鋼軌磨削機械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化

石亮 張愛濤 王世旭 郎珊珊

（1中國鐵路蘭州局集團有限公司蘭州西工務(wù)段，甘肅 蘭州 730050；2 蘭州理工大學(xué)機電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

0 前言

鋼軌打磨機械是用于對鋼軌打磨作業(yè)，以實現(xiàn)鋼軌保養(yǎng)、維護等的機械設(shè)備。傳統(tǒng)鋼軌打磨機械主要由機架、傳動系統(tǒng)、砂輪以及行走裝置等部件組成，能夠較好地實現(xiàn)對鋼軌頂面、側(cè)面等的打磨。但是，現(xiàn)有的鋼軌打磨機械普遍存在體積、重量大，運輸以及操作使用不便等諸多缺陷，致使對鋼軌軌頭端面倒棱磨削加工時，現(xiàn)場仍采用人工手握打磨機作業(yè)，打磨量依靠工人經(jīng)驗控制，因鋼軌端面棱邊呈弧狀形，從而造成整個加工面尺寸誤差過大，磨削精度較低，對后道工序加工帶來不良影響，并且全過程勞動強度極大。

因此，如何設(shè)計一款專用鋼軌端面倒棱磨削機，使其重量小，拆裝方便，易于保證鋼軌端面棱邊加工面的尺寸精度，有效降低工人加工難度及勞動強度，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

1 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

本設(shè)計鋼軌磨削機械臂由底座固定于鋼軌上，縱向進給機構(gòu)聯(lián)接在底座上，橫向進給機構(gòu)聯(lián)接在滑塊和絲母上，支臂聯(lián)接在滑塊與絲母上，打磨機固定在支臂上且打磨機磨具刀口與鋼軌端面縱向和橫向皆成45°角。這樣縱向進給機構(gòu)通過絲母及滑塊帶動橫向進給機構(gòu)作縱向（上下）進給運動，而橫向進給機構(gòu)通過滑塊及絲母帶動支臂作橫向（前后）進給運動。從而實現(xiàn)打磨機同時進行縱向（上下）、橫向（前后）運動，形成弧線運動軌跡，達到對鋼軌端面棱邊磨削加工的穩(wěn)定性，保證加工面尺寸精度。

圖1 鋼軌磨削機械臂結(jié)構(gòu)示意圖

2 控制系統(tǒng)

該機械臂由支臂、夾頭、縱向進給機構(gòu)和橫向進給機構(gòu)，以及電氣控制系統(tǒng)組成。垂直運動和水平運動分別由步進電動機驅(qū)動來完成?？刂葡到y(tǒng)設(shè)置有8個按鍵，用來操作機械臂的移動和切割：分別是+X向、-X向、+Y向、-Y向、快速、停止、復(fù)位、自動。

由于導(dǎo)軌端面的外輪廓是由不同曲率半徑的曲線段組成的，所以機械臂的切削過程都是在微控器中程序的控制下完成的，以此來保證切削的軌跡能夠更加地符合導(dǎo)軌端面的實際輪廓。微控制器分別控制著X向和Y向兩個步進電動機，讓其同時運轉(zhuǎn)，通過內(nèi)部的插補算法程序，控制兩個方向的電機分別以不同的速度運行，進而插補出圓弧曲線。

圖2 鋼軌磨削機械臂試切結(jié)果

3 試驗與結(jié)果

使用本設(shè)計鋼軌磨削機械臂進行現(xiàn)場試驗，在作業(yè)地點對60鋼軌實施倒棱作業(yè)。試切結(jié)果良好，如圖2所示，鋼軌倒棱尺寸精度高，表面粗糙度小，輪廓曲線與導(dǎo)軌弧面曲線重合度好。切削速度較高，自動切削有效減輕勞動強度，并有利于提高倒棱作業(yè)的標(biāo)準化操作。