鋼軌在線銑削技術(shù)的研究

王磊

【摘 要】分析了鋼軌銑軌在線銑削技術(shù)的原理，銑削方向和銑盤大小對(duì)銑削力的影響，而銑削力又是影響銑軌車對(duì)鋼軌表面銑削質(zhì)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(duì)銑削力的影響有著非常重要的意義。文中通過對(duì)國內(nèi)外銑軌車銑削技術(shù)的研究和對(duì)比，為自主設(shè)計(jì)鋼軌在線銑削裝備提供了一定的理論依據(jù)。

【關(guān)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(yùn)量增加和運(yùn)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(dòng)接觸疲勞裂紋、波磨和曲線上股鋼軌側(cè)磨。如果鋼軌表面損傷得不到及時(shí)、有效的整修，將嚴(yán)重影響行車安全以及鋼軌使用壽命。為了保證列車運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和舒適性，改善輪軌接觸狀態(tài)， 降低輪軌噪聲，提高鋼軌的使用壽命，同時(shí)提高工務(wù)部門對(duì)鋼軌表面?zhèn)麚p控制和減緩的效率， 必須采用快速、高效的在線整修技術(shù)來消除鋼軌表面?zhèn)麚p， 恢復(fù)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?zhèn)麚p，適合消除頂面波磨、裂紋和剝離掉塊等傷損。對(duì)較嚴(yán)重的表面?zhèn)麚p，也可以通過切削量的設(shè)置而實(shí)現(xiàn)一遍銑削即修復(fù)鋼軌缺陷；其鋼軌表面平順度恢復(fù)較好，作業(yè)效率較高。同時(shí)，通過預(yù)先設(shè)計(jì)好的刀粒排列方式，作業(yè)前期無須進(jìn)行刀架的調(diào)整就可以恢復(fù)鋼軌橫斷面輪廓，適合消除軌距角、外側(cè)角的肥邊或塑性變形，其作業(yè)準(zhǔn)備工作較少，也不需要拆除軌旁設(shè)備，作業(yè)對(duì)空氣、噪聲的污染小，在城市軌道交通隧道等環(huán)境要求較高的地段使用的優(yōu)點(diǎn)則更加顯著。

1 銑軌車銑軌原理

銑軌車作業(yè)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(gè)刀架上有兩排刀粒，擬合成與標(biāo)準(zhǔn)鋼軌橫斷面輪廓一致的曲線，從而通過銑削使鋼軌恢復(fù)到標(biāo)準(zhǔn)廓形；精銑采用端面銑削的方式，通過兩個(gè)嚙合的齒形刀架旋轉(zhuǎn)對(duì)粗銑后的軌頂面銑削加工，消除粗銑后殘留的楞痕而達(dá)到更高的精度要求。

2 自動(dòng)對(duì)刀找正的原理

銑盤可以相對(duì)于鋼軌橫向和垂向移動(dòng)。橫向移動(dòng)通過伺服馬達(dá)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)；垂向運(yùn)動(dòng)通過液壓提升油缸和垂向伺服馬達(dá)帶動(dòng)垂向絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。

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

銑盤相對(duì)于鋼軌有三種位置狀態(tài)：安全鎖定狀態(tài)、銑削作業(yè)準(zhǔn)備狀態(tài)和銑削作業(yè)狀態(tài)。由安全鎖定狀態(tài)到達(dá)銑削作業(yè)準(zhǔn)備狀態(tài)的過程即為對(duì)刀找正。其原理為發(fā)出作業(yè)準(zhǔn)備信號(hào)后，光傳感器進(jìn)行掃描，感應(yīng)出鋼軌的大概位置，然后油缸和伺服馬達(dá)快速帶動(dòng)銑盤橫向和垂向運(yùn)動(dòng)到達(dá)鋼軌附近，當(dāng)銑盤達(dá)到鋼軌附近后由軌側(cè)和軌頂面的位移傳感器感應(yīng)鋼軌準(zhǔn)確的位置，為保護(hù)刀粒，在銑盤距離鋼軌表面2mm左右的位置停住，即到達(dá)作業(yè)準(zhǔn)備狀態(tài)；銑削作業(yè)狀態(tài)同樣由軌側(cè)和軌頂面的位移傳感器控制軌側(cè)和軌頂面銑削量的進(jìn)給。

3 銑削方向的選擇

考慮被銑削對(duì)象為在線鋼軌的特殊性：工件不易夾緊，且為細(xì)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(yōu)勢(shì)：

1）能夠保證銑削的平穩(wěn)性：在銑削作業(yè)時(shí)，銑刀對(duì)鋼軌的作用力在垂直方向分力FN始終向下，因此對(duì)鋼軌起到壓緊作用，保證了銑削的平穩(wěn)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(zhì)量好；

3）利于減小整車作業(yè)走行的功率損耗：順銑時(shí)銑刀對(duì)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(duì)銑削作業(yè)的影響

4.1 對(duì)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(jì)算出不同銑盤直徑時(shí)候的刀具名義壓力角α大?。ㄒ娤卤?）。

如上表所示，壓力角α是與刀盤直徑相關(guān)，直徑越大，其壓力角越?。坏鋲毫堑淖兓皇潜壤f減的，而是隨著刀盤的增大其變化量越來越小。同時(shí)，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(shí)銑盤發(fā)生振動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，提高使用壽命。

4.2 對(duì)銑削后殘留波幅的影響

其中fz為每齒進(jìn)給量，這里取fz=5mm。

如此可以計(jì)算出不同銑盤直徑時(shí)候的殘留波幅h的大?。ㄒ娤卤?）

如上表所示，殘留波幅h是與刀盤直徑相關(guān)，直徑越大，其殘留波幅越??；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(shí)，殘留波幅越小表明銑削后的表面質(zhì)量越高。

5 結(jié)語

相比較傳統(tǒng)的鋼軌打磨技術(shù)，鋼軌銑削技術(shù)具有更高效和環(huán)保等特點(diǎn)，是快速線路鋼軌整形恢復(fù)不可缺少的工務(wù)裝備；另一方面，鋼軌銑削技術(shù)更適用于地鐵、輕軌線路的維護(hù)。目前全路鋼軌整形作業(yè)裝備少，覆蓋面小，且各地正進(jìn)行地鐵、輕軌建設(shè)的高潮，所以鋼軌銑削技術(shù)應(yīng)用的前景是很廣闊的，但目前銑削設(shè)備主要為進(jìn)口，通過對(duì)鋼軌銑削工作原理的研究對(duì)下一步自主創(chuàng)新開發(fā)鋼軌銑削整形裝備具有較大意義。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]