新型鋼軌焊前除銹機的研制

王 雙

（華東交通大學，江西 南昌330013）

0 引言

當前，鐵路運輸朝著高速化、重載化不斷發展，使得鐵道線路面臨著越來越嚴峻的挑戰，超長無縫線路是鐵道線路的發展方向。作為無縫線路的基本單元——500 m焊接長鋼軌，在焊軌基地由若干25～100 m的短鋼軌用閃光焊焊機焊接而成，其焊接質量直接影響車輛的行車安全。基于閃光焊焊接的特點——用大電流快速給鋼軌端部加溫，使鋼軌端部呈熱熔狀態以對接兩段鋼軌，這個過程需要焊機的電極與鋼軌之間有良好的導電性。焊機電極與鋼軌間的導電部位位于鋼軌的軌頂、軌底位置，如鋼軌端部的銹蝕部分、粘貼在鋼軌端部的條形碼標簽不清除徹底就會降低導電性。然而，目前國內鋼軌基本都是露天存放，在進行焊接之前鋼軌大多已經銹蝕，為使鋼軌與焊機電極有良好的導電性，確保焊接接頭質量，必須在焊前對鋼軌進行除銹作業。目前，我國絕大多數焊軌基地鋼軌焊前除銹工序都存在如下缺陷：

（1）采用手持式砂輪機進行人工除銹。這種除銹方法因除銹后的鋼軌與焊機電極不能完全密貼，導致兩者間的接觸電阻大，影響導電性，同時由于采用人工作業，還存在勞動強度大、灰塵大污染環境、所需人員多且砂輪消耗量大等不足。

（2）采用鋼絲刷或千葉輪進行除銹工作。軌頂、軌底除銹壓力不可調，導致除銹作業時容易傷損鋼軌（俗稱打虧）或除銹不徹底。軌端除銹采用筒形鋼絲刷，新滾筒除銹效果好，作業一段時間滾筒受到磨損，除銹效果下降較多。

（3）除銹區域的長、寬尺寸無法滿足要求，且容易出現盲區，需要人工打磨補足。

針對上述焊軌基地的實際情況，軌頂、軌底除銹機構采用彈性接觸輪與鋼軌接觸，除銹作業沿鋼軌橫向進行，杯型扭絲鋼絲刷對軌端除銹的加工工藝克服了除銹深度不可控、容易磨虧鋼軌、軌端除銹效果不佳、設備自動化程度不高、除銹區域偏離預定區域等問題。設備在幾個作業位的切換采用格雷母線定位技術，絕對坐標和非接觸檢測方式解決了縱向定位精度和可靠性的問題。利用PLC控制設備的自動走行、自動作業過程，此外還采用了擺動機構、砂帶張緊快換機構、調偏機構保證除銹深度及寬度的精確控制。這些技術的采用可以保證設備在使用過程中的作業質量和效率，同時由于這些技術和設備在現階段機床行業中使用成熟、普及率較高，也使得設備的可維護性好。在鋼軌焊前除銹機上配有防塵罩和除塵裝置，能有效收集作業過程中產生的粉塵及鐵屑，防止污染環境及設備。

1 機床主要機構和功能

（1）移動小車：由車架、走行油缸、防護罩等組成。車架用于安裝走行機構、各種作業機構、夾具等，兩端有防撞緩沖裝置，底部設置有走行油缸和格雷母線定位裝置。走行油缸可進行高低速自動切換，小車上安裝有整體防護罩，將所有機構全部罩住，并裝有鋼化玻璃門及檢修門，以便機床維護和觀察，并進一步防止銹塵污染環境。

（2）鋼軌夾具：分為岸邊夾具和固定夾具。1）岸邊夾具包括安裝支架、支撐滾輪、導向滾輪、夾緊導向機構、夾緊油缸，在設備基坑兩側各安裝一個，用于除銹作業時夾緊鋼軌，夾緊方式為軌頂下壓式。2）固定夾具包括安裝支架、支撐滾輪、導向滾輪、夾緊滾輪、夾緊油缸，在車架兩側各安裝一個，用于除銹作業時夾緊鋼軌，夾緊方式為滾輪下壓式。

岸邊夾具和固定夾具的鋼軌限位分別采用夾緊導向機構和夾緊滾輪實現，位置均可調，可適應不同型號的鋼軌。

（3）除銹機構：分為軌端除銹機構、軌頂除銹機構、軌底除銹機構。1）軌端除銹機構由扭絲鋼絲刷、安裝座、驅動電機、油缸、皮帶、防塵罩等組成，軌端除銹機構安裝在車架上，沿鋼軌端面上下擺動進行端面除銹作業。2）軌頂除銹機構由安裝支架、張緊快換機構、驅動電機、擺動機構、砂帶、接觸輪、升降油缸、調偏機構等組成，軌頂除銹機構安裝在車架上，沿鋼軌橫向進行軌頂除銹作業。3）軌底除銹機構由安裝支架、張緊快換機構、驅動電機、擺動機構、砂帶、接觸輪、升降油缸、調偏機構等組成，軌底除銹機構安裝在車架上，沿鋼軌橫向進行軌底除銹作業。

（4）除塵系統：在砂帶和鋼絲刷磨削頭處采用軟管與除塵裝置連接，將絕大部分粉塵吸收，未吸收部分由防塵罩全部封閉在罩內，定期用吸塵器清理，這就有效避免了環境污染。

2 液壓系統

采用單泵多回路的開式系統，由液壓動力站、比例流量壓力閥、換向閥組、油缸等組成，控制移動小車、鋼軌夾具、除銹機構等動作。

液壓動力站為整個液壓系統提供動力，通過對比例流量壓力閥的放大板輸入電壓的控制，可以實現每個回路對應一個壓力和流量值，互不影響，從而極大地節省能源，減少發熱，提高系統效率。

液壓動力站主要由電機、油泵、比例流量壓力閥、散熱器等組成，電機剛啟動時，比例流量壓力閥輸入信號為0，油泵空載啟動，當系統中有回路需要動作時，控制系統輸入一個相應的壓力和流量信號給比例壓力流量閥，比例流量壓力閥加載，輸出對應的流量和壓力，油泵多余的流量通過比例流量壓力閥直接回油箱。系統回油通過散熱器進行散熱，保證系統油溫在合適的范圍內。動力站上還設置有壓力傳感器、液位開關、溫度傳感器等輔助元件。

控制閥組根據回路需要，由液壓換向閥和液壓鎖、節流閥等組成，控制油缸的運動及換向，油缸速度由動力站上的比例流量壓力閥控制。控制閥組控制固定夾具油缸、岸邊夾具油缸、軌端除銹油缸、軌頂除銹油缸、軌底除銹油缸、擺動油缸、走行油缸等。通過液壓鎖實現油缸的鎖定。

當閥組都不工作時，比例流量壓力閥無信號輸入，系統處于低壓待機狀態。

3 電氣控制系統

3．1 功能

（1）鋼軌定位及保護功能：設備左右各布置兩個光電開關，內側兩個光電開關未感應到鋼軌且外側兩個光電開關感應到鋼軌，在此條件下判定鋼軌停止到位，此時控制箱上的指示燈亮，方可開始除銹作業，否則設備將不能進行任何動作，以免設備損壞。

（2）軌端除銹自動定位功能：鋼軌停止到位后，軌端除銹電機啟動，鋼絲刷開始旋轉，設備工進靠近軌端，此時由于負載逐漸增大，當電機電流增大到預設值時，開始沿軌端上下擺動進行除銹作業。此時格雷母線定位系統記錄設備位置，作為調整作業位置的參考點。

3 給藥方法 對照組給予氨溴索注射液 （云南龍海天然植物藥業有限公司生產，批準文號：國藥準字H20094233）30 mg加入氯化鈉注射液100 mL靜脈滴注 （靜滴），bid，療程7 d；烏司他丁注射液 （廣東天普生化醫藥股份有限公司生產，批準文號：國藥準字H19990134）30萬U加入氯化鈉注射液100 mL靜滴，bid，療程14 d。觀察組在對照組治療基礎上，同時加用依達拉奉注射液 （南京先聲東元制藥有限公司生產，批準文號：國藥準字H20050280）30 mg加入氯化鈉注射液100 mL靜滴30 min，bid，療程14 d。

（3）軌頂、軌底自動除銹功能：采用接近開關，控制除銹機構自動運行至指定位置，設置好接觸輪的往復次數，往復次數完成后完成軌頂、軌底除銹作業。

（4）自動調整作業位置功能：通過格雷母線定位系統記錄設備待機位置、兩個軌端的作業位置，以此3個位置值來確定兩根鋼軌的軌頂、軌底除銹作業位置。

（5）自動循環功能。全鋼軌循環：夾緊岸邊夾具和固定夾具，鋼絲刷磨頭旋轉并上升到對刀位，設備工進靠近前鋼軌軌端，當檢測到電機電流增大到預設值時停止工進，開始沿軌端上下擺動進行除銹作業，除銹完畢后鋼絲刷停止在對刀位，設備工進靠近后鋼軌軌端，當檢測到電機電流增大到預設值時停止工進，開始沿軌端上下擺動進行除銹作業，除銹完畢后鋼絲刷停止旋轉并停止在最低位。設備快進到預設的前鋼軌軌頭、軌底除銹位置停止，上、下砂帶電機旋轉，接觸輪往復擺動，上、下砂帶閉合到預設位置停止，開始進行軌頭、軌底除銹作業，作業完成后上、下砂帶打開到原位，同時砂帶電機停止旋轉，接觸輪停止往復擺動。設備快進到預設的后鋼軌軌頭、軌底除銹位置停止，上、下砂帶電機旋轉，接觸輪往復擺動，上、下砂帶閉合到預設位置停止，開始進行軌頭、軌底除銹作業，作業完成后上、下砂帶打開到原位，同時砂帶電機停止旋轉，接觸輪停止往復擺動。岸邊夾具和固定夾具松開，設備快進回到待機位，整個自動循環結束。同時還具有前、后鋼軌單根自動循環除銹作業及試驗軌任意位置軌頭、軌底自動循環除銹作業功能。

（6）手動操作功能。選擇手動操作后，設備的各項功能可由控制元件來單獨實施（按鈕、旋鈕），小車可分為高速和低速移動運行。

3．2 構成

鋼軌焊前除銹機電氣控制系統由操作站、PLC控制系統、信號檢測系統、液壓驅動系統、電機驅動系統等部分組成，它控制設備各部件按操作要求對鋼軌進行除銹。

（1）操作站。操作站由操作面板和觸摸顯示屏組成，通過各按鈕、旋鈕來完成一系列動作的全自動、半自動和手動操作；觸摸顯示屏用于參數設定，系統信息及除銹機構動作位置和狀態的顯示。

（3）信號檢測系統。光電傳感器用來檢測軌道線上鋼軌的位置，從而控制鋼軌移動至合適的除銹位置；接近傳感器用來檢測各除銹部件的位置和動作狀態；格雷母線位置檢測系統用來檢測小車的位置，從而使PLC控制小車移動至目標位置。

（4）液壓驅動系統。液壓壓力由油泵產生，各夾具的松緊動作、除銹機構的上升／下降及擺動動作、小車的走行動作均由PLC控制電磁閥的開關來實現。液壓壓力和流量通過PLC的模擬量輸出控制液壓放大板的輸出來實現。

（5）電機驅動系統。軌頂、軌底除銹電機和軌端除銹電機由變頻器驅動，可實現速度無極調節，同時電壓、電流及轉矩等信號的實時采集，便于對軌端進行精確、高效、可靠的除銹作業。

4 結語

和傳統的除銹工序相比，鋼軌焊前除銹機自動化程度提高，除銹效率提升，完成前、后鋼軌的端面、頂面和底面除銹僅需100 s，除銹質量穩定，除銹深度可控，且具有“一鍵操作”功能，中文人機界面，在操作界面上設計有部分可調節的除銹工藝參數以適應現場作業工況的變化，通俗易懂，普通工人一天完成操作培訓。成熟的PLC控制技術及格雷母線定位技術，使用壽命長、穩定性能好，不需要頻繁維護。出現故障時直接在操作界面上顯示，根據提示能很快處理出現的故障，減少了設備維護時間，提高了企業的生產能力，降低了產品的制造成本，增強了企業的競爭力。

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