焊軌基地粗磨機除塵系統的優化方案研究

梁秋語 中國鐵路上海局集團有限公司上海工務大修段

粗磨機是一種適用于焊軌基地鋼軌焊后焊縫外形處理的自動設備。這種設備提供了一種先進的加工手段，將傳統手動靠模打磨鋼軌焊瘤工藝改為砂輪自動打磨，減小工人的勞動強度、節約人工成本，大大提高生產效率和焊縫質量、減少環境污染。

1 粗磨機除塵系統的存在問題

粗磨機工作時產生的灰塵大量殘留在設備內部，作業完成后依靠人工清理，過多的灰塵導致故障率較高。現有的粗磨機除塵系統主要由粗磨機外部管路與除塵器組成，其內部內部結構復雜、密封性較差，因設備作業產生的灰塵質量較大，受到重力的影響大于氣流帶動的效果，導致現有的粗磨機除塵系統不能形成有效風道引導除塵，也難以形成負壓有效除灰。

2 除塵不良的后果與分析

2.1 粗磨機的常見故障類型

在粗磨機的日常使用過程中，常見故障有以下幾類：一是軌頭、軌底橫移氣缸損壞；二是下磨頭電機軸承損壞；三是滑塊導軌損壞；四是齒輪過度磨損；五是接近開關失效；六是伺服電機過載；七是磨頭卡死。

2.2 各類故障成因分析

氣缸損壞的故障表現在氣缸往復時間延長，打磨效率降低，處理不及時還會導致氣缸往復運動受阻。氣缸的損壞體現在氣缸的軸體部分發生磨損，氣密性降低。打開防塵罩后，肉眼可以在氣缸的軸體表面觀察到明顯的磨損痕跡，用手接觸時能感覺到臺階，防塵罩內部有灰塵聚集。如圖1 所示，發生這一故障的主要原因是氣缸軸套內部的灰塵未及時清理，不斷磨損氣缸的軸體表面。

圖1 磨損的氣缸軸體

電機軸承損壞表現在下磨頭打磨時的晃動較大，產生打傷母材的情況較多，處理不及時還可能導致下磨頭卡死。在拆出軸與軸承后檢查發現平面軸承內部有大量灰塵、灰塵與黃油結塊，導致軸承損壞。如圖2所示，清理整個軸體并更換軸承后經過一個月的使用，再次取出軸承進行檢查，發現新的軸承內部出現大量灰塵、灰塵與黃油結塊影響軸承正常轉動。發生這一故障的主要原因是每次打磨都有少量灰塵進入磨頭下方軸體區域，該區域在不拆除磨頭，取出軸體的情況下難以清理其中的灰塵，日積月累導致軸承損壞。

圖2 損壞的軸承

滑塊導軌磨損的故障有多種表現形式，包括滑塊滾珠蹦出、滑塊卡死、打磨時不正常的晃動等。通過檢查更換下的舊滑塊與導軌可以發現舊滑塊內部有黑色灰塵，滑塊滾珠運動不順暢。導軌表面有大量劃痕，明顯臺階，導軌兩端有一層灰塵。發生這一故障的主要原因是滑塊在工作過程中將部分灰塵吸入了滑塊內部，如圖3 所示，在往復運動的過程中，積累的灰塵不斷磨損滑塊中的滾珠，同時磨損導軌，導致各條導軌之間不能保持平行。

圖3 損壞的滑塊

齒輪過度磨損,粗磨機的齒輪組處于設備內部，主要由一對直徑約1 m 的大型齒輪與減速箱組成，屬于粗磨機的核心傳動零件。在因粗磨機卡死的故障進行維修時，取出舊齒輪后，檢查發現安放齒輪的槽的內部有部分灰塵，如圖4 所示。經分析表明由于齒輪未處于密封狀態，打磨灰塵進入齒輪槽后難以全部清除，在使用過程中不斷磨損齒輪導致了故障的發生。

圖4 磨損的齒輪

接近開關作為粗磨機的限位裝置對設備安全與人身安全都起到重要作用，經檢查，大部分接近開關失效的原因主要是有大量打磨飛濺物附著在接近開關上，使接近開關難以正常工作。

伺服電機過載故障也是一種常見的粗磨機設備故障，造成這一故障表現的原因有很多，但常見的原因之一就是在連續打磨過程中設備內部積累了大量灰塵，造成伺服電機過載。在清理灰塵之后伺服電機便恢復正常。

綜上所述，粗磨機大部分常見故障發生的原因都與設備內部的灰塵環境有密不可分的關系，粗磨機在生產過程中會產生大量灰塵，對這些灰塵的清理是控制設備內部環境的關鍵，粗磨機現有的除塵系統性能不足，有一定設計缺陷，在工作過程中產生的絕大多數灰塵殘留于設備內部，在連續使用的過程中，部分灰塵會進入設備核心部分，并積累起來，導致故障發生。

3 現有粗磨機除塵的優化方案

3.1 除塵方式的選擇以及整體除塵方案

由于導致粗磨機故障的主要原因是粗磨機的除塵系統不能處理工作產生的大量灰塵，因此最有效的方法是優化粗磨機的除塵方案。在以前所使用的數種除塵方案中：使用噴氣清除設備表面灰塵、使用吸塵器手動吸塵、使用金屬管路吸塵。均有一定不足：操作員使用噴氣清除灰塵，這種除塵方式只是利用氣流將設備表面的灰塵重新散布在整個設備內部，雖然肉眼可見的灰塵消失了，少量灰塵可以落到地面，但是還有大部分灰塵在設備內部不斷循環，甚至會被氣流帶入設備核心，例如齒輪槽。因此，使用吸塵的方式設計除塵方案是更為可行的。

使用工業吸塵器手動吸塵可以避免灰塵進入設備內部，但吸塵只能在作業間隙使用，而設備產生大量灰塵的時機是設備工作期間，設備打磨時產生的大量灰塵已經散布于設備內部之后，錯過了除塵的黃金時間，據操作員現場反應，使用的吸塵器效果不明顯，許多時候要使用毛刷手動清潔，降低了工作效率。粗磨機最早使用一套金屬管路進行吸塵，這套吸塵方案對上磨頭除塵有一定效果，但由于吸塵方向的設計缺陷，吸塵效率較低。同時缺乏對下磨頭的除塵方案，大部分灰塵不能及時清除，散落于設備各處，由于缺乏有效的人工除塵手段使用噴氣清除灰塵，導致這套方案的除塵能力不滿足設備日常使用的需要。而使用金屬管路導致這套吸塵裝置缺乏適應性，在與粗磨機打磨動作產生了行程沖突導致損壞。基于這幾種方案的優缺點，我設計了以減少揚塵、提高了系統除塵流速，建立風道的優化方案，利用原有除塵機，調整除塵管路，設計吸塵罩、擋塵圍欄的綜合除塵方案，其中吸塵管路如圖5所示。

圖5 吸塵管路

3.2 除塵管路的設計方案

為了配合設備走行，設備外部使用了波紋管作為除塵管路，但是使用的波紋管長度過長，存在盤繞的現象，導致管道流速較小。因此重新設計除塵管管路，使用帶導軌的伸縮管作為外部支架，將波紋管于固定伸縮管內用于除塵，優化密封性。使管路內的流速控制在10 m/s-20 m/s，防止管道內沉積碎屑粉塵。已知現有除塵器的流量為3 000 m3/h，需求流速為10 m/s-20 m/s，由公式可得管徑大小越為0.01 m-0.3 m。設備內部使用硬管軟管結合的方式設計除塵管路，避免因行除沖突或其他突發故障損壞除塵管路。

3.3 上磨頭的除塵方案

上磨頭的灰塵飛濺方向較為固定，位于砂輪與鋼軌接觸點的切線方向，因此吸塵罩安裝在打磨方向的拋物線方向，由于上磨頭與鋼軌接觸點在焊縫上不斷變化，因此灰塵主要的散布范圍較大，吸塵口距離砂輪越遠，吸塵效果越差。因此在砂輪外側安裝一套吸塵管路。采用軟管作為管路的材料，防止產生行程沖突。軟管應當使用具有耐高溫性質的橡膠材料。

3.4 下磨頭的除塵方案

粗磨機下磨頭打磨鋼軌軌底造成的火花呈水平方向向周圍360°散射，在射出后灰塵與火花只受到重力作用。由于吸塵裝置的高度不能高于磨頭，難以實現360°吸塵，因此采用在下磨頭打磨平臺上安裝濾塵圍欄的方案，通過將打磨造成的火花與灰塵控制在濾塵圍欄內，控制灰塵的四散，然后利用濾塵圍欄上的吸塵管道將灰塵吸除。濾塵圍欄使用耐高溫尼龍材料，防止起火，如圖6所示。

圖6 下磨頭打磨平臺示意圖

4 結束語

通過上述對粗磨機除塵系統的優化方案，可在不對設備進行大型改造的前提下，使用更為合理的吸塵罩，減少揚塵的產生，優化了系統除塵流速，是一種經濟、簡單、快捷的優化方案。可以有效的減少粗磨機設備的灰塵，極大的提高設備的使用壽命，降低維修成本。