钢轨磨削机械臂设计与优化

摘要：钢轨倒棱常用便携式倒棱机具进行现场倒棱，存在作业精度不高，人工操作随意，安全隐患大等风险。设计专用钢轨倒棱机械臂，对钢轨轨头横断面进行自定位倒棱磨削加工，实现精确定量和微量控制的高精度磨削。钢轨倒棱作业对钢轨接头的全寿命养护具有重要意义。

关键词：钢轨磨削；机械臂；全寿命养护

钢轨打磨机械是用于对钢轨打磨作业，以实现钢轨保养、维护等的机械设备。传统钢轨打磨机械主要由机架、传动系统、砂轮以及行走装置等部件组成，能够较好地实现对钢轨顶面、侧面等的打磨。但是，现有的钢轨打磨机械普遍存在体积、重量大，运输以及操作使用不便等诸多缺陷，致使对钢轨轨头端面倒棱磨削加工时，现场仍采用人工手握打磨机作业，打磨量依靠工人经验控制，因钢轨端面棱边呈弧状形，从而造成整个加工面尺寸误差过大，磨削精度较低，对后道工序加工带来不良影响，并且全过程劳动强度极大。因此，如何设计一款专用钢轨端面倒棱磨削机，使其重量小，拆装方便，易于保证钢轨端面棱边加工面的尺寸精度，有效降低工人加工难度及劳动强度，是本领域技术人员亟待解决的问题。

1机械结构设计

本设计钢轨磨削机械臂由底座固定于钢轨上，纵向进给机构联接在底座上，横向进给机构联接在滑块和丝母上，支臂联接在滑块与丝母上，打磨机固定在支臂上且打磨机磨具刀口与钢轨端面纵向和横向皆成45°角。这样纵向进给机构通过丝母及滑块带动横向进给机构作纵向（上下）进给运动，而横向进给机构通过滑块及丝母带动支臂作横向（前后）进给运动。从而实现打磨机同时进行纵向（上下）、横向（前后）运动，形成弧线运动轨迹，达到对钢轨端面棱边磨削加工的稳定性，保证加工面尺寸精度。

2控制系统

该机械臂由支臂、夹头、纵向进给机构和横向进给机构，以及电气控制系统组成。垂直运动和水平运动分别由步进电动机驱动来完成。控制系统设置有8个按键，用来操作机械臂的移动和切割：分别是+X向、-X向、+Y向、-Y向、快速、停止、复位、自动。由于导轨端面的外轮廓是由不同曲率半径的曲线段组成的，所以机械臂的切削过程都是在微控器中程序的控制下完成的，以此来保证切削的轨迹能够更加地符合导轨端面的实际轮廓。微控制器分别控制着X向和Y向两个步进电动机，让其同时运转，通过内部的插补算法程序，控制两个方向的电机分别以不同的速度运行，进而插补出圆弧曲线。

3试验与结果

使用本设计钢轨磨削机械臂进行现场试验，在作业地点对60钢轨实施倒棱作业。试切结果良好，如图2所示，钢轨倒棱尺寸精度高，表面粗糙度小，轮廓曲线与导轨弧面曲线重合度好。切削速度较高，自动切削有效减轻劳动强度，并有利于提高倒棱作业的标准化操作。

参考文献

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作者:石亮 张爱涛 王世旭 郎珊珊