一种钢轨焊缝打磨系统技术方案

本发明专利技术公开了一种钢轨焊缝打磨系统，包括打磨房和控制系统，打磨房内设置有打磨系统和视觉定位系统，其特征在于：打磨系统包括机械臂和末端执行器，末端执行器包括砂带机构和支架，支架包括横臂和位于横臂两侧的两个连接臂，每个连接臂上安装有一个砂带机构，两个砂带机构相对。本发明专利技术能够全自动的实现钢轨表面质量的定性缺陷检测和加工余量的定量检测，替代目前长轨生产线上的人工眼观、千分尺等人工测量，检测效率高，检测准确率高。检测准确率高。检测准确率高。

【技术实现步骤摘要】
一种钢轨焊缝打磨系统


[0001]本专利技术属于钢轨打磨
，尤其是涉及一种钢轨焊缝打磨系统。

技术介绍

[0002]钢厂生产的钢轨标准长度为25米或100米，标准长度的钢轨运输至钢轨焊接基地后，将钢轨焊接连成500米长的 无缝钢轨，再运输到铁路线上进行铺设，铁路线现场铺设时再用专用设备将500米长钢轨依次焊接连成500米长钢轨依 次焊接连成全线无缝钢轨，钢轨任何位置都不能存在机械连接的狭缝，列车运行时才能平稳。钢轨在焊轨基地焊接时， 每两根钢轨焊接处形成焊缝，焊缝厚度高于钢轨表面形成突出于钢轨表面的焊瘤，焊瘤必须打磨掉，形成平滑的焊缝， 使焊缝及焊缝左右钢轨都达到行业标准要求的平顺过渡才能形成合格的焊缝，保障列车运行平稳和安全。
[0003]现有的钢轨表面质量检测方式为不检测，或通过人眼观、由人用千分尺在钢轨表面任意取两个或两个以上的点进行 钢轨表面的深度测量，无机械化、自动化检测方案。人工检测无法实现对钢轨母材表面的凹坑、裂纹的检出率，无法对 打磨后的钢轨焊缝处的打磨痕迹和打磨质量检测，无法实现对钢轨焊缝处的加工余量的准确测量。

技术实现思路

[0004]第一方面，一种复杂曲面构件的打磨方法，该方法的打磨对象为具有复杂曲面的构件，该构件的表面由平面、竖 直面和圆弧柱面相连而成的复杂曲面，圆弧面至少有两个，且两个圆弧面的半径不同；该方法分为横向打磨和纵向修磨， 横向是指沿垂直于平面的高度方向，纵向是指沿平行于圆弧柱面轴向的长度方向；
[0005]先用张紧有砂带的打磨轮沿着平面向竖直面再向圆弧面的打磨轨迹连续的横向打磨，打磨轮为圆柱形滚轮，打磨轮具有 柔性套筒，砂带张紧在柔性套筒上，打磨轮与结构件相切，打磨轮自转的同时带动砂带运动实现结构件表面的去材打磨， 在横向打磨过程中，打磨轮自转、同时沿着打磨轨迹进给、并且同时具有纵向进给量；横向打磨完成后进行纵向修磨， 纵向修磨后、打磨区域和非打磨区域之间形成的加工余量至少为0.5mm。
[0006]圆弧柱面指的是，在横截面上成圆弧，沿长度方向拉伸后形成的柱面。
[0007]进一步，该结构件包括顶面和底面，顶底和底面之间的至少有一个腰面，顶面和腰面之间有第一竖直面和第一过 渡圆弧面，第一过渡圆弧面在第一竖直面之下，在俯视方向上、第一竖直面作为顶面的边界，第一过渡圆弧面在第一竖 直面与顶面的覆盖范围内；腰面和底面之间有第二竖直面和第二过渡圆弧面，第二竖直面在第二过渡圆弧面之下，在仰 视方向上、第二竖直面作为底面的边界，第二过渡圆弧面在第二竖直面与顶面的覆盖范围内；该结构件的最大宽度为 150mm，最大高度为176mm。
[0008]作为一种应用场景，以铁路、地铁、轻轨等使用的钢轨作为一种具有复杂曲面的构件，长轨生产线上在线打磨焊 接后的钢轨，该方法使用砂带在线打磨钢轨；该方法分为横向打磨和纵向修磨，横向是指沿钢轨的高度方向，纵向是指 沿钢轨的长度方向；横向打磨
时、砂带从钢轨的宽度方向的两侧分别沿第一打磨轨迹和第二打磨轨迹进行打磨，砂带以 柔性力抵靠对焊瘤进行抛光去材；第一打磨轨迹和第二打磨轨迹分别对应一侧轨腰，第一打磨轨迹覆盖轨顶面、第二打 磨轨迹覆盖轨底面，或者第一打磨轨迹覆盖轨底面、第二打磨轨迹覆盖轨顶面；纵向修磨时，用砂轮沿钢轨纵向进给。
[0009]将焊瘤分为两条打磨轨迹，每条打磨轨迹均从上向下打磨，实现轨顶、轨腰和轨底的连续自动化打磨。打磨单元 以柔性力抵靠钢轨，避免了刚性力打磨造成硬伤的问题，并且、若焊瘤的强度过大，则打磨单元打滑，避免打磨单元自 身损坏。
[0010]进一步，横向打磨时，砂带除了沿钢轨横向的运动以外，同时具有沿钢轨纵向的运动。
[0011]进一步，砂带作为打磨单元的一部分，打磨单元包括打磨轮和传动轮，砂带张紧于打磨轮和传动轮，砂带、打磨 轮和传动轮形成一个带传动机构，横向打磨时，打磨轮的轴向顺应钢轨的长度方向，打磨轮抵靠钢轨，砂带位于打磨轮 和钢轨之间，打磨轮自转、砂带沿打磨轮的切向去除焊瘤。
[0012]进一步，在横向打磨时，监测打磨轮与钢轨之间的作用力，监测获得的作用力高于设定的力阈值时，发出报警。
[0013]进一步，纵向修磨时，包括对轨腰的打磨，对轨顶面的打磨和对轨底面的打磨，采用千叶轮对轨腰打磨，采用第 一盘式砂轮对轨顶面进行打磨，盘式角砂轮的打磨面为砂轮底面；采用第二盘式砂轮对轨底面进行打磨，盘式角砂轮的 打磨面为砂轮底面。
[0014]进一步，采用第一盘式砂轮打磨轨腰向轨底过渡的曲面，采用第二盘式砂轮打磨轨顶下方、与轨腰过渡的曲面； 第一盘式砂轮与水平面成第一夹角，第一夹角的角度为0
°
到
‑
10
°
；第二盘式砂轮与水平面成第二夹角，第二夹角的 角度为0
°
到10
°
。
[0015]进一步，第二盘式砂轮具有第一打磨部和第二打磨部，第一打磨部与第二打磨部同心，第一打磨部在内，第二打 磨部在外；从砂轮沿轴向的截面看，第二打磨部呈圆弧，第二打磨部在砂轮沿轴向的截面上的圆心角与轨顶下方、与轨 腰过渡的曲面的圆心角一致。这里的一致并非是指数学意义的相等，指的是第二打磨部的圆心角接近曲面的圆心角，小 于等于曲面的圆心角。
[0016]进一步，打磨轮与砂带接触的部分为柔性件；打磨轮打磨轨顶面时，打磨轮自转、打磨轮向靠近钢轨宽度方向中 心线进给的同时从一侧轨腰向另一侧轨腰进给，同时、打磨轮沿钢轨纵向往复进给，横向进给距离不小于35mm；打磨 轮打磨轨腰时，打磨轮自转的、打磨轮向靠近钢轨宽度方向中心线进给的同时、打磨轮沿高度方向顺应轨腰的曲面进给， 同时打磨轮沿钢轨纵向往复进给，横向进给距离不小于35mm。横向进给距离的限定，使得砂带只对焊瘤进行去材打磨， 不伤及钢轨母材。
[0017]进一步，横向进给距离为3.5CM～5CM。该横向进给距离下，焊瘤去除干净且不伤钢轨母材。
[0018]进一步，焊接后的钢轨经过错边量检测后，使用该打磨方法对错边量合格的钢轨焊瘤进行去材打磨。
[0019]进一步，在打磨前，获取钢轨错边量数据，找到钢轨焊缝两边的高的母材，使打磨轮从高的母材向低的母材横向 进给。如此，达到横向打磨不伤钢轨母材的目的。
[0020]进一步，在打磨前，测量焊缝与母材之间的高度差，打磨轮向靠近钢轨宽度方向中
心线进给量小于该高度差。可 选的，该高度差为焊缝与母材之间的平均高度差，或者该高度差为焊缝与母材之间的最低高度，或者该高度差为焊缝与 母材之间的中位高度。如此，避免过度进给而导致的打伤钢轨母材。
[0021]可选的，砂带、打磨轮和传动轮形成的带传动机构安装在一个支架上，在打磨作业过程中，当砂带上与钢轨接触 的位置停滞时间超过设定时间阈值时，整个带传动机构停止向靠近钢轨的方向进给，支架带动打磨轮向远离钢轨的方向 后撤，直到打磨轮与钢轨之间的作用力降低到允许范围内为止。如此，避免带传动机构损坏、失效。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钢轨焊缝打磨系统，包括打磨房和控制系统，打磨房内设置有打磨系统和视觉定位系统，其特征在于：打磨系统包括机械臂和末端执行器，末端执行器包括砂带机构和支架，支架包括横臂和位于横臂两侧的两个连接臂，每个连接臂上安装有一个砂带机构，两个砂带机构相对；砂带机构包括安装架，设置于安装架上的主动轮、从动轮、张紧轮和砂带，砂带与主动轮、从动轮组成带传动机构，张紧轮与张紧驱动件相连；视觉定位系统包括相机；末端执行器和机械臂通过快速接口连接；控制系统内预设有打磨轨迹，打磨轨迹分为第一轨迹和第二打磨轨迹，第一轨迹和第二轨迹围成完整的一圈焊缝；每个砂带机构对应一条轨迹。2.如权利要求1所述的一种钢轨焊缝打磨系统，其特征在于：相机是红外相机和、或可见光相机；相机设置于打磨房顶部。3.如权利要求1所述的一种钢轨焊缝打磨系统，其特征在于：钢轨焊缝打磨房有门，打磨系统设置于打磨房内；打磨房有能绕其中线自转的转动墙，转动墙的边界与打磨房之间有密封机构，转动墙设置在转盘上，转盘中心与转盘电机相连，转盘上设有一对搁架，两个搁架分别位于转动墙的两侧。4.如权利要求3所述的一种钢轨焊缝打磨系统，其特征在于：砂带机构的张紧轮由张紧气缸驱动，搁架上设有送气口，砂带机构上设有进气口，当砂带机构放置在搁架上时，送气口与进气口连通；送气口与气源相连；搁架上设有感应砂带机构放置于搁架上的传感器，感应到砂带机构放置于搁架上时，气源开启；感应到砂带机构离开搁架时，气源关闭。5.如权利要求4所述的一种钢轨焊缝打磨系统，其特征在于：传感器为压力传感器。6.如权利要求3所述的一种钢轨焊缝打磨系统，其特征在于：打磨房内有集尘机构，集尘机构包括输送管道和负压吸尘口，负压吸尘口与输送管道连通，输送管道与打磨房外的负压机相连。7.如权利要求3所述的一种钢轨焊缝打磨系统，其特征在于：打磨系统包括机械臂和末端执行器，末端执行器包括砂带机构和支架，支架包括横臂和位于横臂两侧的两个连接臂，每个连接臂上安装有一个砂带机构；末端执行器和机械臂通过快速接口连接，打磨房内设有放置末端执行器的搁架。8.如权利要求1所述的一种钢轨焊缝打磨系统，其特征在于：钢轨焊缝打磨机器人加工中心，其特征在于：砂带机构包括安装架，设置于安装架上的主动轮、从动...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹衍龙，鲍贵民，
申请(专利权)人：山东哈德斯特轨道交通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：