楊淮民 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司合肥工務(wù)段

1 引言

隨著高鐵的快速發(fā)展，延長線路維護(hù)周期，保證車輛運行的安全性、平穩(wěn)性，提高旅客乘坐的舒適性，對鐵路線路進(jìn)行維護(hù)的過程中進(jìn)行預(yù)防性及修復(fù)性維護(hù)是非常必要的手段。預(yù)防性維護(hù)基本上由大型打磨設(shè)備來完成，局部范圍的修復(fù)性維護(hù)基本上由小型設(shè)備來完成（主要為仿形打磨機(jī)、道岔道岔機(jī)、翼軌打磨機(jī)、道岔精磨機(jī)等各種打磨設(shè)備）；因設(shè)備種類較多，操作繁雜，操作工工作量較大，單次作業(yè)需攜帶多種設(shè)備，不利于養(yǎng)修質(zhì)量及工作效率的提高。

基于以上現(xiàn)狀，經(jīng)認(rèn)真研究并提出攻關(guān)課題，研發(fā)一種可以打磨正線軌面、道岔軌頂面、翼軌、焊接縫的、尖軌非作用邊的打磨設(shè)備，降低作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度，提高線路運行的安全性、平穩(wěn)性及旅客乘車的舒適性。

2 國內(nèi)外研究開發(fā)現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)現(xiàn)狀

目前用于正線鋼軌廓形、道岔軌頂面、翼軌、焊縫、肥邊、尖軌非作用邊的打磨整修作業(yè)設(shè)備種類較多，但功能單一，難以完成綜合作業(yè)；部分打磨作業(yè)采用手持式機(jī)具進(jìn)行人工打磨，作業(yè)效率較低，難以保證打磨質(zhì)量；有時因需攜帶發(fā)電機(jī)組作業(yè)，易對人身和行車安全構(gòu)成危險。

2.2 國外現(xiàn)狀

經(jīng)查，國外也未見能同時具有對正線鋼軌廓形、道岔軌頂面、翼軌、焊縫、肥邊、尖軌非作用邊的多功能合一的小型打磨維護(hù)設(shè)備。

3 設(shè)計方案

基于對高鐵（提速）線路正線軌面形狀、道岔軌頂面、翼軌、焊接縫、肥邊、尖軌非作用邊、道岔可動心軌（見圖1）的維護(hù)要求越來越高,因此對打磨設(shè)備提出了更高的要求。

圖1 道岔部位圖

本項目的總體技術(shù)方案為利用已成熟產(chǎn)品的特點,結(jié)合工務(wù)工作使用情況，設(shè)計走行機(jī)架，主機(jī)安裝在走行機(jī)架上，設(shè)計升降、橫向精準(zhǔn)移動、角度調(diào)整機(jī)構(gòu)使其具有能打磨正線軌面廓形、道岔軌頂面、翼軌、焊接縫、肥邊、尖軌非作用邊、道岔可動芯軌的功能，多種功能于一體，一機(jī)多用的一種鋼軌精密打磨機(jī)械，降低勞動強(qiáng)度，提高作業(yè)效率，保證磨削質(zhì)量。

4 工作原理

內(nèi)燃多功能一體式精磨機(jī)首先采用臥軸輸出的四沖程汽油機(jī)，通過離合皮帶輪將動力傳遞給皮帶傳動機(jī)構(gòu)，皮帶傳動機(jī)構(gòu)將動力傳遞給主軸動力傳動箱，主軸傳動箱通過螺旋錐齒輪傳動組將動力傳遞給主軸箱內(nèi)皮帶傳動機(jī)構(gòu)，皮帶傳動機(jī)構(gòu)將動力傳遞給工作主軸，主軸上安裝工作磨頭，動力驅(qū)動打磨頭進(jìn)行打磨工作，這是主動力的傳遞。其次這一系列的動力傳遞機(jī)構(gòu)安裝在主軸傳功箱及鋼管框架機(jī)構(gòu)之上，實現(xiàn)垂直進(jìn)給、縱向移動、角度調(diào)整、走行功能。

內(nèi)燃多功能一體式精磨機(jī)結(jié)構(gòu)主要由汽油機(jī)、離合器、動力傳動機(jī)構(gòu)及升降機(jī)構(gòu)、角度調(diào)整機(jī)構(gòu)、上機(jī)架、扶手、橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)、下機(jī)架（行走機(jī)架）幾部分組成。

該機(jī)的主要特點：能滿足對正線軌面形狀、道岔軌頂面、翼軌功能、焊接縫、肥邊、尖軌非作用邊、道岔可動心軌的打磨作業(yè)要求；同時具備升降、角度調(diào)整、橫移的精確進(jìn)給；大跨度可拆解機(jī)架的設(shè)計，減少存儲空間，方便安裝及運輸；四沖程汽油機(jī)及大容量油箱的設(shè)計，使整機(jī)具有強(qiáng)勁的動力及較長的作業(yè)時間，單次打磨時間5 h以上。

5 系統(tǒng)構(gòu)成

5.1 動力選擇

該設(shè)備主要針對高鐵（提速）線路正線軌面形狀、道岔軌頂面、翼軌、焊接縫、肥邊、尖軌非作用邊、道岔可動心軌打磨作業(yè)需求進(jìn)行研制，因此要求發(fā)動機(jī)為臥軸輸出形式，同時基于動力的可靠性及節(jié)能環(huán)?？紤]，經(jīng)過多方篩選選擇了羅賓EY28D型四沖程臥軸輸出汽油機(jī)。該機(jī)額定功率為7.5 hp、最高轉(zhuǎn)速4 000 r/min，燃油消耗率及排放指標(biāo)均優(yōu)于二沖程汽油機(jī)（表1）。

表1 EY28D型汽油機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)

5.2 傳動系統(tǒng)及升降進(jìn)給的設(shè)計

EY28D型汽油機(jī)輸出端通過彈力離合器傳遞動力給動力傳動機(jī)構(gòu)并將動力傳遞給動力主軸，動力主軸帶動砂輪工作。為了使砂輪在旋轉(zhuǎn)的同時又能實現(xiàn)升降動作，設(shè)計了升降機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)與動力傳動主軸通過聯(lián)接件連接，固定在主傳動箱體上，轉(zhuǎn)動手柄帶動轉(zhuǎn)桿連接的升降絲桿及螺母實現(xiàn)升降動作。結(jié)構(gòu)圖見圖2。

圖2 傳動系統(tǒng)及升降進(jìn)給結(jié)構(gòu)圖

5.3 行走機(jī)架（下機(jī)架）的設(shè)計

主體結(jié)構(gòu)采用鋼管焊接，分體設(shè)計，走行輪用四個尼龍輪，軌距按鐵路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計并可進(jìn)行調(diào)整，以便于走行自如，同時設(shè)計有搬運手柄。

5.4 橫向移動機(jī)構(gòu)的設(shè)計

橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計，下機(jī)架上固定齒條，與橫向移動齒輪組成齒輪齒條副，兩個錐齒輪組成90度齒輪副，手輪與錐齒輪軸連接，手搖橫向進(jìn)給手輪，進(jìn)給手輪帶動與手輪軸連接的錐形齒輪副的傳動，帶動與齒條配合的齒輪轉(zhuǎn)動，通過齒輪齒條副的相對運動，從而帶動主機(jī)的動作，實現(xiàn)打磨工作頭的橫向移動，移動到打磨位置后轉(zhuǎn)動鎖緊手柄對橫向移動位置進(jìn)行鎖定。結(jié)構(gòu)圖見圖3。

圖3 橫向移動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

5.5 角度調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計

分度齒輪固定在與主傳動箱連接的固定板上，精密角度傳動機(jī)構(gòu)固定在上機(jī)架上，精密萬向節(jié)連接角度調(diào)整手輪軸與滾珠絲桿，滾珠絲桿與滾珠絲桿螺母座為轉(zhuǎn)動連接，滾珠絲桿螺母與齒輪擺塊連接，齒輪擺塊與其相連的分度齒輪組成齒輪副，分度動力盤與角度調(diào)整手輪軸連接。轉(zhuǎn)動角度調(diào)整手輪帶動滾珠絲桿，滾珠絲桿副動作，帶動齒輪擺塊，分度齒輪動作，帶動主軸動力傳動箱動作從而實現(xiàn)角度調(diào)整功能。角度的精密分度是通過精密角度調(diào)整傳動機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)，在分度動力盤中裝有彈簧鋼珠，分度動力盤每轉(zhuǎn)一個角度實現(xiàn)一次分度，通過分度齒輪系的傳動進(jìn)行分度變換，從而使指針指向打磨角度，實現(xiàn)角度調(diào)整及顯示功能（圖4）。

圖4 角度調(diào)整機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

5.6 上機(jī)架的設(shè)計

上機(jī)架主要固定動力傳動機(jī)構(gòu)的主軸動力傳動箱，實現(xiàn)角度調(diào)整功能、在下機(jī)架上的走行功能、防止上機(jī)架脫離下機(jī)架的功能，發(fā)動機(jī)升降浮動的導(dǎo)向固定。

動力傳動機(jī)構(gòu)的主傳動箱及升降機(jī)構(gòu)通過角度回轉(zhuǎn)軸固定在上機(jī)架上；精密角度調(diào)整機(jī)構(gòu)固定在上機(jī)架上；發(fā)動機(jī)的升降浮動導(dǎo)向固定板與雙滾珠導(dǎo)向連接固定在上機(jī)架上；設(shè)計了導(dǎo)向輪，四個導(dǎo)向輪通過固定板連接在上機(jī)架上，四個便于整個上機(jī)架機(jī)構(gòu)在下機(jī)架上面縱向移動；整個主機(jī)的橫向移動的主機(jī)構(gòu)固定在上機(jī)架上（圖5）。

圖5 上機(jī)架在整機(jī)中的安裝位置圖

6 項目的先進(jìn)性

6.1 高速旋轉(zhuǎn)主軸與升降絲桿副的同心設(shè)計

本機(jī)升降機(jī)構(gòu)將高速旋轉(zhuǎn)主軸與升降絲桿副同心設(shè)計，解決了機(jī)構(gòu)龐大及升降的操作便利性的問題。

6.2 多機(jī)型合一的設(shè)計

多種鋼軌打磨機(jī)型集合在一起，既將仿形打磨機(jī)，翼軌打磨機(jī)，肥邊銑削機(jī)，鋼軌精磨機(jī)等幾種機(jī)型綜合在一起，形成了內(nèi)燃多功能一體式精磨機(jī)，用于對鋼軌的精密打磨，解決了鐵路打磨機(jī)械種類繁多，攜帶不便的問題。

6.3 角度精密調(diào)整的設(shè)計

本機(jī)角度調(diào)整通過齒輪與滾珠絲桿副、齒輪變速箱的配合，解決了角度調(diào)整的精度問題及手輪操作的力度問題。

7 結(jié)束語

內(nèi)燃多功能一體式精磨機(jī)歷經(jīng)近一年的研制，經(jīng)過多輪改進(jìn)，經(jīng)現(xiàn)場打磨作業(yè)，各項技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計要求及鐵標(biāo)要求，滿足作業(yè)需求。

（1）滿足了正線軌面形狀、道岔軌頂面、翼軌、焊接縫、肥邊、尖軌非作用邊、道岔可動心軌的打磨作業(yè)需求。

（2）解決了以上這些部位打磨，需要多臺設(shè)備同時作業(yè)，作業(yè)效率低，質(zhì)量難以保證，易對人身和行車安全構(gòu)成危險的問題。

（3）一機(jī)多能，實現(xiàn)綜合作業(yè)，解決了打磨設(shè)備種類繁多，作業(yè)功能單一，沒有組合多功能機(jī)械的問題。