鋼軌在線銑削技術的研究

王磊

【摘 要】分析了鋼軌銑軌在線銑削技術的原理，銑削方向和銑盤大小對銑削力的影響，而銑削力又是影響銑軌車對鋼軌表面銑削質量和刀具使用壽命的重要因素，因此，研究銑削方向和銑盤大小對銑削力的影響有著非常重要的意義。文中通過對國內外銑軌車銑削技術的研究和對比，為自主設計鋼軌在線銑削裝備提供了一定的理論依據。

【關鍵詞】鋼軌銑削；圓周銑削；銑盤

【Abstract】Analysis of the principle of rail milling technology， the effect of milling direction and milling disc size on milling force， the milling force is an important factor that influence on the rail milling surface quality and service life of tool. Therefore， it is very important to study the influence of rail milling direction and milling disc size on the milling force. In this paper， through the research and comparison of milling technology of milling machine at home and abroad， this paper provides a theoretical basis for the choice of the size of the milling.

【Key words】Milling Machine；Peripheral Milling；Milling Disc

0 前言

伴隨鐵路運量增加和運行速度的提高，鋼軌表面損傷問題開始越來越突出，其中常見的損傷有鋼軌滾動接觸疲勞裂紋、波磨和曲線上股鋼軌側磨。如果鋼軌表面損傷得不到及時、有效的整修，將嚴重影響行車安全以及鋼軌使用壽命。為了保證列車運行的安全性、穩定性和舒適性，改善輪軌接觸狀態， 降低輪軌噪聲，提高鋼軌的使用壽命，同時提高工務部門對鋼軌表面傷損控制和減緩的效率， 必須采用快速、高效的在線整修技術來消除鋼軌表面傷損， 恢復鋼軌良好的型面和平順度。

鋼軌銑削可以較快地銑削掉鋼軌表面傷損，適合消除頂面波磨、裂紋和剝離掉塊等傷損。對較嚴重的表面傷損，也可以通過切削量的設置而實現一遍銑削即修復鋼軌缺陷；其鋼軌表面平順度恢復較好，作業效率較高。同時，通過預先設計好的刀粒排列方式，作業前期無須進行刀架的調整就可以恢復鋼軌橫斷面輪廓，適合消除軌距角、外側角的肥邊或塑性變形，其作業準備工作較少，也不需要拆除軌旁設備，作業對空氣、噪聲的污染小，在城市軌道交通隧道等環境要求較高的地段使用的優點則更加顯著。

1 銑軌車銑軌原理

銑軌車作業分為粗銑和精銑兩道工序：粗銑采用圓周銑削的方式，刀盤上有若干相同的刀架，每個刀架上有兩排刀粒，擬合成與標準鋼軌橫斷面輪廓一致的曲線，從而通過銑削使鋼軌恢復到標準廓形；精銑采用端面銑削的方式，通過兩個嚙合的齒形刀架旋轉對粗銑后的軌頂面銑削加工，消除粗銑后殘留的楞痕而達到更高的精度要求。

2 自動對刀找正的原理

銑盤可以相對于鋼軌橫向和垂向移動。橫向移動通過伺服馬達帶動絲桿轉動實現；垂向運動通過液壓提升油缸和垂向伺服馬達帶動垂向絲桿轉動實現。

銑盤處于鋼軌的位置主要由三個傳感器來控制，分別為一個光傳感器和兩個位移傳感器（如圖1）。

銑盤相對于鋼軌有三種位置狀態：安全鎖定狀態、銑削作業準備狀態和銑削作業狀態。由安全鎖定狀態到達銑削作業準備狀態的過程即為對刀找正。其原理為發出作業準備信號后，光傳感器進行掃描，感應出鋼軌的大概位置，然后油缸和伺服馬達快速帶動銑盤橫向和垂向運動到達鋼軌附近，當銑盤達到鋼軌附近后由軌側和軌頂面的位移傳感器感應鋼軌準確的位置，為保護刀粒，在銑盤距離鋼軌表面2mm左右的位置停住，即到達作業準備狀態；銑削作業狀態同樣由軌側和軌頂面的位移傳感器控制軌側和軌頂面銑削量的進給。

3 銑削方向的選擇

考慮被銑削對象為在線鋼軌的特殊性：工件不易夾緊，且為細長件，因此鋼軌銑軌車銑削方向選擇為順銑的方式。有如下優勢：

1）能夠保證銑削的平穩性：在銑削作業時，銑刀對鋼軌的作用力在垂直方向分力FN始終向下，因此對鋼軌起到壓緊作用，保證了銑削的平穩性；

2）提高銑刀的使用壽命：銑刀刀刃切入鋼軌之初，切屑厚度最大，逐漸減小到0。后刀面與已加工表面擠壓、摩擦小，刀刃磨損慢，且表面質量好；

3）利于減小整車作業走行的功率損耗：順銑時銑刀對鋼軌在水平方向上的分力與整車走行的方向一致，因此利于減小功率損耗。

4 銑盤大小對銑削作業的影響

4.1 對刀具名義壓力角的影響

其中H為距離鋼軌軌頂面的銑削深度，這里取H=0.6mm。

如此可以計算出不同銑盤直徑時候的刀具名義壓力角α大小（見下表1）。

如上表所示，壓力角α是與刀盤直徑相關，直徑越大，其壓力角越小；但其壓力角的變化不是比例遞減的，而是隨著刀盤的增大其變化量越來越小。同時，壓力角越小，則主切削力在垂直方向的分力也就越小，也同樣減小銑刀刀粒的壓力，如此降低銑削時銑盤發生振動的風險，提高使用壽命。

4.2 對銑削后殘留波幅的影響

其中fz為每齒進給量，這里取fz=5mm。

如此可以計算出不同銑盤直徑時候的殘留波幅h的大小（見下表2）

如上表所示，殘留波幅h是與刀盤直徑相關，直徑越大，其殘留波幅越小；但其壓力角的變化不是比例遞減的，而是隨著刀盤的增大其變化量越來越小。同時，殘留波幅越小表明銑削后的表面質量越高。

5 結語

相比較傳統的鋼軌打磨技術，鋼軌銑削技術具有更高效和環保等特點，是快速線路鋼軌整形恢復不可缺少的工務裝備；另一方面，鋼軌銑削技術更適用于地鐵、輕軌線路的維護。目前全路鋼軌整形作業裝備少，覆蓋面小，且各地正進行地鐵、輕軌建設的高潮，所以鋼軌銑削技術應用的前景是很廣闊的，但目前銑削設備主要為進口，通過對鋼軌銑削工作原理的研究對下一步自主創新開發鋼軌銑削整形裝備具有較大意義。

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[責任編輯：田吉捷]