钢轨被动式快速打磨磨石性能试验台及试验方法

摘要

本申请涉及钢轨快速打磨技术领域，尤其涉及一种钢轨被动式快速打磨磨石性能试验台及试验方法，包括：工件旋转组件包括旋转支座、圆盘工件和旋转驱动；磨石推进组件包括有基座、推进支座、推进驱动、磨石；数据采集组件包括第一传感器、第二传感器、第三传感器和第四传感器；试验控制组件。如此设置，可以对比不同批次，不同型号的磨石的磨削性能比较，可指导磨石的制作生产工艺；通过试验，磨石性能的测试和评价，在一定程度上指导现场打磨工艺和打磨施工方案的制定；设置了多个传感装置，通过试验控制组件即可实现试验的全自动化控制和过程监测。

说明书

技术领域

本申请涉及钢轨快速打磨技术领域，更具体地说，涉及一种钢轨被动式快速打磨磨石性能试验台及试验方法。

背景技术

钢轨快速打磨技术主要应用于钢轨的预打磨、预防性打磨和修理性打磨，通过对钢轨进行预防性打磨，可消除或减轻轨面伤损，预防或减缓接触疲劳、波磨等轨面病害的产生和发展，延长钢轨使用寿命，使轮轨接触关系长期处于合理范围。

目前国际上使用的HSG-2钢轨快速打磨车，钢轨快速打磨技术采用被动式磨削方式，将磨石与钢轨设定成固定角度，按设定的压力扣压在轨面，当打磨机组被牵引行驶时，砂轮在自身旋转的同时，还将产生与轨面的相对运动，通过相对运动对钢轨产生打磨效果。钢轨快速打磨车通过调整每台打磨小车的打磨路径，即在轨头的打磨位置，实现钢轨轨头的全覆盖打磨，也可以选择重点打磨轨角以消除轨头裂纹，或者重点打磨轨顶来消除波浪形磨耗。据此可以根据打磨目的，调整快速打磨模式，实现既定目标。

钢轨快速打磨技术作为目前主动打磨技术的重要补充。被动式打磨技术的工艺研究尚未深入开展，同时被动式打磨磨石主要来源于进口，对每一批次的磨石打磨性能国内尚无法进行验收评判，国内也没有成熟的试验台能够真实的模拟打磨工况来对磨石进行验证，导致目前被动式打磨的磨石性能不好评价和验收，现场打磨质量容易受磨石性能的变化产生影响影响；如有不合格的批次磨石直接用于施工现场，导致在实际工程运用中会发生磨石碎裂，打磨量不满足要求等条件。

国内虽然对被动式打磨机理进行了研究，并试制了快速打磨机理试验台，但试验台主要用来对被动式打磨的机理研究，对磨石的磨削性能的评价无法基于现实打磨工况进行测试，同时目前关于被动式快速打磨磨石的试验方法还没有。

因此，如何解决现有的快速打磨机理试验台对磨石的磨削性能的评价无法基于现实打磨工况进行测试的问题，是本领域技术人员所要解决的关键技术问题。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请的目的在于提供一种钢轨被动式快速打磨磨石性能试验台及试验方法，其能够解决现有的快速打磨机理试验台对磨石的磨削性能的评价无法基于现实打磨工况进行测试的问题。本申请提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

本申请提供了一种钢轨被动式快速打磨磨石性能试验台，包括：

工件旋转组件，包括旋转支座、可转动地连接于所述旋转支座的圆盘工件和用于带动所述圆盘工件旋转的旋转驱动；

磨石推进组件，包括有基座、可沿位移地设置在所述基座上的推进支座、用于带动所述推进支座靠近或远离所述圆盘工件的推进驱动、设置于所述推进支座并能够抵紧于所述圆盘工件的环形打磨面的磨石；

数据采集组件，包括用于采集所述环形打磨面的厚度的第一传感器、用于采集所述圆盘工件的转数的第二传感器、用于采集所述推进支座相对于所述基座的位移量的第三传感器和用于采集所述磨石与所述环形打磨面之间压力的第四传感器；

试验控制组件，与所述旋转驱动、所述推进驱动、所述第一传感器、所述第二传感器、所述第三传感器和所述第四传感器通信连接。

优选地，所述推进驱动包括液压加载缸，所述液压加载缸通过电磁溢流阀与液压系统相连，所述电磁溢流阀与所述试验控制组件通信连接。

优选地，所述基座上位于所述推进支座靠近所述圆盘工件的一侧设置有用于限制所述推进支座的位移量的限位器，所述限位器上设置有与所述试验控制组件通信连接的第五传感器。

优选地，所述磨石通过安装座连接于所述推进支座，所述安装座包括：

安装支架，设置有供磨石嵌入安装的安装槽，所述安装槽的槽底设置有至少两个固定孔；

定位座，设置有沿圆环形排列的多个定位结构；

其中，所述固定孔与各个定位结构相对，并通过紧固件连接。

优选地，所述磨石推进组件设置有至少两组，多个所述磨石相对于所述环形打磨面均匀分布。

优选地，所述环形打磨面位于所述圆盘工件的外周面；

或者，所述环形打磨面位于所述圆盘工件的侧面边缘。

优选地，所述推进支座和所述基座其中一者设置有滑轨、另一者设置有滑槽，所述滑轨可滑动地设置在所述滑槽内。

优选地，所述基座上设置有承载座，所述液压加载缸连接在所述推进支座和所述承载座之间，且延伸方向与所述推进支座的位移方向一致，所述第三传感器设置在所述推进支座和所述承载座之间。

优选地，所述磨石与所述环形打磨面的位置设置喷淋装置。

本申请还提供了一种钢轨被动式快速打磨磨石性能试验方法，基于如上任意一项所述的钢轨被动式快速打磨磨石性能试验台，包括：

通过第一传感器获取圆盘工件的环形打磨面的工件磨削量；

通过第二传感器获取圆盘工件的转数，并得出环形打磨面的工件磨削里程，其中，工件磨削里程＝环形打磨面的直径*π*转数；

通过第三传感器和第四传感器获取磨石消耗量；

根据磨石消耗量和工件磨削里程得出磨石寿命；

根据工件磨削量和磨石消耗量得出工件磨削率，其中，工件磨削率＝工件磨削量/磨石消耗量；

根据工件磨削量和磨石消耗量得出磨石磨削率，其中，磨石磨削率＝磨石消耗量/工件磨削量；

根据磨石消耗量和工件磨削里程得出磨石消耗率，其中，磨石消耗率＝磨石消耗量/工件磨削里程。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

可以对比不同批次，不同型号的磨石的磨削性能比较，可指导磨石的制作生产工艺；通过试验，磨石性能的测试和评价，在一定程度上指导现场打磨工艺和打磨施工方案的制定；设置了多个传感装置，通过试验控制组件即可实现试验的全自动化控制和过程监测。提出了快速被动式打磨磨石的评价体系，相较传统打磨砂轮的验收标准，发明了磨石寿命、工件磨削率、磨石消耗率三个新的磨石评价验收指标。通过本试验台和试验评价方法，可用来对磨石性能的验收。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据一些示例性实施例示出的本钢轨被动式快速打磨磨石性能试验台的主视图；

图2是根据一些示例性实施例示出的工件旋转组件的结构图；

图3是根据一些示例性实施例示出的本钢轨被动式快速打磨磨石性能试验台的俯视图；

图4是根据另一些示例性实施例示出的本钢轨被动式快速打磨磨石性能试验台的俯视图；

图5是根据一些示例性实施例示出的试验控制组件的控制流程图；

图6是根据一些示例性实施例示出的安装座的主视图；

图7是根据一些示例性实施例示出的安装座的侧视图；

图8是根据一些示例性实施例示出的定位结构的示意图；

图9是根据另一些示例性实施例示出的定位结构的示意图。

图中：1、安装支架；2、定位座；3、固定孔；4、定位结构；5、定位轴；6、轴孔；7、连接槽；8、固定压板；9、转轴；10、轴承；11、旋转支座；12、圆盘工件；13、驱动电机；14、变速器；21、基座；22、推进支座；23、液压加载缸；24、安装座；25、限位器；26、导轨；27、滑槽；31、第一传感器；32、第二传感器；33、第三传感器。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与本申请的一些方面相一致的装置或方法的例子。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。

参考图1-9，本具体实施方式提供了一种钢轨被动式快速打磨磨石性能试验台，包括工件旋转组件、磨石推进组件、数据采集组件和试验控制组件。

工件旋转组件包括旋转支座11、圆盘工件12和旋转驱动，圆盘工件12可转动地连接于旋转支座11，并通过旋转驱动带动圆盘工件12旋转，具体地，旋转驱动包括有驱动电机13和变速器14，通过控制变速器14来控制圆盘工件12的旋转速度。

圆盘工件12上设置有环形打磨面，该环形打磨面的与圆盘工件12同心同轴旋转，以保证磨石可以始终相抵。

磨石推进组件包括有基座21、推进支座22、推进驱动和磨石，其中，推进支座22可沿位移地设置在基座21上，并通过推进驱动带动推进支座22靠近或远离圆盘工件12的；磨石设置于推进支座22，在推进支座22的带动下可以抵紧于圆盘工件12的环形打磨面，同时推进驱动可以调节磨石相对于环形打磨面的相对位置。

数据采集组件包括第一传感器31、第二传感器32、第三传感器33和第四传感器。其中，第一传感器31用于采集环形打磨面的厚度，通过环形打磨面的厚度的前后变化得出工件磨削量，具体地，第一传感器31可以设置为朝向环形打磨面的激光高度传感器，通过激光高度传感器与环形打磨面之间的距离来得出工件磨削量。

第二传感器32用于采集圆盘工件12的转数，第二传感器32可以包括固定于旋转支座11上的计数传感器和圆盘工件12上的传感装置，传感装置与计数传感器相匹配，圆盘工件12旋转过程中，可通过周期性扫描计数传感器，对圆盘工件12的转数进行计数，通过圆盘工件12的环形打磨面的基准半径尺寸，进而可得圆盘工件12与磨石相作用的磨削工作里程，即工件磨削里程。

第三传感器33用于采集推进支座22相对于基座21的位移量，第四传感器用于采集磨石与环形打磨面之间压力，当磨石与环形打磨面之间压力稳定时，处于打磨状态，通过第三传感器33得出打磨状态下的位移量，即可得出磨石消耗量。

试验控制组件与旋转驱动、推进驱动、第一传感器31、第二传感器32、第三传感器33和第四传感器通信连接，通过试验控制组件可实现试验的全自动化控制和过程监测。

如此设置，可以对比不同批次，不同型号的磨石的磨削性能比较，可指导磨石的制作生产工艺；通过试验，磨石性能的测试和评价，在一定程度上指导现场打磨工艺和打磨施工方案的制定；设置了多个传感装置，通过试验控制组件即可实现试验的全自动化控制和过程监测。

一些实施例中，推进驱动包括液压加载缸23，液压加载缸23通过电磁溢流阀与液压系统相连，电磁溢流阀与试验控制组件通信连接，第四传感器设置为液压加载缸23与液压系统之间的压力传感装置，通过液压压力来调节磨石与环形打磨面之间的压力，电磁溢流阀和压力传感器形成对推进支座22进行压力控制的压力控制单元。这样，通过试验控制组件可以控制液压加载缸23的加载压力并实时显示压力波动变化，以使得液压加载缸23的加载压力处于稳定的范围内。

基座21上设置有承载座，液压加载缸23连接在推进支座22和承载座之间，且延伸方向与推进支座22的位移方向一致，可以保证驱动力的最大程度利用。

第三传感器33设置在推进支座22和承载座之间，这里，第三传感器33设置为位移传感器，通过推进支座22和承载着之间的位移可以得出位移量，方便可靠。

液压缸下部设置安装支座，可对高度进行调整，保证纵向安装精度。

一些实施例中，基座21上设置有限位器25，该限位器25位于推进支座22靠近圆盘工件12的一侧，用于限制推进支座22的位移量，由于磨石通过安装座24与推进支座22刚性连接，故该限位器25也限制了磨石的最大消耗尺寸，保证了测试的准确和安全性。特别的，当圆盘工件12随测试次数尺寸有一定消耗时，可通过安装座24与推进支座22之间的垫片对磨石的最大消耗尺寸进行调整。

限位器25上设置有第五传感器，第五传感器与试验控制组件通信连接，具体地，第五传感器设置为压力传感装置，当推进支座22达到最大位移时，触动压力传感装置，试验自动停止，该压力传感装置通过试验控制组件相连，可同时结束其他传感器的数据采集工作。

优选方案中，磨石推进组件设置有至少两组，多个磨石相对于环形打磨面均匀分布，通过将多个不同角度的磨石同时作用在圆盘工件12上，且对称布置，与真实工况较为吻合，更好的模拟了被动式快速打磨的磨削机理，且提高了试验台的稳定性。

这里，磨石推进组件优选为两组。

如图3所示，环形打磨面位于圆盘工件12的外周面，相对应地，磨石与圆盘工件12的外周面相切，磨石对圆盘工件12施力时，可以保证圆盘工件12的平衡。第一传感器31位于圆盘工件12的下方。

当然，如图4所示，环形打磨面位于圆盘工件12的侧面边缘，磨石抵在圆盘工件12的侧面边缘。第一传感器31位于圆盘工件12的侧面。

一些优选方案中，推进支座22和基座21其中一者设置有导轨26、另一者设置有滑槽27，导轨26可滑动地设置在滑槽27内。具体地，推进支座22下部设置导轨26与基座21上的滑槽27相匹配，使推进支座22只保留沿推进方向的自由度，确保压力沿一条直线传递。

磨石与环形打磨面的位置设置喷淋装置，可模拟实际中雨雪天气对磨石磨削性能的影响。

一些实施例中，磨石通过安装座24连接于推进支座22上，安装座24为可调整磨石与工件冲角，安装座24与推进支座22通过螺栓刚性连接，可以调整磨石与推进支座22的旋转角度，确定磨石与工件的打磨冲角，默认情况下，试验时设置冲角为60度，与HSG-2打磨车轨面磨石实际情况相吻合。当对其他尺寸规格磨石进行测试时，磨石冲角可进行调整。

如图6-9所示，安装座包括安装支架1和定位座2。

安装支架1设置有安装槽，以供磨石嵌入并安装在安装支架1上，安装后的磨石轴向垂直于安装槽的两个侧壁。同时，定位座2与推进支座相连，即可通过控制磨石实现被动式快速打磨或测试工作。

安装槽的槽底设置有至少两个固定孔3，这里，固定孔3的数量设置为两个，并分别位于安装槽的两端位置。

定位座2设置有多个定位结构4，多个定位结构4沿圆环形排列，以使得多个定位孔处于同一圆上。

其中，固定孔3与各个定位结构4相对，并通过紧固件连接。在使用时，通过固定孔3对应连接的定位结构4不同或者位置不同，来改变安装支架1相对于定位座2的角度，进而改变磨石的冲角。

具体地，固定孔3和定位结构4分别处于安装支架1和定位座2上相对的两个端面上，紧固件可以位于固定孔3和定位孔内部连接固定。

如此设置，可实现磨石冲角的灵活调整，同时保证打磨时整体结构的刚性连接，提高结构的可靠性。

如图8所示，定位结构4设置为定位孔，以使得多个定位孔沿圆环形排列在定位座2上，而且定位孔与固定孔3直径相匹配，以便于紧固件的连接固定。

具体地，紧固件可以设置为螺栓，穿设在定位孔和固定孔3内；定位孔也可以设置为盲孔形式，内置连接螺纹，并通过螺栓连接。

其中，定位孔的数量可以设置为18个，以使得相邻定位孔之间的偏移角度为10度，有利于对磨石的冲角进行调节控制。

另一些优选方案中，如图9所示，定位结构4设置为弧形槽，以使得多个弧形槽沿圆环形排列在定位座2上，而且弧形槽的宽度与固定孔3相匹配，以便于调节紧固件的连接位置，并改变磨石冲角。

具体地，紧固件可以设置为螺栓，穿设在弧形槽和固定孔3内；弧形槽也可以设置为梯形槽的形式，螺栓的头部内置于弧形槽内并沿弧形槽滑动。

其中，弧形槽设置有两个，并分别与两个固定孔3相对，可以实现无极调节磨石的冲角。

为了保证安装支架1和定位座2相对转动的稳定性，安装支架1远离安装槽的一侧设置有定位轴5，定位轴5设置有轴孔6，轴孔6处于定位结构4的圆形，定位轴5可旋转地嵌在轴孔6内，这样，通过定位座2和轴孔6的形式，可以实现安装支架1和定位座2可转动地连接，且转动后固定孔3仍然与定位结构4相对于，不会发生偏移错位。

具体地，定位轴5设置为圆柱形，并与安装支架1刚性连接。

一些优选方案中，磨石通过轴承10与转轴9连接，以使得磨石可以相对于转轴9转动。安装槽的相对的两侧壁设置有连接结构，转轴9的端部连接于连接结构，进而将磨石可转动地连接于安装槽内，稳固可靠。

其中，连接结构包括连接槽7和固定压板8，连接槽7位于安装槽侧壁，并远离安装槽的槽底，以使得转轴9可以卡入连接槽7内，同时固定压板8连接于安装支架1，并将转轴9限位于连接槽7内，进而实现转轴9的两个端部固定，方便可靠，便于拆装。

这里，固定压板8与安装支架1通过螺栓连接，便于固定压板8的拆装。

为了防止转轴9相对于安装支架1旋转，固定压板8与转轴9之间或者连接槽7与转轴9之间设置有防转平面，即该防转平面可以设置在固定压板8和转轴9上，也可以设置在连接槽7和转轴9上，以使得两者的接触为非圆面接触。

具体地，连接槽7的形状与转轴9的端部形状相匹配，均设置为非圆形，比如可以是多边形，以便于转轴9可以自然嵌入到连接槽7内。

本申请还提供了一种钢轨被动式快速打磨磨石性能试验方法，基于如上钢轨被动式快速打磨磨石性能试验台，包括：

通过第一传感器31获取圆盘工件12的环形打磨面的工件磨削量；

其中，工件磨削量为打磨前后圆盘工件12直径尺寸变化或工件底端高度的变化，用于评价磨石的磨削性能。

通过第二传感器32获取圆盘工件12的转数，并得出环形打磨面的工件磨削里程，其中，工件磨削里程＝环形打磨面的直径*π*转数；

其中，工件磨削里程为磨石与圆盘工件12实际产生磨削作用的工作里程，用于评价磨石的消耗速率。

通过第三传感器33和第四传感器获取磨石消耗量；

其中，磨石消耗量可用磨石消耗的质量或直径变化来表征，评价磨石的消耗情况。

根据磨石消耗量和工件磨削里程得出磨石寿命；

其中，磨石寿命为当磨石全部消耗完毕时工件的磨削量程。

根据工件磨削量和磨石消耗量得出工件磨削率，其中，工件磨削率＝工件磨削量/磨石消耗量；

该指标评价磨石的磨削性能，表征单位磨石消耗量下，磨石的切削量，对该值做下限管理，指标过低，则无法保证磨石的磨削质量。

根据工件磨削量和磨石消耗量得出磨石磨削率，其中，磨石磨削率＝磨石消耗量/工件磨削量；

该指标评价磨石的磨削性能。表征单位工件磨削量下，磨石的消耗量。对该值做上限管理，磨石磨削率规定了上限值，可保证磨石在打磨工件的同时不至于快速消耗掉，从而保证了使用寿命。

根据磨石消耗量和工件磨削里程得出磨石消耗率，其中，磨石消耗率＝磨石消耗量/工件磨削里程。

该指标亦可用于评价磨石的消耗速率，单位磨削里程下磨石的消耗量，通过磨石消耗量和工件磨削里程数据的连续采集，连续的磨石消耗率，对磨石内部质量是否稳定可做评价。

如此设置，提出了被动式快速打磨磨石的评价体系，相较传统打磨砂轮的验收标准，发明了磨石寿命、工件磨削率、磨石消耗率三个新的磨石评价验收指标，通过本试验台和试验评价方法，可用来对磨石性能的验收。

需要说明的是，本文所表述的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本文的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。本申请提供的多个方案包含本身的基本方案，相互独立，并不互相制约，但是其也可以在不冲突的情况下相互结合，达到多个效果共同实现。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，但可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。