打磨工艺

打磨工艺（共7篇）

打磨工艺 篇1

1 磨削加工中应注意的问题

在细长轴的生产工序中, 磨削是最后一道工序。磨削加工质量的好坏直接影响到产品的精度。因此, 在磨削细长轴时, 应注意以下几点。

第一, 在磨削细长轴时, 尾座顶针应该比磨削普通工件稍微顶的松一点, 不能顶的太紧。要保证工件两顶针之间的稳定性, 以减少工件因顶紧力太大导致弹性变形。工件在磨削的过程中因为受热而延长长度。顶针顶松一点就使工件有了延伸的余地。另外, 由于工件两端的中心孔必须要匹配磨床顶针的锥面。因此在安装工件时不要马上顶紧。应该先空转一会, 将顶紧力调到和锥面能配合的程度就好了。

第二, 在磨削的过程中, 如果顶针与中心孔之间产生的摩擦热和摩擦力过大, 就会影响磨削的质量, 因此在磨削的过程当中可以在顶针和中心孔之间添加润滑剂以保证它们之间的润滑。

第三, 为了防止工件变形, 应该根据工件的直径大小在顶针之间装一个中心架, 从中间来支撑工件, 检验工件的外圆跳动, 应该控制在一定范围内, 一旦超出, 马上校正工序。为了保证磨削质量, 可以先在工件中部磨出一段外圆, 使支撑块接触这个理想的外圆。在进行粗磨时, 砂轮应该缓慢的横向进入, 尤其实在砂轮接触工件时, 磨削的速度更要放慢, 减慢给进速度。精磨时, 由于用中心架支撑工件磨削细长轴是一项很细致的工作, 因此要记下每次在加工工件中调整后的位移量。要坚持常查常记。如果工件的长度和直径差距太大, 就要用到两个中心架。两个中心架的位置要对称, 位移要用一致。否则会造成工件母线不一致。

第四, 不同的工件加工对砂轮的磨度、硬度和粒度的要求不同, 因此, 要选择合适的砂轮硬度和粒度。砂轮硬度太硬的话, 不易脱掉磨钝的砂粒。磨削力会随着磨削的进行而不断增大。这样会造成工件的变形, 还会因为产生磨削热导致加工表面烧伤。如果经常修磨太硬的砂轮, 会影响工作的效率;如果选择的砂轮太软, 则磨粒在未变钝之前就已经脱落, 砂轮会很快的变小, 改变了原来的形状, 同样需要经常修磨, 这样也影响工作效率。磨削细长轴时可以选择软一些的砂轮, 砂轮的粒度根据工件对表面粗糙度和尺寸精度的要求来定。要求高的话则采用细磨粒的砂轮。如果尺寸较大的工件和砂轮, 就要采用比较粗的磨粒了。磨削细长轴一般采用砂轮粒度为36度到46度。

第五, 要想使砂轮端面始终保持锐利在最后修整砂轮时, 必须在砂轮的右边进刀。这样可以保持砂轮左边的锐利, 以便在进行磨削时不至于过快的钝化。

另外, 由于单拨杆在运动中会使工件受力不均匀, 因此磨削细长轴时最好不要采用单拨杆带动工件旋转, 否则会影响工件的质量。双拨杆能够带动工件旋转, 可以平衡拨杆的动力, 提高工件的精度。细长轴工件径向不宜受力, 所以在加工时应该吊挂存放。防止工件因自重产生弯曲。

2 水钻打磨加工工艺分析

水钻打磨分度又细又长, 而且精度很高, 根据蜗杆的特性可得知, 分度蜗杆的齿面必须要耐磨、硬度强, 它的表面还要有一定的粗糙度。传统的制作工艺程序是这样的:下料—打孔—粗车—调质—修孔—低温处理—粗磨—挑扣—再次低温处理—精磨—清洗上油—装配。由此可以看出:用传统的加工工艺去加工蜗杆这种细长的零件需要很漫长的过程。效率也十分的低, 并且在加工的过程中很难保证工件的精度。为了加工应力必须进行多次的热处理, 且工艺复杂;在挑扣程序中由于工件长造成了刀具磨损, 致使蜗杆两边的齿形发生很大的变化。这就满足不了图纸的要求和生产的要求。鉴于此, 应该对打磨分度蜗杆的可行性进行重新的探讨。找出一条既符合图纸的技术要求又满足生产的要求的加工工艺。在加工细长蜗杆的时候, 可以用其他的加工工艺, 分度蜗杆的直线度要好, 有一定的耐磨度和较低的粗糙度, 符合这些条件有滚丝加工工艺, 这种工艺能保证很好的齿形, 保证工件的直线度。那么其他的问题也就能迎刃而解了。

3 水钻的生产实践

材料的直线度直接决定着加工后的工件的直线度。因此, 选择材料要十分的谨慎。选择的材料不仅要有好的直线度, 而且要有一定的硬度。经过实验, 发现45号冷拉料比较适合。这种材料在经过冷拉后硬度可达到HRC24度左右。达到可调质处理过的效果, 而且它的直线度也很好。能充分满足分度蜗杆的使用要求。在选择材料时要注意选好冷拉料的外圆, 因为滚丝加工中并没有铁销。另外, 选择毛胚的生产厂家也十分的重要。材料的好坏对生产产品的过程和产品的品质有较大的影响。不同的厂家生产出来的材料各不相同, 有的质量好, 有的质量差,

所以一定要先弄清楚再选。经过分析, 我们制定出了滚丝加工分度蜗杆的加工工艺:下料—低温回火—无心磨磨外圆—滚丝—车—氮化—清洗上油—装配。这样就比用传统加工工艺加工蜗杆要少几道程序。而且能在一定程度上降低蜗杆表面的粗糙值。经过挤压加工的蜗杆齿面呈镜面, 它的表面粗糙度完全可以满足图纸的要求。因为齿面是由冷挤压加工而成, 所以它的硬度有HRC24度左右, 也能完全满足图纸的技术要求。另外, 由于在工艺过程中采用的是冷拉料, 经过毛胚料拉小成型后具有很好的直线度, 并且经过加工工艺中的磨、滚丝等工艺也对蜗杆起到调直的作用。因此, 它的直线度也完全达标。在下料的工序中, 最好是采用冲床下料。因为别的形式的下料很容使材料变形。但冲床下料不容易使材料变形, 效率也很高。为了延长滚压模具的寿命, 在下料后采用低温回火的工序可以有效的增加模具的耐用性, 使模具用的时间更长。后面的滚丝工序是用来挤压齿形的, 但这道工序会使表面硬度重新回到HRC24度左右。所以要在后面加上一道淡化的工序, 以在齿面渡上一层硬层。这样就能完全满足生产的需要了。

4 结语

总而言之, 滚丝加工工艺是一种很好的加工方法。在加工分度蜗杆取得了很好的效果, 效率也很高。加工出来的工件具有质量稳定, 成本低廉的优点。在使用分度蜗杆时具有专配性好、调整方便快捷以及性能优良的特点。目前, 滚丝工艺加工在的分度蜗杆在水钻打磨生产工序中被广泛的应用。

参考文献

[1]曾妙城.水钻打磨夹具分度蜗杆加工的工艺分析[J].广西轻工业, 2009 (9) .

[2]王国荣.细长轴高精度磨削加工工艺剖析[J].金属加工, 2009 (1) .

打磨工艺 篇2

在机器人光整加工应用中,Bausch等在1986年提出一种被动式柔顺末端执行器夹持去毛刺工具的方式来补偿机器人的不精确问题[1]。在力接触加工过程中,通过选择合适的质量、弹簧和阻尼系数等制作的被动式末端执行器,工具位移只会发生轻微的变化。同时,一种基于独立的闭环控制的主动柔顺末端执行器也已研制出,它把工具固定在一个有精确位置的移动台上,移动台随机器人的运动而移动,以此来保证机器人与工件保持一个固定的距离[2]。但是,以上两种方式都必须事先要对工件的几何信息有足够的了解,不然可能出现执行器无法到达工件某些位置的情况,有一定的局限性。Kazerooni和Her[3]在1988 提出了一种未知几何信息的二维工件的去毛刺方法,一滚珠轴承被安装在机器人末端的力传感器上作为跟踪装置,跟踪控制器利用力传感器的力测量方法找到工件表面的法向量,以此来判断工件的轮廓并保证机器人沿着工件的边缘移动加工。ABB、KUKA、Fanuc等机器人公司已经将力传感器嵌入各自的工业机器人当中,由此给予机器人力感知作用,可广泛用于打磨、抛光等光整加工当中[4]。

Yeh和Lan研究了利用固定的刀具生命周期控制材料去除率,从而实现机械加工最大效率化[5]。在工业应用领域,机器人广泛用于飞机舱盖抛光、研磨家具、打磨冲模、打磨风机叶片及加工碳纤维复合材料等。机器人应用于表面打磨领域取得的成果是巨大的,机器人代替人工打磨使得表面粗糙度从Ra= 15 μm降至Ra = 0. 1 μm[6]。而且,利用一种气囊式末端执行器,使得机器人打磨的表面粗糙度低至Ra=5 nm[7]。

如上所述,力控制技术应用在表面处理方面已有近30 年的历史。其中,传统被动式柔顺装置虽然具有结构简单、成本低等优点,但是对于多变的恒定力大小的调节较困难,适应能力差,使用范围受到较大限制。在机器人末端装加力传感器的主动式力控制系统,能够实时监测末端力的大小并反馈到控制器中,但是力控制技术过度依赖于力传感器的精度,且普遍存在响应速度和系统稳定的矛盾,基于力/位混合后的位置伺服问题也未得到有效解决。对于打磨工艺的研究只是局限于金属材料[6—8],且工艺参数的研究,如导程角、倾斜角、进给速度、打磨方位及步距也仅是分析单个因素对打磨质量的影响,未考虑正交因素的影响[8]。

现在基于Pushcorp AFD71 研制自动打磨系统,该设备利用压缩空气进行力调节,力的大小与通入设备的压缩空气成正比关系。因此避免了传统被动式柔顺设备不易进行力调节的问题,且响应速度更快,力调节简单,在对一些不太复杂的表面进行处理时,比主动式力控制系统更具优势。重点研究各参数( 主轴转速、机器人移动速度、打磨正压力、倾角和砂纸粒度) 对碳纤维复合材料表面粗糙度的影响,并通过正交因素分析确定较佳工艺参数。通过在CAD/CAM中离线编程实现打磨轨迹的规划,从而进行碳纤维复合材料顶盖横梁的打磨验证该机器人自动打磨系统的实用性和优越性。

1 自动打磨系统

自动打磨系统建立在6 轴KUKA工业机器人之上,并在机械臂末端装备被动柔顺装置,实现打磨系统的恒力控制及自动磨削,该方式下的打磨系统特点如图1 所示。

1. 1 硬件设置

1. 1. 1 末端执行器集成

对于带有力控制系统的末端执行器集成,主要是基于Pushcorp AFD71,该设备利用控制接入的压缩空气的气压大小来控制输出的力的大小,通过保持压力的恒定,达到输出力的恒定,该方式具有柔性控制、响应快及控制简单的特点。输出力与气压的关系如下公式所示,其中,Fo单位为N,Ps单位为MPa。

气动马达作为一种将压缩空气的压力能转换成旋转的机械能的装置,它具有结构简单、安全防爆;高适应性、温升较小; 小体积能够产生高功率; 启动扭矩大等特点。基于以上气动马达的优点及打磨复合材料时粉尘较多且需要水冷等特点,选择气动马达作为动力执行器。选择的气动马达( 英格索兰4800 D) 额定功率为2. 83 k W,最大转速为9 850 r /min,额定转速为5 250 r / min,重6. 92 kg,转速随通入的压缩空气压力的增大而增加。

在机器人打磨系统中,一般选择柔软的打磨工具及游离磨料来补偿由于机器人路径偏差产生的波动。因此,选用橡胶磨轮加植绒砂纸的组合的方式合成打磨头,末端执行结构如图2 所示。

1. 1. 2 气路设计

末端执行器的柔顺恒力控制器和气动马达需要不一样的气压值且压缩空气的要求也不相同,所以对气路的规划十分必要。如图3 所示,气路主要分两路,一路通过调压阀接通油雾器,在气压马达运转的同时给油润滑; 另一路压缩空气通往恒力控制器,通过油雾分离器去除油雾,再分别利用精密调压阀及节流阀控制进入恒力控制器的压缩空气的压力大小,从而实现恒力控制器的不同恒力输出。

1. 2 自动打磨系统的控制模式

磨削工艺过程需要机器人较好地贴合待加工表面运动,运动过程中,对待加工表面施加常量的外力,垂直于表面方向为力控制,其他方向为位置控制,使接触区域均匀扫过被打磨抛光表面的外轮廓,实现各处均匀的打磨。图4 显示的是机器人程序的位置控制模式和力控制模式。其中,位置控制模式包括移动到P1点、移动到P2点、开启气压马达、移动到P3点、移动到P4点,关闭气压马达; 力控制模式包括移动到P1点、开启恒力控制并以垂直工件表面的方式到达P2点、保持恒力移动到P3点、关闭恒力控制并移动到P4点。

2 打磨参数确认及实验

在机器人打磨过程中,为了使打磨过程更加平顺,主轴轴线方向和工件表面法方向上的夹角 θ 宜设置为5° ~ 15°,故取倾角 θ 值为( 5°,10°,15°) ; 参考气动马达额定转速及复合材料本身特性,主轴转速取值不宜过高,主轴转速n取( 3 000 r/min,3 500r / min,4 000 r / min) ; 根据复合材料的材料特性及参考以往研究[9,10],机器人移动速度取( 20 mm/s,30 mm / s,40 mm / s) ; Pushcorp AFD71 输出的力,即正压力取( 5 N,10 N,15 N) ; 结合复合材料打磨喷涂工艺,需对表面进行粗磨、半精磨和精磨处理,故砂纸粒度选取( 320 目,600 目,1 000 目) ,打磨过程示意如图5 所示。

通过以上分析,根据实验要求和现有的实际条件,选取主轴转速、机器人移动速度、打磨正压力、倾斜角和砂纸粒度作为实验的五个因素,分别用A、B、C、D和E表示,并且每个因素都取三个水平。实验方案及结果采用正交表记录,详见表1。表面粗糙度值和去除高度偏差均采用激光共聚焦显微镜( 基恩士VKX_100) 测量( 下同) 。

3 实验结果与分析

3. 1 正交因素分析

根据正交表格分析[9],计算的极差结果列于表1,从表1 可以看出E因子的极差R最大,为0. 82,所以影响表面粗糙度的最主要因素是砂纸粒度,其次是倾角,主轴转速,正压力,影响最小的是移动速度。而且可以看出各因素最优水平为: A3( 3 000 r/min) ,B1( 20 mm / s) ,C1( 5 N) ,D1( 5°) ,E3( 1 000 目) 。

3. 2 单因素分析

通过单因素实验研究主轴转速、机器人移动速度等对碳纤维复合材料打磨加工的影响规律。实验中,控制单一变量,在进行某个因素的单因素实验时,保证其他因素在最佳水平。

3. 2. 1 主轴转速对表面粗糙度的影响

在实验过程中,分别在主轴转速为3 000r / min、3 500 r / min和4 000 r / min等3 个水平下对碳纤维复合材料进行打磨。同时,保证砂纸粒度为1 000 目; 打磨正压力为5 N; 机器人的移动速度为20 mm / s、30 mm / s、40 mm / s。取两点粗糙度的平均值作为表面加工部位的粗糙度值,实验结果如图6 所示。

由图6 可知,在相同的机器人移动速度、打磨正压力、倾角、砂纸粒度以及不同的主轴转速的情况下,表面粗糙度值随着主轴转速的增大而减小。同时也发现粗糙度减小的幅度不一。

3. 2. 2 机器人移动速度对表面粗糙度的影响

在实验过程中,分别在机器人的移动速度为20mm / s、30 mm / s、40 mm / s等3 个水平下对碳纤维复合材料进行打磨。同时,保证砂纸粒度为1 000目; 打磨正压力为5 N; 主轴转速为3 000 r/min、3 500 r / min和4 000 r / min。取两点粗糙度的平均值作为表面加工部位的粗糙度值。

实验结果如图7 所示。从图中可以看出,在同样的主轴转速、打磨正压力、倾角、砂纸粒度以及不同的机器人移动速度的情况下,复合材料的表面粗糙度随着机器人移动速度的提高而增加,在20 mm/s及30 mm / s的移动速度下,主轴转速为3 500 r /min和4 000 r / min时的粗糙度值很接近,说明再增大主轴转速对粗糙度的影响比较小。

3. 2. 3 倾角对表面粗糙度的影响

在实验过程中,分别在打磨头的倾角为5°、10°和15°等3 个条件下对碳纤维复合材料进行打磨。同时,保证主轴转速为4 000 r/min,机器人移动速度为20 mm/s; 打磨正压力为5 N、10 N、和15 N。取两点粗糙度的平均值作为加工部位的粗糙度值。实验结果如图8 所示。由图可知,表面粗糙度的值随着倾角的增加而增加,而且表面粗糙度上升幅度大致相等,说明末端倾角对工件表面粗糙度的影响大致成线性关系。

3. 2. 4 正压力对表面粗糙度的影响

在实验过程中,分别在打磨正压力为5 N、10N、和15 N等3 个条件下对碳纤维复合材料进行打磨。同时,保证主轴转速为4 000 r/min,机器人移动速度为20 mm/s; 打磨头的倾角为5°、10°和15°。取两点粗糙度的平均值作为表面加工部位的粗糙度值。实验结果如图所示,由图9 可知,表面粗糙度的值随着正压力的增加而增加,在倾角为5°时,不同正压力条件下的表面粗糙度值相差不大,说明在该条件下,只要保持正压力恒定,Ra就会比较小。

3. 2. 5 砂纸粒度对表面粗糙度的影响

在实验过程中,分别在等砂纸粒度320 目、600目、1 000 目3 个条件下对碳纤维复合材料进行打磨。同时,保证主轴转速为4 000 r/min,机器人移动速度为20 mm/s,倾角为5°; 打磨正压力为5 N、10 N、和15 N。取两点粗糙度的平均值作为表面加工部位的粗糙度值。实验结果如图10 所示。由图可知,表面粗糙度的值随着砂纸粒度的增加而减小,且在同一砂粒度时,3 种正压力下的粗糙度值非常接近,尤其是砂粒度为1 000 目时,3 点几乎重合,这从侧面验证了正压力大小对粗糙度的影响较小,只要保持在某一稳定值时,表面质量就会很好。

4 应用实例

通过第2 部分和第3 部分的结果与分析,当主轴转速为4 000 r/min、机器人进给速度为20 mm/s、倾角为5°时表面质量最好,并考虑打磨去除率的关系,打磨正压力选10 N,以上组成打磨最佳工艺参数。结合喷涂工艺进行打磨时,需对工件表面进行多次打磨,故砂纸选取180#和1000#两种粒度的,总结出的打磨碳纤维复合材料顶盖横梁的工艺参数见表2。

打磨轨迹的规划是在CAD/CAM中离线完成的,根据离线规划的机器人加工轨迹如图11( 左) ,结合打磨碳纤维复合材料工艺参数,顶盖打磨实验过程如图11( 右) ,实现工件的表面打磨加工。

实验结果表明,打磨后工件表面均匀光滑,粗糙度值达到0. 82 μm,且表面高度差为1. 05 μm,该柔顺打磨系统稳定可靠,表面打磨质量较好,如图12所示。

5 结论

提出一种基于Pushcorp AFD71 研发的机器人自动打磨系统,重点研究了机器人自动打磨系统的集成,并且通过正交实验和单因素实验确定主轴转速、机器人移动速度、打磨正压力、倾角和砂纸粒度等五个因素对打磨碳纤维复合材料的表面质量影响,进而研究其打磨工艺参数。最后通过碳纤维复合材料顶盖横梁的打磨应用验证该机器人自动打磨系统的实用性和优越性。实验证明,该自动打磨系统能够在打磨过程中实现恒力控制,且力控制简单。在实际应用中可以获得较高的表面质量,打磨表面高度差小,表面均匀性好,表面粗糙度值达到0. 82μm。该打磨系统稳定可靠,克服了传统打磨系统质量不稳定、打磨环境差的缺点。本文的研究对于探讨机器人打磨复杂自由曲面有一定的参考价值。

参考文献

[1] Bausch J J,Kramer B M,Kazerooni H.The Development of Compliant Tool Holders for Robotic Deburring.∥ASME Winter Annual Meeting,Anaheim,CA.1986

[2] Kazerooni H,Bausch J J,Kramer B M.An approach to automated deburring by robot manipulators.Journal of Dynamic Systems Measurement&Control,1986;108(4):354—359

[3] Kazerooni H.Robotic deburring of two-dimensional parts with unknown geometry.Journal of Manufacturing Systems,1988;7(4):329 —338

[4] 谭福生,葛景国.力控制技术在机器人打磨中的应用及系统实现.上海电气技术,2008;1(02):35—40Tan Fusheng,Ge Jingguo.Research on force-control-based robotic machining and its package implemenation.Journal of Shanghai Electric Technology,2008;1(02):35—40

[5] Yeh L J,Lan T S.The optimal control of material removal rate with fixed tool life and speed limitation.Journal of Materials Processing Technology,2002;121(s2—3):238—242

[6] Hazel B,Cote J,Mongenot P,et al.Robotic polishing of turbine runners.//Applied Robotics for the Power Industry(CARPI),20122 nd International Conference on.IEEE,2012:50—51

[7] Jin M,Ji S,Zhang L,et al.Material Removal Model and Contact Control of Robotic Gasbag Polishing Technique.Robotics,Automation and Mechatronics,2008 IEEE Conference on.IEEE,2008:879 —883

[8] Wilbert A D,Behrens B,Zymla C,et al.Robotic finishing processan extrusion die case study.Cirp Journal of Manufacturing Science&Technology,2015;(11):45—52

[9] 叶永龙.基于机器人的玻璃自动打磨系统的设计与实现.杭州:浙江理工大学,2013Ye Yonglong.The design and realization of automation glass grinding system based on robot.Hangzhou:Zhejiang Sci-Tech Univesity,2013

钢轨打磨概述及提高打磨质量 篇3

随着我国铁路提速, 高速、重载线路的发展, 钢轨的接触疲劳伤损现象越来越普遍且日趋严重。这些伤损的大量出现, 影响了列车的行车安全, 有时还会造成钢轨断裂, 列车脱轨等重大事故, 危害极大。分析钢轨的接触疲劳伤损类型和伤损原因, 找出防治措施, 对于我国铁路事业的发展具有十分重要的意义。

1 钢轨主要病害分析

1.1 钢轨的纵向变形

钢轨的纵向变形表现为周期性的波浪磨耗。

(1) 波长非常短 (波长30～100mm) “极短周期波形”的变形多发生于铁路直线部份。在160公里/小时速度下的运行线路, 铁轨的不规则冲击所成形。

(2) 短波长 (波长100～300mm) 变形常在发生在铁路的曲线区段, 通常发生于短轨一侧的轨道。它可以解释为:转弯时固定在车轴上的两个车轮所碾过的长度不一样所造成的。

(3) 长波 (波长300～1000mm) 变形通常是由铁路上只有单一型号的车辆运行所造成的。

(4) 较长波 (波长1000～2500mm) 的变形也许与铁轨的制造工艺有关。

(5) 实际上, 会几种波长的变形, 经常会同时出现在钢轨同一部位。

我单位所使用的PGM-48型DM01、DM02车磨石直径为254mm, 故在打磨作业过程中可很好的消除波长在250mm以下的波浪形磨耗, 而对于波长超过250mm的长波浪型磨耗则只能尽量改善其磨耗程度, 减小因长波浪形磨耗造成的损失, 并不能彻底消除掉。

1.2 独立的缺陷

(1) 钢轨的这些独立缺陷会在每一次车轮通过时产生一次冲击, 随之产生一个数倍于正常情况下的负载。因此, 铁轨受到很高的压力。一般情况下这种损伤还会进一步扩展, 有些情况下会导致铁路失效。

(2) 不仅铁轨受影响, 铁轨还不能全部吸收这种由冲击产生的能量。这些冲击会持续地传递给线路。固定位置的损伤会影响轨垫和枕木。最后, 形成道床局部下沉, 路基失去其稳定性。

1.3 钢轨的横向截面变形

钢轨的横截面变形对线路运行起着重要作用, 是由于大载重量列车长期运行碾压造成的钢轨横向面变形。车轮与铁轨的接触点决定了运行中表面和内部的应力。车轮与钢轨的不正确接触, 会导致车轮与钢轨的疲劳损害。

2 钢轨打磨的重要性

随着铁路大提速和高铁动车组的开行, 列车的轴重、密度及行车速度都在不断提高, 在运输繁忙的重载线路上, 由于钢轨病害的影响, 列车通过时引起轨道的强烈振动, 造成线路石碴溜坍、扣件松动、胶垫板损坏、道床板结等病害, 使线路水平、方向、高低难以保持, 由此产生的钢轨伤损和磨耗也在急剧增加, 线路保养周期和钢轨寿命大大缩短, 严重时甚至影响行车安全。

对钢轨进行打磨维修, 不仅能够恢复良好的钢轨轨头踏面和正常的轨头断面形状, 使钢轨的几何尺寸修复到理想状态, 还能防止钢轨波磨、剥离等疲劳伤损的形成与发展, 改善轮轨接触状态, 提高钢轨表面硬度, 延长钢轨使用寿命和线路的维修周期, 增大牵引力, 减少列车运行时对轨道的冲击, 提高列车运行的平稳性和舒适度。因此, 钢轨打磨作业的质量直接影响运输生产安全, 提高打磨质量意义十分重大。

3 钢轨打磨作业概述

钢轨打磨主要是通过打磨列车对钢轨头部滚动表面的打磨, 以消除钢轨表面不平顺、轨头表面缺陷及将轨头轮廓恢复到原始设计要求, 从而实现减缓钢轨表面缺陷的发展, 提高钢轨表面平滑度, 降低轮轨噪音, 延长钢轨使用寿命的目的。

钢轨打磨常用的方式有两种:预防性打磨和修复性打磨。另外还有特殊性打磨, 但不常用。

预防性打磨主要是对新修线路或病害不严重的既有线路采取的打磨方式, 可以消除钢轨顶面初始不平顺, 改善轮轨关系。打磨遍数一般控制在3遍, 钢轨切削量较小。

如图7, 角度模式设置为:第一遍打外侧的角度范围为-30°～2°, 第二遍打内侧的角度范围为2°～45°, 第三遍打顶的角度范围为-8°～13°。

而进行周期预防性打磨的时候, 有些路段会有轻微的肥边, 表面擦伤等病害出现, 考虑到经济因素以及打磨质量等, 我们有时会采用一遍内侧 (2°～45°) , 一遍大角度顶面 (-15°～15°) , 一遍小角度顶面 (-5°～8°) 的打磨方式。

修复性打磨主要是钢轨纵、横断面已出现较严重波磨、侧磨等钢轨缺陷进行适时修理的一种打磨方式, 其目的是消除钢轨顶面严重的波磨及曲线下股钢轨飞边, 尽可能恢复钢轨标准断面, 延长钢轨使用寿命, 打磨遍数一般定为5遍, 如图8。其角度设置为:第一遍外侧的角度范围为-25°～2℃, 第二遍小范围内侧的角度范围为45°～12℃, 第三遍大范围内侧的角度范围为45°～2℃, 第四遍小范围顶的角度范围为-4°～7℃, 第五遍大范围的角度范围为-8°～12℃。

上面讲的两种打磨模式, 都是一般的模式, 具体的打磨模式还是要看钢轨的具体状况设定, 波磨大点, 我们就对顶部功率和遍数可以增加, 肥边严重, 我们就对内侧的功率和遍数增加。

特殊性打磨主要是为了实现特殊的钢轨断面形状而采取的打磨方式。

4 如何提高钢轨打磨作业的质量

下列几个标准可以用来描述打磨完工的钢轨质量:

(1) 彻底清除了短波痕, 包括硬斑;

(2) 减少或降低长波痕, 达到允许误差内 (如果该操作对商业运营有价值的话) ;

(3) 横向轮廓达到所希望轮廓的允许误差内;

(4) 形成足够多的打磨面, 不至于在轮廓上形成脊角;

(5) 可以接受的表面粗糙度;

(6) 钢轨表面没有大的色差 (蓝色是因为过热形成的) 。

影响钢轨打磨质量的几个主要因素分别是:一次切削量、打磨速度、打磨遍数、打磨温度、打磨功率、磨头水平横移量及偏转角度。

(1) 一次切削量。

一次切削量又叫一次打磨深度, 是指为恢复钢轨表面轮廓而在作业中应对磨耗钢轨切削的深度。在已有波浪磨耗的钢轨上, 究竟打磨的金属层厚度为多少最合理就要按照实际作业情况来定了。

广铁集团从2009年开始先后共引进了五台PGM-96C型钢轨打磨列车, 该车是由襄樊金鹰轨道有限公司与美国HTT公司合作生产的最新型打磨列车, 较以往的PGM-48型打磨列车有更高的效率及更完美的施工工艺。集团从1998年引进第一台PGM-48型钢轨打磨列车至今已有16年的打磨列车使用历史, 在打磨车的运用方面积累了一定的经验。下面就以广铁集团使用的13241#PGM-96C型钢轨打磨车为例:

13241#打磨列车理论上一次打磨量在打磨速度为18km/h时每个磨头的平均切削量为0.02mm。切削量与钢轨硬度、打磨模式、磨石质量以及工作走行速度有关。13241#在行进预防性打磨的时候, 一般设定在打磨三遍, 打磨速度为16-18 km/h为最好;在对钢轨最小的磨削量的前提下既达到了钢轨表面轮廓的要求又降低了施工成本。

(2) 工作走行速度。

打磨车理论上的工作走行速度为10-25km/h, 原厂设定最高打磨速度为25 km/h。但在实际中我们一般设安全保护速度为10km/h, 当打磨车速度低于10 km/h时, 会发出警报声并自动提起所有磨头。工作走行速度与磨削量成线性关系, 同等压力下速度增加, 磨削量减少。工作走行速度不能太高, 过高时引起磨头在钢轨上滑擦, 影响打磨效果, 过低会导致磨头在轨顶停留, 造成钢轨表面烧伤或者打坏钢轨, 因此在13241的现场施工中应保持工作走行速度在16-18km/h的范围内。预防性打磨遍数为2-3遍, 修理性打磨一般为3-5遍, 伤损较大区域有时打磨5-8遍 (具体情况由施工负责人根据现场实际情况而定) , 为了保证打磨质量在打磨过程中尽量保持在匀速运行状态下进行打磨作业。

(3) 打磨遍数。

在打磨之前首先要确定打磨遍数, 进而才能确定每一遍要打磨的部位及与此相应的磨头的角度和压力。打磨遍数要根据现场钢轨的损耗程度、打磨车的车况有施工负责人现场决定。在现场施工的时候, 有时现场条件不允许, 车况不能维持的最佳状态, 那么在设置磨头角度的时候就得考虑磨头覆盖问题, 而要保证打磨质量的话就只能在打磨遍数上来弥补了。

(4) 打磨温度。

钢轨打磨切削区的温度很高, 常达1000度以上。如果打磨过程中形成的热量聚集在钢轨表面上, 不能迅速传散, 愈积愈多, 就会导致钢轨表面层变质, 钢轨烧伤, 影响打磨质量。为了防止打磨时烧伤钢轨, 应选择粒度粗及硬度低的磨石, 以及选择合理的打磨功率、工作走行速度与磨削深度。

(5) 打磨功率。

磨头马达的打磨功率与横断面金属切除量成正比, 同时与切向力和磨头切削速度有关。实际的打磨功率应根据线路钢轨打磨的需要而定。

(6) 磨头水平横移量和偏转角度。

平时必须加强对设备的保养, 保证磨头水平横移量和偏转角度在作业时能达到打磨模式的设置值, 且保证磨头对钢轨打磨面的覆盖, 保证打磨质量。偏转角度的设定, 要按照打磨车的现实状况来设定, 车况不同, 所要编排的角度覆盖值就不同。

模式编排的时候需要对该车的模式编排系统很熟悉。打磨模式是否合理是决定打磨质量好坏的关键因素。这是一项经验性很强的工作, 需要在实践中不断总结摸索。首先要根据设备管理部门 (工务段) 提供的线路资料 (如打磨作业线路为直线、小半径曲线还是大半径曲线) 和钢轨磨耗数据, 从理论上分析确定较为合理的打磨模式, 然后在施工过程中不断修正、总结和完善, 以达到最佳的打磨效果和经济效益。

5 总结

本文首先对钢轨的常见病害以及这些病害产生的原因、潜在威胁以及钢轨打磨的作用进行了详细说明, 接着对钢轨打磨作业方法、打磨工艺进行分析。最后围绕如何提高打磨质量方面进行分析研究。

综上所述, 钢轨打磨列车在线路的养护中占有突出重要的地位, 高铁线路应用钢轨打磨列车在线路开通前对钢轨预打磨、开通后对钢轨预防性打磨及修复性打磨对高铁的安全运行十分必要。所以我们要加强这方面的研究和试验, 制定钢轨打磨各种工艺和验收标准, 为新建客运专线顺利开通和已有线路安全平稳运行提供保障。

摘要：随着铁路高速重载趋势的发展, 钢轨的波形磨耗和因接触疲劳而产生片状剥落、开裂等病害呈上升趋势。钢轨打磨作为解决钢轨表面缺陷、控制轮轨接触位置和控制钢轨外形的手段, 应用越来越广泛。不管是对于除去钢轨表面缺陷还是保持钢轨合适的外形轮廓、保证行车稳定性来说, 钢轨打磨都是经济和实用的技术。首先对线路常见的钢轨病害做了分类说明, 并针对各种病害产生的原因, 危害做了分析, 指出了钢轨打磨的重要性。接着以广铁集团使用的PGM-96C型钢轨打磨13241#列车的打磨作业为例作了简要介绍, 从打磨方法、打磨工艺等方面进行了分析, 并从一次切削量、打磨速度、打磨遍数、打磨功率、磨头水平横移量及偏转角度等方面来研究如何提高钢轨打磨作业的质量。

关键词：钢轨病害,钢轨打磨重要性,打磨方法,打磨工艺

参考文献

[1]张铭达.高速重载线路钢轨打磨方法优化研究[D].重庆:西南交通大学, 2006, (3) .

[2]刘学毅, 印洪.钢轨波形磨耗的影响因素及减缓措施[J].西南交大学报, 2002, 105:483-487.

[3]王森荣.高速铁路钢轨病害及钢轨打磨技术应用[D].重庆:西南交通大学, 2005.

打磨工艺 篇4

首先,由于某公司所建船舶的某些船体结构与外板板缝不能使用自动焊、半自动焊,只能手工操作进行焊接,而手工操作时因焊工技能和各种因素的影响,会出现诸如一条较长的焊缝上多处焊宽大小不一、余高差异较大、焊脚不符合要求等等外观成型不良的问题,此时打磨人员就对这些问题进行逐一打磨光顺;其次,因为焊缝的过度打磨导致了检验员对焊缝的不良成型等缺陷的发现变得困难,同时过度打磨不能促进焊工焊接技能的提高,更不能促进焊接质量的提高。最后总观焊缝时,一条较长的焊缝打磨的长度超过了二分之一或者更甚,这样费时费力也不美观,质量更不能得到有效的保证,得不偿失。于是,船东代表、质量部门、工艺部门、生产部门负责人为此召开了焊缝打磨专题研讨会,对船体焊缝哪些情况需要打磨、哪些情况无需打磨等等情况达成了共识,并以通知单的形式下发到相关作业区宣贯实施。实施后效果明显。以某公司某船为例,与上艘同型号的产品相比,主船体和上建分段打磨时长降低了1105个小时。

2现状调查

2014年3月,船东代表、质量部门船体相关检验人员,经过对在建某系列船的外板、甲板对接缝及内部结构对接缝、角接缝的现场检查发现,均有焊缝表面过度打磨的现象,打磨长度超过所在焊缝的二分之一,不但浪费了大量的人力物力,而且没有良好的视觉效果,焊缝质量方面更得不到有效保证,焊工的技术水平也得不到更好的提升。

3制定严格的工艺流程,优化焊缝打磨方案

2014年3月21日上午,船东代表、质量部门、工艺部门、生产部门负责人召开了焊缝打磨专题研讨会,会上要求制定严格的工艺流程,对焊缝打磨工艺进行优化,达成共识如下:a.制定合理的焊接程序,保证焊接质量,减小焊接应力和变形;手工焊接板列时,应先焊端接缝,后焊边接缝,对较长的焊缝应采用逐步退焊法或分中逐步退焊法等;b.针对特殊板材(薄板、厚板或铸钢件等)的不同特点,制定相应的工艺措施。薄板手工焊时应采用短弧焊及较高的焊接速度。较长的焊缝必须采用逐步退焊法、跳焊法等进行分段焊接,每段长度以300mm左右为宜,实际生产中也可用一根焊条所焊焊缝的长度为一段;厚板或铸钢件对接焊时,可根据焊件厚度,分别开V形、X形、U型等坡口进行多层焊。必要时平位置的焊缝可以先用手工焊打底后再进行埋弧自动焊焊接等;c.气孔、夹渣、未融合、表面裂纹等焊缝表面缺陷,需要补焊后进行打磨修整;d.焊缝局部突出、余高超差,需要打磨进行修整;e.焊缝有尖锐形状的,如角焊缝包角等应进行打磨修整。

3.1学习宣贯

会后各个作业区利用每周一早上开工前的早班会,对班组的装配工、电焊工、打磨工进行优化焊缝打磨方案的学习和宣贯。与此同时,质量部相关人员与各作业区施工负责人一同利用早会的时间对2014年3月21日召开的焊缝打磨专题研讨会的会议精神进行传达,并对会中优化焊缝的打磨方案进行宣贯。

3.2培训考试,持证上岗

自2014年起至2016年1月,公司多次组织各工种的培训考试,确保持证上岗。请资深人员及高级技师现场培训指导并建立长期有效的培训考试机制,每年组织装、焊工技能竞赛;另外,对打磨工也做了相关的上岗培训,要求打磨人员严格按照公司各产品《批补磨施工工艺》和优化后的焊缝打磨方案执行打磨作业,严禁过度打磨。其目的是经过系统专业化的培训考试,使施工人员达到本岗位的技能要求持证上岗,整体提高装配工、电焊工、打磨工的装配、焊接、打磨技能水平,保证船体焊缝的外观及内部质量。

3.3加大工艺巡检力度

自2014年起至2016年1月,加大了工艺巡检力度:2014年1月1日起,截止至2014年12月底,全年共进行29期工艺检查,全厂通报29期。2015年1月起,截止至2015年12月底,共进行32期定期工艺检查,3期不定时,全厂通报32期。

4实施效果

优化焊缝打磨方案,促进焊缝质量提升的方案经过实船应用,效果明显:现某公司某船的外板、甲板对接缝及内部结构对接缝、角接缝的焊接外观表面质量等得到很大提升,船东代表在相关产品加工阶段、分段阶段、搭载阶段、预舾装阶段现场验收时给予充分的肯定;同时,从焊后的焊缝表面成型质量上看:装配作业人员、电焊作业人员的技能水平得到了很大的提升,特别是打磨作业人员的劳动强度大大降低,效率明显提高。工时方面据某车间相关人员统计后反馈,同一船型主船体和上建分段实施前打磨时长为4397小时,实施后打磨时长为3292小时,降低了1105个小时。

5结论

现阶段随着减少打磨的工艺的开展和执行,取得了打磨时长降低了1105个小时的成效,加快了相关产品的建造进度,同时产品焊缝外观质量和焊工技术水平也得到了一定的提升,值得大力推广。

参考文献

[1]船体工艺手册.(修订本).[M]北京:国防工业出版社.

打磨适合学生的评价语言 篇5

1. 准确到位——差异性

多一把尺子就多一批好学生。评价要关注学生的个性差异, 正视学生具有多元智能, 秉持热切的期望来观察、关注和接纳学生, 倡导评价指标多维。在课堂上, 教师要准确把握评价尺度, 以自然、真诚、恰当的语言, 及时地、有针对性地评价学生的学习活动。评价语言要做到因人而异, 因课而异, 因时而异, 对于不同层次的学生采用不同的评价语言。如教学“四边形的认识”时:

师:能说出生活中哪些物体的面是正方形的吗?

生1:魔方玩具的每一个面都是正方形。

生2:手帕的面就是正方形。

……

师:谁能说说正方形有什么特点吗?

生:我发现正方形的四条边都一样长。

师:真棒!

生:正方形的四个角都是直角。

师:从四条边一样长想到四个角一样大, 你真是个爱思考的孩子。

教师从学生举出生活实例、认识四边形到认识四个角、四条边有什么特点, 捕捉到学生所表示出来的不同智能倾向。评价时, 教师很自然地对学生不同智能加以肯定和赞赏, 促使学生积极去思考, 这样的评价更能体现学生的个性。

2. 幽默风趣——激励性

幽默风趣的语言能缓和课堂气氛, 创设一种让学生心理放松的环境。当学生出错时, 运用幽默风趣的语言委婉地提醒, 更容易让人接受;当学生有出色的表现时, 用夸张的语言来赞美, 学生会欢欣鼓舞, 兴趣倍增。

如:一位教师在讲“商中间有0的除法”时, 曾反复强调, 遇到被除数的哪一位不够商“1”时, 就在哪一位上补“0”。学生仍是记不住, 练习中漏“0”的情况时有发生。为了减少学生的这种错误, 在教学中他幽默地说:“同学们, 你们是国家的主人, 如果‘主’字少写一点, 就成了‘王人’; (笑) 如果把这一点点到不恰当的地方, 就成了‘玉人’。你们说, 这行吗?”话音刚落, 教室里哄堂大笑起来。接着, 他讲解了一个商中间有“0”时不能漏写0的例子, 老师的语言形象生动, 富于幽默感, 给同学们留下了深刻的印象, 漏写的现象大大减少了。

3. 情感体验——人文性

在课堂中, 学生除了渴望被认同、被赞赏的内心需要以外, 他们还需要从教师那里得到尊重、宽容和教诲。教师的课堂评价语言除了具有激励性以外, 还应包含评价者个人的情感体验和情感关注, 以富有真情的评价来促进被评价者知识、能力、情感的建构。

如教学“20以内进位加法”, 老师问:“你们会计算8+4吗?”随后就有学生举手回答:“老师, 这道题我小时候就会算了。”大部分学生都认同他的观点。这时一个男孩胆怯地站起来说:“老师, 我是用小棒数出来的。”其他学生哄笑一声, 小男孩听后低下了头, 脸红红的。教师随后说:“老师也是这样想的, 能说说你的想法吗?”男孩低声地回答道:“我是在8的基础上又数了4根小棒。”老师高兴地说:“你真勇敢。”老师刚说完, 从下面学生中传来了同一种声音:“老师, 我也有一种方法……”试想如果没有教师这种平易近人的评价, 肯定没有后来那么多学生的各种计算方法。只有通过教师真诚的评价, 才能促进每一位学生的和谐发展。

4. 因势利导——启发性

教师发现学生理解上有偏差时, 对学生的评价是“导”的一个重要方面, 可以激发学生学习的兴趣, 使学生的模糊认识明朗化, 把学生的思维引向深入, 把课堂气氛推向高潮。

例如教学口算两位数减两位数的退位减时, 先复习75-34的口算方法。由此迁移到75-38的口算方法, 先算75-30=45, 再算45-8=37。在课堂练习中, 我发现口算的方法学生很快学会了, 可算起来还是很慢, 而且正确率不高。仔细观察和分析, 原来算出第一步75-30=45后, 再算45-8=37时, 既要退位又要记住第一步的结果45, 很容易错。诊断出学生在计算中的困难后, 我及时引导学生讨论:这种方法不一定是最好的方法, 还有更简单的方法吗?把38看成40, 75-40=35, 35+2=37;把38分成35和3, 75-35=40。40-3=37;把75看成78, 78-38=40, 40-3=37……同学们的方法还真不少呢!可见学生有自己的思维方式, 旁人是无法替代的, 当学生的思维受阻时, 教师及时、合理引导并进行评价, 使其获得最佳的结果。

5. 瞬时捕捉——及时性

数学课堂是交流与对话的园地, 这就注定了教学评价不可能是简单的是非判断, 而是一种因时而化, 因人而异的教学智慧, 需要及时反馈。

(1) 及时捕捉学生的点滴学习成果。教师要善于挖掘学生学习过程中的点滴成果, 及时赞赏, 帮助学生认识自我, 建立信心, 享受成功的快乐。如:

——好样的, 你的作品非常出色!

——你的表达特别清楚, 让大家一听就懂!

———你像位小科学家, 有这么多发现!

(2) 及时捕捉学生良好的学习方式。要求学生自主学习, 其中一个重要条件, 就是要使学生掌握学习方法, 养成良好的学习习惯, 这是学生终身受益的事。课堂上, 不仅应关注学生学习成果的对与错, 更应关注他们良好的学习方式, 给以鼓励。如:

——你发现重要的方法, 老师为你骄傲!

——你思考问题很全面。

——这种想法别具一格, 令人耳目一新, 请再说一遍好吗?

重载铁路钢轨打磨技术浅析 篇6

大秦线年运量达4亿余吨, 列车轴重为25 t, 重车线最高时速达90 km。在这样的重载高速铁路上, 钢轨伤损最大的特征为轨顶塌陷、剥离和轨头裂纹。在曲线和道岔段钢轨内侧角接触区上, 接触斑较小且滑动量较大, 从而增大了接触压力, 促使疲劳和磨损形成。分析了各种轨头的初始裂纹, 发现发生在轨角处的裂纹是由于反复的塑性变形引起, 当轨道几何形位在标准范围之内时, 钢轨损伤一般最初表现型为裂纹。轨头表面连续的累积点蚀是由于滚动接触疲劳引起的。这些累积的轨头裂纹可以引起轨角处几毫米深的剥离。在实际工作中, 为了减少钢轨磨耗, 一般采取润滑的方式, 以改善列车曲线通过性、稳定性和安全性。然而, 液体润滑剂会降低裂纹表面的摩擦和增加裂纹的扩展应力, 如图1a) 所示。在车轮碾压前, 裂纹中存在着部分的润滑液, 如图1b) 所示, 当车轮经过时, 进入裂纹的润滑液在裂纹口处形成进液加压, 形成部分空间允许润滑液进入, 使裂纹表面受到垂直压力阻止裂纹闭合, 加速裂纹扩展。钢轨表面疲劳裂纹的增长率受到轮轨间的接触压力水平的影响。微小裂纹萌生于压力频繁接触的钢轨表面, 并向钢轨浅层慢慢地扩展。开始裂纹在一个小的角度上快速增长, 直到达到平衡点 (转折点) 。在这个点上, 裂纹垂向增长率开始加速。微裂纹萌生于钢轨表面较大接触压力的区域, 在裂纹萌生阶段裂纹垂向增长速率较快。随后裂纹开始在表层形成分支, 再次进入裂纹的快速增长阶段。为了防止裂纹进入分支垂向加速扩张阶段, 采用预防性打磨策略, 去除浅层金属, 控制裂纹的快速发展, 从而延长钢轨的使用寿命。

轮轨接触的贴合性是评估轮轨关系的一项重要指标。从打磨角度讲, 改善轮轨贴合性是对滚动半径差的影响。一般来讲, 轮轨接触越贴和, 这个高度差越小, 表示滚动半径差越小;反之, 轮轨接触越不贴和, 滚动半径差越大。滚动半径差不仅对钢轨的疲劳破坏和磨损有着直接的关系, 而且还影响着车辆转向架的转向特性。

在重载铁路上, 尤其在曲线上, 还大量存在着另一种钢轨伤损, 是由于接触疲劳引起的材料塑性流动导致的轨头变形。轨头变形会使轮轨接触条件恶化, 会增加列车振动, 会使列车出现蛇形运动, 一方面使列车运行产生不安全因素, 另一方面反过来又恶化了轮轨接触条件, 加速了钢轨的伤损。

由以上分析可知, 重载铁路的打磨主要针对以下几个方面:

1) 去除表面的裂纹, 控制裂纹向深层次发展, 延缓和控制轨面疲劳病害的发生与发展, 延长钢轨的使用寿命, 提高行车平稳性和安全性;

2) 去除表层塑性流动、防止轨面变形, 降低列车与线路的振动以延长各部件的使用寿命和降低行车产生的噪声;

3) 保持钢轨的最佳廓面形状, 改善轮轨接触关系, 减小接触应力;

4) 不同的曲线半径、直线及运营条件下, 通过不对称打磨将钢轨型面打磨成不同的目标型面, 改善曲线地段轮轨的接触应力状态, 防止轮轨接触高应力区轮轨接触处出现高蠕滑和直线蛇形运动的出现, 减少因轮轨不良接触造成的轨头塑性变形等病害, 提高车辆的曲线通过能力。

研究钢轨的打磨技术, 还需要确定两个重要的问题:

1) 打磨量, 就是一次打磨多少;2) 打磨周期, 也就是多长时间打磨一次。很明显, 在能阻止钢轨裂纹发展时, 打磨量越少越能延长钢轨的使用寿命, 这就是最佳打磨量。打磨量和打磨周期受钢轨型材、通过总重、运营条件影响。打磨经验证明在预防性打磨策略中发现, 每隔1 500万t～3 000万t的周期中轨面打磨掉0.05 mm～0.08 mm的金属层, 轨角处打磨掉0.152 4 mm的金属, 即可达到最佳磨损点。实际操作过程中的磨损量很难达到最佳磨损量。

总结大秦线几年的打磨经验, 得出重载铁路打磨技术的几个要点:

1) 尽可能地实现最佳轮轨关系。最佳轮轨关系描述如下:a.车轮与上股道钢轨的最大接触角大于某一特定角度, 以减低脱轨风险;b.车轮与钢轨接触位置应在钢轨顶面中心以内, 以降低钢轨翻转的风险;c.钢轨与车轮形成贴合性两点接触 (d<0.5 mm) , 以减小同一钢轨上的滚动半径差和纵向蠕滑, 并增大转向架的转向力矩;d.在下股道和直线钢轨上, 与车轮的接触应该位于钢轨顶部中心, 以实现零蠕滑的纯滚动接触;e.轮轨接触区内, 表面切向力与法向力的比值小于0.3, 以使钢轨抗磨损和抗疲劳的强度达到最大;轮轨接触的接触应力应在塑性安定极限之内, 以减轻钢轨伤损。

2) 曲线上股道钢轨打磨的磨削要点。a.钢轨打磨的基准是上股道的最佳钢轨廓面形状;b.重点磨削钢轨顶部外侧表面, 特别是塑性变形形成的凸起表面;c.宁可过量磨削钢轨顶部外侧表面;d.在轨距角附近出现斜裂纹的钢轨表面实施轻度打磨, 打磨深度不要大于0.3mm, 切不可过量磨削上股道的轨距角;e.如果轨顶没有出现连续的剥离掉块, 不磨削轨顶;f.打磨间隔应低于1亿t通过总量。

3) 曲线下股道钢轨打磨的磨削要点。a.钢轨打磨的基准是下股道的最佳钢轨廓面形状;b.重点磨削钢轨顶部内外两侧的表面, 特别是塑性变形形成的凸起表面;c.宁可过量磨削钢轨顶部内外两侧表面;d.如果轨顶没有出现连续的剥离掉块, 不磨削轨顶;e.打磨间隔应低于1亿t通过总量。

4) 直线钢轨打磨的磨削要点。a.钢轨打磨的基准是直线的最佳钢轨廓面形状;b.重点磨削钢轨顶部内外两侧的表面, 特别是塑性变形形成的凸起表面, 具体位置约在里外侧±2°以上, 控制中心光带在25mm～35mm, 顶面轻打或不打。如打磨前里侧或外侧为黑色, 即很少接触轮对的一侧, 则不需打磨或轻打1遍～2遍即可。如顶面伤损较重, 除按以上原则外, 可打顶面2遍～3遍, 但打磨量不宜过深, 基本平顺即可;c.宁可过量磨削钢轨顶部内外两侧表面;d.如果轨顶没有出现连续的剥离掉块, 不磨削轨顶;e.打磨间隔应为3亿t通过总量。

钢轨打磨是一个复杂的过程, 需要从以下几个方面研究完善:

1) 确定打磨参数, 针对不同的打磨方式, 采用不同的打磨参数参量, 考虑高频振动的轮轨系统的动特性, 选择合理的打磨参量和限值保证车辆行车的舒适性和安全性;

2) 开展打磨钢轨型面模型研究。根据不同的打磨策略发展不同的钢轨型面, 运用车辆轨道耦合动力学与轮轨接触状态理论, 优化现有的钢轨型面, 提高行车的平稳性与安全性;

3) 综合考虑打磨策略、打磨限值、打磨参数和质量控制标准的钢轨打磨效益的分析研究。发展一种可以综合考虑在打磨实践中的设备折旧成本、低值易耗品的使用成本、人员工资等相关成本的预算数值模型和相关软件;

4) 研究综合考虑打磨中的打磨成本、检查成本、停车成本、风险成本、替换成本、润滑成本和设备折旧费用的钢轨维修成本预测模型。模型中可以采用工程经济学中的资本时间价值的等额年金计算模型, 对预测的成本进行分析, 同样可以采用不同的年金折算方法, 对成本进行优化;

5) 开展综合考虑车辆轨道耦合动力学和经济学指标的钢轨磨方案的优化研究。在以往打磨研究中, 多数采用轮轨静态接研究, 难以真实的反映出轮轨在运动接触中的实际情况。建立虑轮轨接触状态和高频振动的轮轨系统动力学分析方法, 综合虑经济学指标建立不同打磨策略的优化打磨模型, 对促进我国来高速重载铁路网安全运营具有重要的意义。

摘要：以某重载高速铁路为背景, 通过分析钢轨裂纹扩展机理, 就重载铁路钢轨打磨技术进行了详细论述, 并指出需进一步完善的几方面, 以控制裂纹的快速发展, 从而延长钢轨使用寿命。

钢轨打磨技术应用浅谈 篇7

1 钢轨主要病害分析

1.1 钢轨病害类型。

钢轨病害主要包括波形磨耗、侧磨、肥边和钢轨接触疲劳损伤。波形磨耗会引起很强的轮轨动力作用, 使列车产生剧烈震动和噪声, 加速机车车辆的损坏。

钢轨侧磨主要是小半径曲线的外股钢轨侧磨和直线钢轨的交替侧磨。在提速线路中, 直线钢轨出现不均匀侧磨形成周期性轨道不平顺, 导致提速机车车辆摇晃。

钢轨肥边主要是在曲线外股钢轨和直线钢轨轨顶内侧被压溃后所产生的, 会导致轮对的蛇形运动, 增大轮对运转阻力。

钢轨接触疲劳损伤主要是由于金属接触疲劳强度不足和车轮的重复作用, 最终形成接触疲劳损伤。疲劳裂纹形式有接触疲劳裂纹和轨头掉块、剥离等。

1.2 钢轨病害产生的原因。

列车的运行状态是一个由多种独立运动叠加而成的复杂运动, 钢轨承受垂向力、横向力、纵向爬行、温度和制动力的作用, 因此钢轨病害的产生主要是受钢轨作用力和钢轨材质的影响。爬行力和制动力都是摩擦力, 与轮轨材料和车轮垂向载荷有关。

2 钢轨打磨目的及方式

钢轨打磨是通过打磨装置 (打磨砂轮) 清除轨头表面金属的过程。

2.1 钢轨打磨的目的。

钢轨打磨的目的在于消除钢轨的波形磨耗、侧磨、肥边和控制钢轨的接触疲劳等病害, 恢复轨廓形状, 改善轮轨关系。延长钢轨更换周期, 降低钢轨使用成本;改善轮轨接触关系, 减小轮轨动力作用, 提高列车运行的平稳性和乘客的舒适性;降低轮轨噪声, 减少对轨道结构和机车车辆的损伤, 降低轨道线路和机车车辆的维修成本。

2.2 钢轨打磨方式。

钢轨打磨方式分为修复性打磨和预防性打磨两种。2.2.1修复性打磨。修复性打磨主要是消除病害, 恢复轨廓形状。修复性打磨可分为矫正性打磨和维护性打磨。打磨一般要经历三道工序:第一道工序就是清除钢轨表面已有的缺陷, 第二道工序是将变形的轨头整形, 最后一道工序是将轨头打磨成所要求的形状。2.2.2预防性打磨。预防性打磨是在缺陷形成前进行的经常性维护, 对于不同的病害要采取不同的处理措施。预防性打磨是将轨头打磨成适应线路运行条件的形状 (不同线路根据使用情况的不同需要打磨成的轨头形状也不同) , 预防性打磨是根据需要将轨头打磨成一个特殊形状, 而不是简单地恢复到原来的外形。

3 钢轨打磨工艺制定

3.1 原则。

3.1.1为了制定合适的打磨工艺, 首先要了解钢轨病害的类型、产生的原因, 并根据线路钢轨的实际使用状况, 结合钢轨打磨列车的性能, 制定适合的最佳打磨工艺。3.1.2钢轨打磨要与线路综合维修有机的结合, 在线路维修后立即进行钢轨打磨, 以防止新的短波不平顺的产生。3.1.3钢轨打磨的标准是打磨后列车运行时能在钢轨定面中心处产生15~25mm的光带, 而且要实现车轮与钢轨的两点接触。3.1.4波磨深度小于等于0.5mm, 肥边厚度小于1mm时, 采用预防性打磨;波磨深度大于0.5 mm, 肥边厚度大于1mm时, 采用修复性打磨。3.1.5钢轨打磨区域。GAUGE (+) 表示钢轨的轨距角一侧 (内侧) , FIELD (-) 表示钢轨的外侧。0°-45°表示从钢轨的中心线0°到偏向钢轨内侧45°范围。这也是线路打磨列车的打磨单元向内侧偏转的最大角度。相反0~-45°表示是钢轨中心线的0°到钢轨外侧45°范围, 但PGM-48型线路打磨列车外侧打磨最大角度为30°如图1。

3.2 修复性钢轨打磨工艺 (PGM-48型线路打磨列车) 。

修复性打磨主要是消除病害, 恢复轨廓形状。3.2.1消除肥边。肥边情况不是很严重时, 采用单侧24个打磨单元均匀分布在内侧20°~内侧45°范围内的打磨方式。肥边情况较严重时, 采用24个打磨单元全部为45°的打磨方式。3.2.2消除波磨。从内侧25°~内侧9°均匀分布24个砂轮。此模式可以消除钢轨顶面一定量的波磨, 改善车轮踏面和钢轨接触, 在钢轨顶面中心形成15~25 mm宽的光带, 减缓了列车的“蛇行运动”, 同时消除打磨轨距角时产生的棱角。3.2.3外侧模式:24个打磨单元分布在外侧l5°~外侧30°之间, 主要是针对垂直磨耗较严重, 光带变宽的钢轨。3.2.4顶面模式:24个打磨单元分布在内侧l5°~外侧15°之间, 主要针对钢轨顶面波磨、细小裂纹及鱼鳞伤病害的打磨。

3.3 预防性钢轨打磨工艺。

3.3.1控制钢轨侧磨。控制轮轨相互作用和接触力是有效降低侧面磨耗的手段, 要求优化钢轨对机车车辆的导向作用, 两点接触的打磨理论可以达到这个目的。3.3.2控制钢轨疲劳。预防性打磨的第二个作用是控制钢轨表面的疲劳, 尤其是曲线轨道轨头内侧的疲劳缺陷。当轮轨一点接触时, 轮轨接触附近应力高度集中, 容易造成轨头疲劳、鱼鳞伤、裂纹和剥落。3.3.3控制波磨。预防性打磨的第三个作用是控制波磨, 尤其是在控制以货运为主重载运输线曲线下股上的短波磨耗效果明显。短波磨耗常常出现, 预防性打磨是控制波磨的有效方法。

3.4 打磨遍数。

在打磨之前首先要确定打磨遍数, 进而才能确定每一遍要打磨的部位及与此相应的磨头的角度和压力。打磨遍数要根据现场钢轨的损耗程度、打磨车的车况有施工负责人现场决定。预防性钢轨打磨遍数一般控制在3遍, 钢轨切削量较小。修复性打磨主, 打磨遍数一般定为5遍。

综上所述, 随着我国铁路技术的高速发展, 钢轨打磨技术在线路的养护中的作用越来越重要了, 既有线的高速重载、客货混跑, 高铁线路应用钢轨打磨列车在线路开通前对钢轨预打磨、开通后对钢轨预防性打磨及修复性打磨等对线路的安全运行十分必要。所以我们要加强这方面的研究和试验, 制定各种合理的钢轨打磨工艺, 为新建客运专线顺利开通和已有线路安全平稳运行提供保障。

参考文献

[1]张铭达.高速重载线路钢轨打磨方法优化研究[D].重庆:西南交通大学, 2006 (3) .

[2]刘学毅, 印洪.钢轨波形磨耗的影响因素及减缓措施[J].西南交大学报, 2002, 105:483-487.