高速铁路用钢轨双向精整设备探究

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钢轨是铁路轨道的主要组成部件，用于引导机车车辆的车轮前进，承受车轮的巨大压力，并传递到轨枕上。钢轨为车轮提供连续、平顺及阻力最小的滚动表面，在电气化铁道或自动闭塞区段，钢轨还可兼做轨道电路之用，与轨枕、道床(含路基)组成一个完整的铁路线，支承及引导机车车辆的车轮，使列车安全运行。由于钢轨精度对于轨道交通至关重要，需确保高度方向和水平线性方向精度。为符合高速铁路的建设质量，对铁路采用的主要钢材(钢轨、车轮和车轴)的生产，各国都采取了严格的生产工艺和先进的检测技术，以此来保证钢材的质量，从而保证铁路行车的安全。世界各国对钢轨的要求是：高强度、高韧性、高纯净度、高精度和良好的可焊性。为了达到上述要求，必须做到“三精”，即精炼、精轧和精整。对于钢轨的精整工序，传统的钢轨压力矫直设备只包括一对压头，需要不停地检测钢轨形状缺陷并进行调节矫正，且操作繁琐，效率低，尤其是矫正钢轨轨端的直线度超差、留有超标准的弯曲量等。针对传统精整设备的不足，本公司研发了一种双向钢轨精整液压机，可以同时对钢轨高度方向和水平线性方向进行矫正，提高钢轨精度，操作简单，工作效率高。

一、双向钢轨精整液压机介绍

双向钢轨精整液压机主要用于高锰钢系列钢轨精整，矫直辙叉轨底面、顶面平面度及工作边直线度也适用于冷矫各种长形板块、型钢、细长轴类件。双向钢轨精整液压机使用条件见表1，主要技术参数见表2。

1机器结构形式和功能

⑴双向钢轨精整液压机由主机、液压传动系统、移动工作台送料系统、冷却系统、润滑系统和电气控制系统组成，见图1、图2。⑵双向钢轨精整液压机的操作方式设有调整、手动、半自动三种操作方式，操作方式由转换开关进行选择，按钮集中控制。⑶移动工作台的操作方式设有调整、手动两种操作方式，操作方式由转换开关进行选择，按钮集中控制。⑷双向钢轨精整液压机本体机身为水平C形整体机身和三梁四柱式机身相结合结构形式，水平C形整体机身同时也是三梁四柱式机身的底座，主要构件为钢板焊接结构。⑸垂直滑块为上传动单缸加压结构形式，油缸为活塞式油缸。⑹水平滑块为水平传动单缸加压结构形式，油缸为活塞式油缸，滑块导向为45°平面导轨导向，水平滑块设有快速缸，具有快速前进功能。⑺液压系统主控制系统采用二通插装阀集成系统。⑻垂直滑块主油缸采用活塞式油缸。⑼水平滑块主油缸采用活塞式油缸，快速缸采用柱塞式油缸。⑽双向钢轨精整液压机带有移动工作台，移动工作台左右移出，可自动移送50米长钢轨。⑾动力系统和电气箱放置在地面上，操作箱放置在机器右前部。⑿移动按钮站设有双手操作按钮，液压系统设有过载保护装置和液压安全支撑保险回路。⒀液压系统设有油位指示、油液冷却和过滤系统，油液冷却选用工业空调制冷。⒁滑块导轨润滑采用稀油集中润滑，自动润滑器设有故障报警装置。⒂液压系统中关键部位设有压力检测点，通过压力检测点可以快速诊断液压机出现的故障，监测液压机的工作状态。⒃垂直滑块的压力控制采用压力传感器控制，可实现数字显示和控制。调压元件采用比例阀和远控调压阀调控，压力在触摸屏上显示和设定，调压范围为公称压力的15％～100％。⒄水平滑块的压力控制采用压力传感器控制，可实现数字显示和控制。调压元件采用比例阀和远控调压阀调控，压力在触摸屏上显示和设定，调压范围为公称压力的15％～100％。⒅垂直滑块和水平滑块行程可数字显示和控制，行程检测采用数字量磁栅尺位移传感器来控制，控制精度高。移动工作台⑴双向钢轨精整液压机带有左右移动式工作台，移动工作台台体为钢板焊接结构，焊接采用CO2气体保护焊，焊后时效处理。移动工作台台体承受模具和工件重量及工作载荷，并把工作载荷传递到机身底座上。⑵移动工作台采用变频器减速机齿轮传动实现，并可变频调速。刚性挡块和行程开关两端限位，液压油缸使移动工作台浮起和落下；移动工作台中设有三组工件顶起缸，顶起缸为柱塞式油缸；为防止移动工作台上平面磕碰和砸伤，移动工作台上平面镶嵌安装有一层淬火钢板；移动工作台和主机动作互锁。⑶移动工作台装有16个浮动车轮，液压油缸推动浮动车轮使移动工作台浮起和落下；内部装有驱动装置，本机移动工作台装置采用“三合一”减速机齿轮驱动装置驱动，变频器使电动机变频调速，动作平稳可靠。⑷移动工作台采用电缆线拖链拖动防护。液压传动和控制系统液压传动和控制系统主要由泵、阀块、充液阀、冷却过滤系统、压力显示和控制系统，管路等组成，借助于电气系统的控制，完成液压机各种动作的控制。⑴动力系统。1)液压系统中的主油泵采用手动变量柱塞泵和定量叶片泵，此泵结构先进，性能优越。垂直油缸和水平油缸采用相同的泵组供油。2)液压系统中阀块采用二通插装阀块，高度集成，减少管路。二通插装阀具有结构紧凑、响应快、内泄小、动作灵敏可靠、流量大、抗污染能力强、使用维护方便、寿命长等优点。3)双向钢轨精整液压机移动工作台上所用油泵采用轴向柱塞泵。⑵充液阀。垂直油缸和水平油缸所用充液阀选用常闭式充液阀，此阀为标准产品，性能优良可靠。⑶冷却过滤系统。液压系统中设有工业空调，用以保持系统的清洁度和保持油液温度在液压系统允许的温度范围内。⑷管路。液压系统高压管路采用法兰连接，防止管路泄漏，管路安装时要进行酸洗、钝化处理。⑸油箱。油箱为钢板焊接结构，其上安装有油位指示计，油箱安装时要进行酸洗、钝化和防锈处理。⑹压力显示装置。主系统压力显示采用压力表显示和数字显示，由压力传感器采集的信号在触摸屏上显示，辅助系统压力显示采用耐振压力表显示，压力传感器选用进口件。电气控制系统⑴电气控制箱内设置有照明灯和通风换气装置，电气控制箱具有良好的密封性，能有效的防止灰尘侵入。电气控制系统分为动力系统和控制系统两部分。⑵动力系统包括控制总电源，各个电动机的启停及保护开关等。电动机采用降压启动，电源采用三相四线制，AC380V，50Hz。⑶控制系统包括控制箱、主操作台和移动操作台。控制箱安装PLC可编程控制系统，可完成对该机全部动作的控制；主操作台可完成该机的全部动作的操作，设有液压机各部分动作的操作按钮，具备功能转换开关、触摸屏、各个电机的启停按钮、各部分的报警、监视指示灯等；移动操作台上有双手压制按钮，回程和急停按钮以及有电指示灯。⑷控制装置采用PLC可编程序控制器控制；显示装置采用触摸屏显示，触摸屏安装在主操作台上；位移控制装置采用光电编码器控制水平滑块和垂直滑块行程，由光电编码器采集信号，PLC处理，在触摸屏上数字显示位移和速度，并可控制位移；操作方式有调整、手动、半自动三种操作方式；控制方式有定压压制和定程压制两种方式。

2润滑系统

水平滑块和垂直滑块采用各自独立的润滑系统，采用稀油集中润滑，保证各运动部件之间润滑。

二、双向钢轨精整液压机精整描述

为实现同时对钢轨高度方向和水平线性方向进行精整目的，根据双向钢轨精整液压机包括机身、移动工作台以及安装在机身上的液压缸的结构特性，从设备结构、校准原理、精度关键与快速空进四个方面描述。

1设备结构

垂直液压缸的输出端安装有垂直压头，水平液压缸的输出端安装有水平压头；工作台砧板上具有与钢轨宽度一致的工作槽，工作槽的底部安装有顶起缸；垂直液压缸的竖直中心线与工作槽宽度中心线重合，水平液压缸的水平中心线与工作槽高度中心线重合；顶起缸的缸头宽度小于工作槽的宽度；垂直液压缸的外端还设有垂直液压缸导向机构，水平液压缸的外端还设有水平液压缸导向机构。

2校准原理

钢轨放在移动工作台上的工作槽中，顶起缸处于退回状态，垂直油缸带动垂直压头对钢轨施加压力进行高度方向上的矫直，水平油缸带动水平压头对钢轨施加压力进行水平线性方向的矫直；当工件压制完成时，水平油缸和垂直油缸处于退回状态，顶起缸把工件顶起，便于工件的下料；垂直液压缸导向机构和水平液压缸导向机构分别对垂直液压缸和水平液压缸进行导向，导向精度高，保证了钢轨的矫正精度。

3精度关键

利用导向机构避免了活塞杆在伸缩过程中产生变形，提高了液压缸的导向精度、使用寿命以及双向钢轨精整液压机的精整精度。

4快速空进

充液箱在空程快进时对水平液压缸和垂直液压缸进行快速充油，达到快速空进的目的；泵站在加压工进时对水平液压缸和垂直液压缸进行充油，达到高压工进的目的。

三、设备试制精度

根据TB/T3276-2011《高速铁路用钢轨》标准的要求，钢轨平直度和扭曲允许偏差要求见表3。对现场试制工件进行检测，工件的平直度和扭曲完全在TB/T3276-2011《高速铁路用钢轨》标准的要求范围内，产品合格。

四、结束语

本公司研发的双向钢轨精整液压机具有双向精整功能，可以一次上料，同时对钢轨进行水平线性方向和高度方向的矫直，把握精度关键和快速空进，与传统矫直设备相比，生产效率提高了40%，工件合格率提高了15%，保证了工件质量。

作者:寻宝明 马超群 王磊 张娅莉 单位:江苏省徐州锻压机床厂集团有限公司 中国矿业大学