一种水射流钢轨打磨车自适应废料回收系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种水射流钢轨打磨车自适应废料回收系统及方法，该系统包括设于打磨车上的水射流打磨机构、与水射流打磨机构相对设置的废料回收机构、同时设于水射流打磨机构和废料回收机构上的同轴对应控制单元以及设于废料回收机构上的缓冲单元；通过水射流打磨机构对钢轨进行水射流打磨修复；通过废料回收机构接收水射流打磨机构打磨钢轨后的打磨废料并进行过滤、水渣分离存储利用；通过同轴对应控制单元实现水射流打磨机构和废料回收装置的自适应角度匹配，进而实现水射流打磨钢轨的打磨废料的自适应回收；本发明专利技术的水射流打磨机构及废料回收机构可多角度协同工作，被加工件无需改变位姿。无需改变位姿。无需改变位姿。

【技术实现步骤摘要】
一种水射流钢轨打磨车自适应废料回收系统及方法


[0001]本专利技术属于水射流钢轨打磨
，更具体地，涉及一种水射流钢轨打磨车自适应废料回收系统及方法。

技术介绍

[0002]水射流加工技术是把具有较高压力的水通过直径较小的喷嘴形成射流，来进行切割、破碎和清洗物料的技术，而磨料水射流加工技术它是在水射流加工技术的基础上将磨料加入水射流的加工技术，相比于单纯的水射流加工切割能力更强，效率更高是近年来发展较快的一门高新技术。磨料水射流根据混合方式不同，可分为后混合磨料水射流和前混合磨料水射流，前混合式磨料水射流是在高压水射流形成前，将磨粒先和水在高压输水管路中均匀混合，然后通过水喷嘴进一步混合和加速，形成磨料水射流。
[0003]但是前混合磨料水射流存在的一些固有的问题，主要是磨料罐制约了目前的应用。磨料罐由于工作高压的问题，难以实现连续供料。目前对于该技术问题的两种成熟主流的处理方案分别是：一是放弃连续供料，采用停机添加新磨料的方式；二是采用两个磨料罐交替使用的方式解决连续供料的难题。在磨料罐无法实现连续供料的情况下，一般只能使用尽可能大体积的磨料罐。但是，磨料罐容积越大，在耐压要求不变的情况下制造难度必然更高，同时安全性还会受到影响。目前的解决办法主要是把使用一段时间后的磨料整体更换，运营成本较高。磨料的生产与废弃磨料的处理会导致环境破坏与工业粉尘，与当前日益提高的环保要求相悖。然而大量研究表明，磨料在加工完成之后还保持相当的工作性能，可以进行回收再利用。目前回收再利用有两套方案，一是过筛处理后再利用，一是直接回收再利用。但是这两种情况，程序复杂成本较高。
[0004]另外，现有专利CN110370172A提出了一种前混合磨料水射流的磨料回收循环系统及其使用方法，包括包括水槽、溢流装置、振动筛、渣浆泵和水罐；水罐的顶部有第一加砂口，内部有搅拌装置，底部依次通过压缩供料系统和高压单向阀与高压磨料储存罐相连接；磨料储存罐顶部设置第二加砂口，磨料储存罐底部分别与高压水泵和喷嘴通过水幕发射器相连。好处是：实现了单一磨料储存罐条件下磨料的循环利用和持续供料，工作性能稳定、可控，可以使用更高的工作压力。但喷嘴与回收水槽位置固定，需要挪动工件来适应工作位置，且收集的废料无法判别再利用价值。同时运行时间也受压力容器的磨料装载量限制，通常情况下有效连续工作时间不足1小时。
[0005]因此，急需一种无需改变被加工件位姿，在收集打磨废料的同时废料不发生反弹且不会损坏收集装置的水射流打磨轨道车的废料收集装置。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种水射流钢轨打磨车自适应废料回收系统及方法，通过在打磨车上设水射流打磨机构，与水射流打磨机构相对设置废料回收机构，在废料回收机构上设缓冲单元，在水射流打磨机构和废料回收机构上同时设
同轴对应控制单元；通过水射流打磨机构对钢轨进行水射流打磨修复；通过废料回收机构接收水射流打磨机构打磨钢轨后的打磨废料并进行过滤、水渣分离存储利用；通过设置缓冲单元缓冲打磨废料冲击动能，在保证打磨废料被收集的同时避免废料回收机构被打穿或反弹；通过同轴对应控制单元实现水射流打磨机构和废料回收装置的自适应角度匹配，进而实现单组或多组打磨水刀打磨钢轨的打磨废料的自适应回收；本专利技术的水射流打磨机构及废料回收机构可多角度协同工作，被加工件无需改变位姿。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术的一个方面提供一种水射流钢轨打磨车自适应废料回收系统，包括设于打磨车上的水射流打磨机构、与所述水射流打磨机构相对设置的废料回收机构、同时设于所述水射流打磨机构和所述废料回收机构上的同轴对应控制单元以及设于所述废料回收机构上的缓冲单元；其中，
[0008]所述水射流打磨机构包括水射流喷射器、与所述水射流喷射器相连的打磨水刀以及与所述水射流喷射器相连的打磨机构旋转机械臂；所述废料回收机构包括设于所述打磨车上的过滤器、真空泵、水渣分离器、与所述真空泵相连的废料回收装置以及与所述废料回收装置相连的回收单元旋转机械臂；所述同轴对应控制单元包括设于打磨车车架底部的旋转轴、设于所述打磨机构旋转机械臂上的多个第一旋转关节、设于所述回收单元旋转机械臂上的多个第二旋转关节、设于每个所述第一旋转关节内的第一伺服电机、设于每个所述第二旋转关节内的第二伺服电机、设于每个所述第一伺服电机和每个所述第二伺服电机上的编码器以及设于所述打磨车上的用于控制所述水射流打磨机构和所述废料回收装置的自适应角度匹配的控制器；通过所述水射流打磨机构对钢轨进行水射流打磨修复；通过所述废料回收机构接收所述水射流打磨机构打磨钢轨后的打磨废料并进行过滤、水渣分离存储利用；通过所述同轴对应控制单元实现所述水射流打磨机构和所述废料回收装置的自适应角度匹配，进而实现水射流打磨钢轨的打磨废料的自适应回收。
[0009]进一步地，所述编码器用于实时记录每个伺服电机的位置、速度并反馈给控制器；所述控制器用于将每个伺服电机的位置、速度的计算并将动作指令发送至相应的伺服电机；通过伺服电机控制各自旋转关节转动进而控制水射流打磨机构的打磨角度与废料回收装置的接收角度的自适应匹配；所述控制器通过交叉耦合控制策略实现所述打磨机构旋转机械臂和所述回收单元旋转机械臂上彼此相应位置所述第一伺服电机和所述第二伺服电机之间位置信息的相互耦合，并利用模糊控制思想，根据所述打磨机构旋转机械臂和所述回收单元旋转机械臂上彼此相应位置所述第一伺服电机和所述第二伺服电机实时同步偏差与同步偏差变化率作为模糊控制器输入，输出位置环增益增量值以及电流环补偿器增益增量值，同时，将同步偏差作为输入，经过电流环补偿器增益后输至电流环，进而实现所述打磨机构旋转机械臂和所述回收单元旋转机械臂上彼此相应位置所述第一伺服电机和所述第二伺服电机的同步动作。
[0010]进一步地，所述打磨机构旋转机械臂和所述回收单元旋转机械臂分别通过所述第一旋转关节和所述第二旋转关节设于同一个所述旋转轴上；
[0011]所述打磨机构旋转机械臂和所述回收单元旋转机械臂结构相同且沿所述旋转轴两侧对称设置；所述打磨机构旋转机械臂和所述回收单元旋转机械臂上相同位置的第一旋转关节和第二旋转关节对称设置。
[0012]进一步地，所述打磨车上还设有动力控制组件、高压水处理组件以及磨料供应组
件；所述高压水处理组件包括设于所述打磨车尾端一侧的增压泵、与所述增压泵相连的水箱、以及设于所述水箱与所述水射流打磨机构之间的增压水管。
[0013]进一步地，所述废料回收装置包括设于所述真空泵输出端的真空吸管、设于所述真空吸管外围的回收装置固定部、设于所述回收装置固定部端部的废料收集口、上下相对对称设置于所述废料收集口上的多组高压水幕喷头以及设于每个所述高压水幕喷头上的水幕发射器；
[0014]所述水幕发射器为高压水管，均匀设于所述回收装置固定部的内部；所述水幕发射器与所述增压泵相连；高压水与磨料在水射流喷射器内混合后经打磨水刀喷出形成水射流对钢轨进行修复打磨并形成扇形冲击区，并持续向前冲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水射流钢轨打磨车自适应废料回收系统，其特征在于：包括设于打磨车(1)上的水射流打磨机构(2)、与所述水射流打磨机构(2)相对设置的废料回收机构(3)、设于所述废料回收机构(3)上的缓冲单元(5)以及同时设于所述水射流打磨机构(2)和所述废料回收机构(3)上的同轴对应控制单元(4)；其中，所述水射流打磨机构(2)包括水射流喷射器(21)、与所述水射流喷射器(21)相连的打磨水刀(22)和打磨机构旋转机械臂(23)；所述废料回收机构(3)包括设于所述打磨车(1)上的过滤器(31)、真空泵(32)、水渣分离器(33)、与所述真空泵(32)相连的废料回收装置(34)以及与所述废料回收装置(34)相连的回收单元旋转机械臂(35)；所述同轴对应控制单元(4)包括设于打磨车车架底部的旋转轴(41)、分别位置对称设于所述打磨机构旋转机械臂(23)和所述回收单元旋转机械臂(35)上的多个旋转关节、设于各个旋转关节内的伺服电机、设于各个伺服电机上的编码器以及设于所述打磨车(1)上的用于控制所述水射流打磨机构(2)和所述废料回收装置(34)的自适应角度匹配的控制器；通过所述水射流打磨机构(2)对钢轨(6)进行水射流打磨修复；通过所述废料回收机构(3)接收所述水射流打磨机构(2)打磨钢轨后的打磨废料并进行过滤、水渣分离存储利用；通过所述同轴对应控制单元(4)实现所述水射流打磨机构(2)和所述废料回收装置(34)的自适应角度匹配，进而实现水射流打磨钢轨的打磨废料的自适应回收。2.根据权利要求1所述的一种水射流钢轨打磨车自适应废料回收系统，其特征在于：所述编码器用于实时记录每个伺服电机的位置、速度并反馈给控制器；所述控制器用于将每个伺服电机的位置、速度的计算并将动作指令发送至相应的伺服电机；通过伺服电机控制各自旋转关节转动进而控制水射流打磨机构(2)的打磨角度与废料回收装置(34)的接收角度的自适应匹配；所述控制器通过交叉耦合控制策略实现所述打磨机构旋转机械臂(23)和所述回收单元旋转机械臂(35)上彼此相应位置伺服电机之间位置信息的相互耦合，并利用模糊控制思想，根据所述打磨机构旋转机械臂(23)和所述回收单元旋转机械臂(35)上彼此相应位置伺服电机实时同步偏差与同步偏差变化率作为模糊控制器输入，输出位置环增益增量值以及电流环补偿器增益增量值，同时，将同步偏差作为输入，经过电流环补偿器增益后输至电流环，进而实现所述打磨机构旋转机械臂(23)和所述回收单元旋转机械臂(35)上彼此相应位置伺服电机的同步动作。3.根据权利要求2所述的一种水射流钢轨打磨车自适应废料回收系统，其特征在于：所述打磨机构旋转机械臂(23)和所述回收单元旋转机械臂(35)分别通过第一旋转关节(42)和第二旋转关节(43)设于同一个所述旋转轴(41)上；所述打磨机构旋转机械臂(23)和所述回收单元旋转机械臂(35)结构相同且沿所述旋转轴(41)两侧对称设置；所述打磨机构旋转机械臂(23)和所述回收单元旋转机械臂(35)上相同位置的第一旋转关节(42)和第二旋转关节(43)对称设置。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的一种水射流钢轨打磨车自适应废料回收系统，其特征在于：所述打磨车(1)上还设有动力控制组件(11)、高压水处理组件(12)以及磨料供应组件(13)；所述高压水处理组件(12)包括设于所述打磨车(1)尾端一侧的增压泵(121)、与所述增压泵(121)相连的水箱(122)、以及设于所述水箱(122)与所述水射流打磨机构(2)之间的增压水管(123)。5.根据权利要求4所述的一种水射流钢轨打磨车自适应废料回收系统，其特征在于：所
述废料回收装置(34)包括设于所述真空泵(32)输出端的真空吸管(341)、设于所述真空吸管(341)外围的回收装置固定部(342)、设于所述回收装置固定部(342)端部的废料收集口(343)、上下相对对称设置于所述废料...

【专利技术属性】
技术研发人员：王剑涛，张琨，张浩，光振雄，邵向荣，董云松，巫世晶，殷勤，邱绍峰，周明翔，李加祺，龙新平，刘辉，张俊岭，彭方进，李成洋，陈潇，李登，黄云磊，
申请(专利权)人：武汉大学浙江清华长三角研究院，
类型：发明
国别省市：