能交叉打磨的双磨头钢轨高速打磨试验装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种能交叉打磨的双磨头钢轨高速打磨试验装置及试验方法，试验装置包括工作台，工作台上水平布置钢轨轮盘驱动机构、两组打磨单元、两组磨石测速单元；钢轨轮盘用以模拟轨道交通钢轨，可拆卸钢轨销沿钢轨轮盘圆周面均匀分布；两组打磨单元水平、对称布置于钢轨轮盘轴线两侧；试验时，首先独立调整两个磨石冲角，检测打磨前后高速磨石、钢轨轮盘廓形、打磨过程磨石/钢轨界面摩擦力、正压力、横向力以及磨石实际转速，分析钢轨销表面质量。本发明专利技术可模拟钢轨高速打磨技术磨石交叉打磨过程、磨石实际转速监测、钢轨表面质量精细分析，为钢轨高速打磨技术的研究及磨石性能评价提供装备支撑。价提供装备支撑。价提供装备支撑。

【技术实现步骤摘要】
能交叉打磨的双磨头钢轨高速打磨试验装置及试验方法


[0001]本专利技术涉及轨道交通钢轨打磨
，特别地涉及一种能交叉打磨的双磨头钢轨高速打磨试验装置及试验方法。

技术介绍

[0002]铁路是国民经济大动脉、关键基础设施和重大民生工程，是综合交通运输体系的骨干和主要运输方式之一。广域服役环境与车轮周期载荷的耦合作用下，钢轨不可避免会产生腐蚀、磨损、疲劳等损伤问题。目前，轨道交通领域主要采用“以磨代换”的方式对钢轨进行维护，去除钢轨损伤、延长钢轨服役寿命，进而保障列车运行的舒适性、安全性和稳定性。
[0003]高速打磨技术是钢轨打磨维护的重要技术手段之一。高速打磨过程中，杯状磨石(砂轮)圆周面在一定载荷作用下与钢轨轨头接触，磨石轴线与钢轨纵向呈一定的夹角α。打磨过程中磨石不带动力，依靠打磨列车高速运行拖拽磨石在钢轨轨头做非纯滚动运动(滚动
‑
滑动复合)，进而去除钢轨轨头滚动接触疲劳层。高速打磨车现场打磨作业工况下，打磨单元同侧的12个磨石一般按照“3
‑6‑
3”的模式进行编排(前3个与后3个磨石α角为
‑
45
°
，中间6个磨石α角为+45
°
)。高速打磨技术作业速度快(60～80km/h)，打磨效率高(三遍0.1mm)，打磨后钢轨表面质量好，特别适合线路(尤其是高速铁路)钢轨预防性打磨的开展。
[0004]虽然高速打磨技术在轨道交通系统获广泛应用，但是关于滚
‑
滑复合运动模式下钢轨高速打磨材料去除机理仍不清晰。同时，磨石作为钢轨高速打磨车的“牙齿”，关键技术被德国VOSSLOH等少数企业所掌握，磨石的开发急需能真实模拟现场钢轨打磨工况的试验设备。目前，已有相关机构报道了钢轨高速打磨试验设备。如申请号201320113425.4公开了一种被动打磨钢轨的试验台，申请号201911000576.7公开了一种钢轨被动打磨方式的测试平台，西南交通大学研制了高速打磨试验台(许孝堂.钢轨高速打磨机理研究[D].成都：西南交通大学.)。目前报道的钢轨高速打磨试验装置存在如下弊端：(1)均采用单磨石开展钢轨打磨试验，打磨完成后钢轨表面为单向纹理，而现场钢轨高速打磨过程中磨石呈交叉布置，打磨后钢轨表面为“网状”纹理；并且，在磨削领域中，磨料运动路径与工件表面纹理方向的角度与材料去除效率密切相关。(2)以上报道的钢轨打磨试验设备钢轨试样尺寸较大，不便于打磨后钢轨表面质量(表面织构、金相结构等)的微观分析；(3)无法测量磨石的实际转速。高速过程中，磨石的在打磨车的拖拽作用下在钢轨轨头做非纯滚动运动，磨石受迫旋转的实际转速与磨石冲角、磨石结构(磨料粒度、磨石组织、硬度、直径等)密切相关，且磨石实际转速直接影响磨石的材料去除效率、钢轨表面质量。综上，现有的钢轨高速打磨试验装置在模拟实际钢轨高速打磨行为方面存在诸多弊端与局限性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对上述现有技术中所存在的不足之处，提供一种能交叉打磨的双磨头钢轨高速打磨试验装置及试验方法，实现双磨头交叉打磨、磨石实际转速监测、钢轨
表面质量精细分析，进而为现场钢轨高速打磨行为的研究以及高速磨石性能的评价提供装备支撑。
[0006]本专利技术可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种能交叉打磨的双磨头钢轨高速打磨试验装置，其特征在于，包括
[0008]工作台，作为整个试验装置的操作平台；
[0009]钢轨轮盘，通过轴承座安装于工作台上，并通过钢轨轮盘驱动机构驱动高速旋转，用于模拟轨道交通钢轨的打磨状态；
[0010]两组被动打磨单元，以钢轨轮盘轴线对称的方式安装在钢轨轮盘两侧的工作台上；所述被动打磨单元包括磨石夹具、磨石基座、三维力传感器和载荷装置；所述磨石夹具用于夹紧磨石，并通过角度调节机构安装在磨石基座上，通过角度调节机构调整磨石冲角；所述磨石基座通过三维力传感器安装在载荷装置上，所述载荷装置用于提供将磨石压紧在钢轨轮盘圆周面上的接触载荷，所述三维力传感器用于监测该接触载荷以及钢轨轮盘高速旋转过程中对磨石产生的扭力；以及
[0011]磨石测速单元，分别用于测量两个磨石的转数。
[0012]进一步地，所述载荷装置包括滑动本体、载荷杆和线性驱动装置，所述滑动本体通过滑动导向机构支撑安装在工作台上，所述载荷杆前端与滑动本体之间通过滑动副相连，滑动杆后端与线性驱动装置相连，所述线性驱动装置的运动方向、载荷杆轴向、滑动副方向以及滑动导向机构的滑动方向均相同，并且与钢轨轮盘的轴线垂直。
[0013]进一步地，所述滑动本体为筒状壳体，所述筒状壳体内设有能自由滑动的加载压头，所述载荷杆前端从筒状壳体后端自由伸入与加载压头固定相连；所述加载压头前端与筒状壳体之间设有用于提供恒定载荷的减震弹簧。
[0014]进一步地，所述滑动导向机构包括固定设于滑动本体两侧工作台上的支撑件、设于两个支撑件内侧上的直线导轨和分别设于两个直线导轨上的滑块，所述滑动本体两侧分别通过连接件与相应侧直线导轨上的滑块固定相连。
[0015]进一步地，所述线性驱动装置为气缸，所述气缸通过浮动接头与载荷杆相连。
[0016]进一步地，所述角度调节机构包括设于磨石夹具上沿圆周阵列分布的第一装配孔和设于磨石基座上圆周阵列分布的第二装配孔，通过选择不同的第一装配孔和第二装配孔将磨石夹具与磨石基座固定，来调整磨石夹具与磨石基座的相对旋转角度，从而调整磨石冲角。
[0017]进一步地，所述钢轨轮盘的外圆周面上设有若干通过螺纹孔可拆卸安装的钢轨销。
[0018]进一步地，所述磨石测速单元包括贴附于磨石上的磁片和通过万向调节杆安装于工作台上的磁力计数器。
[0019]进一步地，所述钢轨轮盘驱动机构包括变频电机和减速器，所述变频电机的输出与减速器的输入轴相连，所述减速器的输出轴通过扭矩传感器与所述钢轨轮盘相连。
[0020]本专利技术还保护一种双磨头钢轨高速打磨试验方法，采用上述双磨头钢轨高速打磨试验装置，其特征在于，包括以下步骤：
[0021]S1.将磁片粘贴于磨石端面；采用电子天平称量高速磨石的初始重量；采用轮廓仪测量磨石初始外形轮廓；采用光学显微镜记录指定区域磨石表面初始形貌；
[0022]S2.将钢轨销安装在钢轨轮盘上，并采用打磨机将钢轨销端面打磨至与钢轨盘外圆面高度一致；采用轮廓仪检测钢轨轮盘指定位置钢轨廓形；
[0023]S3.将高速磨石安装于磨石夹具中，通过角度调节机构调节磨石夹具与磨石基座的相对安装位置，从而独立的调整两个高速磨石的磨石冲角；
[0024]S4.结合三维力传感器正压力检测结果，通过载荷装置设置钢轨打磨过程的试验载荷；
[0025]S5.调节变频电机转速，使钢轨轮盘以一定的线速度稳定运转；打开两侧气缸的电磁阀开关，气缸推杆推出，使高速磨石在一定的载荷下与钢轨轮盘接触；完成打磨后，气缸电磁阀开关断开，气缸推杆缩回，高速磨石与钢轨轮盘脱开接触，打磨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能交叉打磨的双磨头钢轨高速打磨试验装置，其特征在于，包括工作台，作为整个试验装置的操作平台；钢轨轮盘，通过轴承座安装于工作台上，并通过钢轨轮盘驱动机构驱动高速旋转，用于模拟轨道交通钢轨的打磨状态；两组被动打磨单元，以钢轨轮盘轴线对称的方式安装在钢轨轮盘两侧的工作台上；所述被动打磨单元包括磨石夹具、磨石基座、三维力传感器和载荷装置；所述磨石夹具用于夹紧磨石，并通过角度调节机构安装在磨石基座上，通过角度调节机构调整磨石冲角；所述磨石基座通过三维力传感器安装在载荷装置上，所述载荷装置用于提供将磨石压紧在钢轨轮盘圆周面上的接触载荷，所述三维力传感器用于监测该接触载荷以及钢轨轮盘高速旋转过程中对磨石产生的扭力；以及磨石测速单元，分别用于测量两个磨石的转数。2.根据权利要求1所述的双磨头钢轨高速打磨试验装置，其特征在于：所述载荷装置包括滑动本体、载荷杆和线性驱动装置，所述滑动本体通过滑动导向机构支撑安装在工作台上，所述载荷杆前端与滑动本体之间通过滑动副相连，滑动杆后端与线性驱动装置相连，所述线性驱动装置的运动方向、载荷杆轴向、滑动副方向以及滑动导向机构的滑动方向均相同，并且与钢轨轮盘的轴线垂直。3.根据权利要求2所述的双磨头钢轨高速打磨试验装置，其特征在于：所述滑动本体为筒状壳体，所述筒状壳体内设有能自由滑动的加载压头，所述载荷杆前端从筒状壳体后端自由伸入与加载压头固定相连；所述加载压头前端与筒状壳体之间设有用于提供恒定载荷的减震弹簧。4.根据权利要求3所述的双磨头钢轨高速打磨试验装置，其特征在于：所述滑动导向机构包括固定设于滑动本体两侧工作台上的支撑件、设于两个支撑件内侧上的直线导轨和分别设于两个直线导轨上的滑块，所述滑动本体两侧分别通过连接件与相应侧直线导轨上的滑块固定相连。5.根据权利要求2所述的双磨头钢轨高速打磨试验装置，其特征在于：所述线性驱动装置为气缸，所述气缸通过浮动接头与载荷杆相连。6.根据权利要求2
‑
5任意一项所述的双磨头钢轨高速打磨试验装置，其特征在于：所述角度调节机构包括设于磨石夹具上圆周阵列分布的第一装配孔和设于磨石基座上圆周阵列分布的第二装配孔，通过选择不同的第一装配孔和第二装配孔将磨石夹具与磨石基座固定，来调整磨石夹具与磨...

【专利技术属性】
技术研发人员：段海涛，章武林，贾丹，詹胜鹏，杨田，凃杰松，张坡，李银华，金义杰，马利欣，
申请(专利权)人：武汉材料保护研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：