始对钢轨进行磨削,磨削的进给量由程序设定,也可通过触摸屏进行修正。
因为钢轨的轴向截面轮廓是由多段圆弧组合成的,从磨削方法上是无法实现整体的轮廓磨削,只能通过多段小直线仿形拟合的方法来解决。MK-1000钢轨焊缝数控精磨机的磨削横梁设计成能够绕磨削钢轨轴线作180°旋转的结构。可以设定不同的旋转角度来拟合磨削钢轨轨面的圆弧。设定了粗细两档旋转分度,可供用户选择。用户也可自行修改设定。
(3)设备主要结构及组成
设备整体安装在一个沿着钢轨作业方向可移动的基础平台上,整个平台安放在轨距为1 710 mm的地基钢轨上,基础平台安装有动力驱动装置,由带制动的变频电机,齿轮减速箱等组成,通过手柄操作可有两挡切换。整机的输入电源在基础平台的后侧,通过随动拖链与设备连接。
在基础平台上安装有全封闭的安全防护装置,把整机分割成为操作区域和作业区域。在操作区域安放有电气控制柜和操纵柜,作业区域则是安装有夹紧装置和磨削装置,通过全封闭安全防护的观察视窗可清楚地观察作业区域的钢轨精磨作业状况。安全防护门锁与控制系统连接,当安全防护门打开时,系统不能进行自动作业操作。当系统运行于自动状态下,此时安全防护门是打不开的。在基础平台的左侧位置放置着液压控制系统及与油缸连接的管路。
磨削装置是由磨头部件、横梁部件、左、右回转运动及升降支承机架、夹具支承部件等组成。与回转走线装置一起安装在工作平台上,形成一个整体。能自动完成对作业钢轨的中心定位压紧,然后对钢轨焊缝表面进行修复磨削作业程序。
磨头部件由磨削主轴箱,驱动电机、砂轮连接器及防护装置,震动传感器、位移传感器等元件组成。磨削主轴通过高精度成组角接触滚珠轴承支承在磨削主轴箱内,配以适度间隙可使主轴转速达到6 500转/min。驱动电机选用的是7.5kW的主轴电机,通过计算机的控制可设定其转速。震动传感器、激光传感器和位移传感器用于控制自动探位磨削和检测起点磨削高度。为保持激光传感器镜面清洁还安装了吹风装置。
磨头部件通过高精度直线导轨安装在横梁中间,横梁两端与左右连接体组成一体。在右连接体内安装有伺服电机,通过同步齿形带和滚珠丝杠的连接,驱动磨头主轴箱整体左右水平运动,以实现对钢轨轴线方向的磨削进给。
横梁两端的左右连接体与左右升降支承座通过轴承铰接而成。左右升降支承座各安装有一套伺服电机,通过滚珠丝杠的驱动可以分别对横梁左右两端点实现同步升降或调整横梁的水平高低。与左右升降支承座一体的转动部件在升降支承座的下方,能带动横梁一起作0~180°的回转运动。带制动电机的减速箱通过长轴驱动左右转动部件的大小齿轮,可保证横梁回转同步。在驱动长轴的端部安装有旋转编码器,用于控制横梁转动的精确定位。
在横梁下方的工作平台上安装有一组4套剪式钳口夹具,其中左右两端的夹具有自动齿轮中心定位,以保证夹紧的钢轨轴线与横梁的左右运动方向在同一平面内。中间两套夹具是随动的,用于增加夹紧力。在两端的左右转动部件半圆形防护罩内还安装有钢轨行走支承滚轮,以及钢轨作业时的压紧装置。
安全防护部件主要有安全防护罩和左右两边导入装置,安全防护罩正面有二扇带电子门锁的移动门,两侧及后侧都有两扇开门,顶侧有四扇可拆下的顶盖,中间有隔离板将安全防护罩分隔成主机防护(封闭式)和液压站防护(栅栏式)。安全防护罩两侧分别安装钢轨导入装置,通过导入滚轮能将钢轨引入精磨机的作业区域。
液压系统主要由一台4kW电机、一台轴向柱塞泵、控制阀块、200L油箱等组成,系统最高工作压力设定为10MPa(100bar)。液压系统的控制阀块安装在液压油箱左上方的框架上,与整个系统构成一体。系统的油箱面板上除安装有驱动电机与泵外,还安装有清洁油液的过滤器,降低油温的冷却器,冬季对油液加温的加热器,及观察系统压力的压力表等。油箱的正面还安装有带温度显示的液位计,在油箱液位计的旁边还有一个清洗窗盖,用于对液压油箱进行清洗时拆卸用的。
4.3.2.3 精铣机床
钢轨焊缝精铣铣床主要由以下部分组成:床身、执行机构、电控系统、液压系统、润滑系统(图4-51)。
(1)精密铣削数控设备的主要技术指标或参数
1)加工后钢轨平直度尺寸符合《TB1632.1-2005钢轨焊接第1部分通用技术条件》中关于钢轨平直度的要求。
2)铣削过程自动数字测量控制,图形显示,数据可存储上传。
3)铣头横向行程1 000mm,最大运行速度30m/min;铣头纵向行程:200mm,最大运行速度18m/min。
4)直线度检测行程1 000mm,测量精度0.005mm。
5)转台回转速度4rpm,转台回转范围180°。
6)机床主轴转速500~1 200rpm,变频可调。
7)机床横、纵向定位精度0.02mm,重复定位精度0.01mm;转台定位精度15″,重复定位精度4″。
8)加工一个接头时间:4~6min。
图4-51 GFJX-100型精铣数控机床
(2)精铣机床加工流程
精铣机床加工时轨道到位对准焊缝后夹具夹紧,先检测平直度,经过计算处理,确定铣削区间,再检测每个角度的入刀点和收刀点的坐标值。转台按设定的角度每次转到位后,X轴与Z轴做插补铣削,设备采用盘铣刀多角度铣削方式。每次都是从左向右铣削,铣削完成后转台、X轴Z轴回到初始位置,同时夹具松开,铣削完成。
(3)精铣机床组成
1)床身主要部件有床身移动装置和防护装置。床身移动装置是机床的安装平台,它由滑座、滑台、支架、油缸组成。它可实现慢、中、快三种运行速度。滑座、滑台通过优质型材焊接而成,焊后经时效、粗加工时效、精细加工等多道工序加工,保证其安装平台精度稳定。
2)机床内部机构由外夹具、限位轮装置、水平夹具、垂直夹具、内夹具、轨底自动定心装置、横向移动装置、垂直移动装置、滚珠丝杠付的安装、铣削头装置、刀具和回转机构等组成。
3)机床电气部分由西门子高级智能840D数控系统,西门子611D全数字化伺服驱动器,西门子S7-300PLC高精度的激光传感器,施耐德ATV71系列变频器,研华工业控制计算机等组成。具有实时在线测量、自动生成工件坐标程序,自动智能误差补偿,图形界面显示,自检测功能,故障报警显示,远程监控,数据上传等功能。操作简单,高智能、高效率地进行焊缝精铣工作。
4)精铣机液压系统分别由液压站、液压管路、油缸及油马达等组成,分别控制机床移动、机具松紧等液压动作。各回路的压力和流量由系统设置的比例溢流阀和比例调速阀控制,能单独调节。
5)机床的润滑装置采用南京贝其尔的自动润滑站,分别对内、外夹具,纵向、横向滑台,床身装置作定时、定量供油。
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