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1、隧道内绿色能源钢轨焊接除锈打磨设备摘要：绿色能源钢轨除锈打磨机集成在常闭式轨型小平车上，自带锂电池供 电系统和机械可视化除锈打磨机。供电系统取代了传统汽油发电机，消除了传统 汽油发电机有害尾气排放造成的施工环境污染和职业健康危害，机械化除锈打磨 机通过推拉手柄推动打磨，能一次性完成钢轨两个侧面的同时打磨，并且能够直 观的通过显示屏查看打磨质量情况，作业效率高，打磨质量可靠、机械化成本高 降低了人工投入成本，大大降低了长大隧道内钢轨焊接前除锈打磨的环境污染。关键词：钢轨焊接 绿色能源 除锈打磨0 引言除锈打磨是钢轨焊接的第一步工作，传统的做法是汽油发电机发电，人工手 持棒砂轮，进行焊前轨端除锈打
2、磨，经常累得腰酸背疼，而且打磨后，粉尘飞扬 尤其是在隧道内，对施工人员的职业健康产生很大影响。本文所提及的绿色能源 钢轨除锈打磨机取代了传统的手持棒砂轮除锈打磨模式，消除了汽油发电机有害 尾气排放、提升了机械化水平，在提升了施工作业效率的同时，有效控制了经济 成本。1 主要功能及设计原理1.1 主要功能（1）采用电池组提供动力，解决了长大隧道中供电困难和内燃机污染排放 的问题;（2）采用一机双头的设计，可同时对一根钢轨的两个待打磨面进行作业， 极大的提高了打磨效率;（3）采用特殊的结构设计，可单人进行机头的抬上抬下和打磨作业，降低 了作业的人员需求和劳动强度。1.2设计原理绿色能源微智能钢轨除
3、锈机总体布局主要由：1-新型除锈打磨机; 2-屏 蔽 单元线保护管;3-配电控制箱;4-MS智能电池管理箱;5-工业插头;6-分体式电池 箱;7-微型发电机;8-高精度稳压器;9-充电器箱;10-杂物工具箱; 11-消耗品放置 箱;12-灭火器;13-平板车。如图1.2-1所示。图1.2-1绿色能源钢轨除锈打磨机布局示意图（1）设备的工作原理如下：设备的储能系统由多块分体式电池箱6组成，其通过快捷插头5与BMS电池 管理箱4相连；经过BMS系统管理后输出直流电到配电控制箱3,通过配电箱中的电机驱动器，经由连接电缆2驱动打磨机头1上的一对打磨电机;在设备完成当天打磨工作后，电池充电器8用于给电池
4、组进行充电；备用位 置7可用于工具及备用电池组的存放，防止单个电池组损坏影响施工；轨道平车 10用于整体移动设备在轨道上移动，方便以较少的人员完成设备的转运。（2）整个设备的作业流程如下：a. 将整套设备放置至轨道上，然后即可由单人或双人将设备推行至待打磨钢轨处；b. 将打磨机头抬至轨道上，单人操作设备启动，同时移动设备，以此完成双 面轨腰打磨；c. 当打磨完单股一对待焊钢轨后，抬动打磨机头至另一股道，完成另一对钢 轨四个待磨面的作业；d. 此处打磨全部完成后，可单人将机头抬至轨道平板上，然后推至下一个打 磨点，重复以上过程。以上是整机设备的原理介绍，下面为设备的核心机构打磨机头工作原理介绍
5、如图1. 2-2所示。打磨机头的构成如下：1-扶手；2-直流电机；3-砂轮；4-导轨固定座；5-连杆；6-推杆；7-旋转固定架；8-行走滑轮组；9-旋转轴承座。图 1.2-2 钢轨除锈打磨机结构示意图整个打磨机头通过行走滑轮组 8 固定在钢轨上，通过扶手 1 推动可实现沿钢 轨轴向的前后滑行。机头通过旋转固定架 7 的结构，可实现 1-6 这些部件绕轴滑 轮组的旋转；通过作业人员旋转扶手 1 可实现任意砂轮状态下其与轨腰面的紧密 贴合，完成打磨过程。通过推杆 6 和连杆 5 的设计，可组成活动菱形，保证使用 扶手1上下移动砂轮3时，直流电机2和砂轮3的轴线保持不变；同时通过左右 对称的两个推杆
6、6支撑，使作业人员可毫不费力自由上下移动1-4部件，实现快 速打磨。最后，一侧的直流电机 2 和扶手 1 是固定在导轨固定座 4 上，而另一侧 的两者是固定在导轨固定座 4 的滑块上，通过扶手 1 轻微用力，即可实现两砂轮 的张合动作。机头的作业流程如下：a. 将机头放置在钢轨头上，使机头前部滑轮组与轨头配合，通过扶手前后移动设备，检测配合是否合理;b. 使用扶手张开砂轮，然后轻轻下压，使砂轮低过轨头至轨腰位置；c. 使用两侧扶手上的电机开关启动直流电机，砂轮旋转；d. 使用扶手将两砂轮靠近同时轻微旋转设备，使之满足两侧同时打磨需求；e. 两侧砂轮同时接触钢轨轨腰后，一边沿钢轨轴向前后滑动整机
7、，一遍上下 移动砂轮高低，以此实现长600mm、宽80mm左右两个面的打磨作业；f. 此根钢轨打磨完成后，停止砂轮，然后张开，最后移动机头至另一根钢轨上，重复前述动作，完成打磨过程，整个打磨过程仅需 1 人操作。2 绿色能源钢轨除锈打磨机制造与使用绿色能源钢轨除锈机是一种集机、电一体化的自动化打磨除锈专用设备，采 用了分体式绿色能源技术、高精度高效除锈技术、全自动温度显示技术、自动排 查电源故障显示及数据保存等多项专有技术，机械件全部采用航空航天专用特种 材料，质量可靠、精度高、稳定耐用。图 2 绿色能源钢轨除锈打磨机研现场使用2.1 绿色能源供电系统绿色能源供电系统的研制，主要设计由8个单体
8、电池串联组、BMS智能电池 管理箱、电源控制箱及直流-交流逆变器组成，所有组件集成于轨道平板车上， 方便上下道和在轨道上移动，单体电池电压3.2V，容量896WH，最大支持放电电 流500AH，8个串联电池组参数：工作电压:40-56V,最大放电电流125A，功率 6kw ，能满足现场除锈打磨使用。每个电池手提箱内安装两块电池，且设有电量 温度和湿度显示器，8个电池手提箱连接BMS智能电池管理箱使用，缺一不可。 BMS智能电池管理箱背面设有航空插头，用于电池均衡。如图2.1-1、图2.1-2 所示。j图2.1-1绿色能源供电系统组成轨道平板聿b控和藉为-逆衣蛊囲智能电絃皆聖质拭空插头盅件电薜控
9、制碎召牛届联电池进BMS智能电池管理箱与电源控制箱连接，电源控制箱与打磨机机头连接，以 实现打磨机供电。电源控制箱内设计有直流-交流逆变器，以实现电池组直流电 向220V交流电的转换，用于照明和临时用电。图2.1-2 单体电池电量、湿度、温度显示器2.2 除锈打磨机头除锈打磨机头组件主要由钢轨固定架、手柄、线管固定架、旋转 固定架、 连杆、推杆、导轨固定座、电机、轴承座、砂轮、扶手等组成。扶手和连杆用不 锈钢材料，其余部分大多使用航空专用铝材，有效减轻了设备重量。如图 2.2-1 所示。克迷电札二图2. 2-1除锈打磨机头实物及设计示意图助麵库琮:丫企 I vis-i.ie HI爭用-笛莉开关
10、除锈机通过滑轮、导向轮、夹持轮固定在钢轨上，可前后滑行。手柄末端上 方设有锁紧螺母，用于调节滑行松紧。除锈机通过旋转固定架连接，实现前端砂 轮、电机左右方向摆动。两根连杆连接在旋转固定架和导轨固定座之间，组成可 活动菱形，可 以保证电机轴上下运动垂直于钢轨。左右两根推杆支撑，实现零 重力，无需额外使力托起工作端。导轨固定座上设有导轨、滑块连接两个电机， 由弹簧拉紧两个电机实现钢轨轨腰两侧砂轮同时工作。轴承座内安装若干德国进 口高速轴承，实现静音旋转。以下为绿色能源除锈打磨机在郑州城郊线现场使用图。图2.2-2 除锈打磨机现场使用3绿色能源钢轨除锈打磨机规格参数供电系统外形尺寸（LXWXH）=1
11、370X 1010X275mm；单体电池电压3.2V,容量896WH，最大支持放电电流500AH；串联电池工作电压:40-56V,最大放电电流125A，功率6kw；砂轮位工作高度300mm，旋转半径536mm，回转角度30度。4结束语绿色能源钢轨除锈机是一种集机、电、一体化的自动化专用设备，采用分体 式绿色能源技术、高精度高效除锈技术、全自动温度 显示技术、自动排查电源 故障显示及数据保存等多项专有技术，机械 件全部采用航空航天专用特种材料 质量可靠、精度高、稳定耐用。 适用于钢轨焊前轨腰除锈，除锈手段将传统手 持打磨除锈改为半自动除锈打磨，减小工人的劳动强度、节约人工成本、大大提 高生产效率
12、 和打磨质量、无尾气排放减少环境污染。本设备的性能特点及技术优势：（1）轻量化技术：有效节约劳动力输出；（2）双面相对力打磨技术：无需消耗能源，有效提升除锈效率；（3）金属管内穿线技术：有效保护线路；4）航空航天组装技术：可提高整体刚性，减小工作噪音；5）驱动器信号处理技术：采用超高屏蔽单元，无论电阻、电线消耗 大小， 确保信号传输的稳定稳定性，信号传输质量不受影响；（6）分体式绿色能源应用技术：全国首例分体绿色能源供电，可解决因容 量大引发的，人工搬不动或超负荷搬运问题；（7）设计技术：采用小单体组合运行技术，方便搬运和放置。该设备不仅可对60kg/m钢轨进行焊前轨腰除锈，且无需更换任何部件实现 对43Kg/m、50kg/m、75kg/m等钢轨进行轨腰除锈。参考文献1 梁羽.钢轨自动除锈机控制系统研究D.西南交通大学，20132 李文君.钢轨基地焊接工艺质量控制探讨J.铁道技术监督，20173 罗培新.现场钢轨移动式闪光焊接质量控制J.大众标准化，20204 万成.既有线路轨道焊接施工质量控制与管理J.铁道建筑技术，20185 蔡建军.特殊工况条件下的钢轨焊前处理装备J.铁路技术创新，2016
