CN105598513A - 钢轨铣削作业的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种钢轨铣削作业的控制方法涉及一种用于修复钢轨的方法。其目的是为了提供一种铣削精度、铣削效率高，污染小且能耗低的钢轨铣削作业的控制方法。本发明如下步骤：S1：采集钢轨轮廓参数；S2：对刀；S3：辅助定位装置初始化；S4：铣削作业；启动主轴电机和车体；在车体带动下，钢轨铣削作业***沿钢轨方向以恒定速度移动；其间，控制右接触件、左接触件始终与钢轨上表面接触，控制侧接触件始终与钢轨侧表面接触，Z向传感器实时测量刀盘在Z向上的高度，Y向传感器实时测量侧接触件指端与刀盘在Y向上的距离，从而对路况进行实时判断；进而铣削执行单元根据路况对刀盘不断作出调整，以实现对钢轨的铣削修复。

Description

钢轨铣削作业的控制方法

技术领域

本发明涉及一种钢轨修复方法，特别是涉及一种通过铣削方式进行钢轨修复的方法。

背景技术

针对轨道交通领域钢轨维护问题，现有技术为打磨式轨道维护，原理是以多个砂轮平面包络拟合钢轨截面形状，工作时列车行进，各砂轮在液压缸作用下以衡压力贴合于钢轨面，从而实现对钢轨表面的磨削加工。

钢轨打磨缺点是精度差、效率低、污染重、能耗大、成本高等。其一，打磨加工是多个砂轮平面包络拟合钢轨截面，加工精度较差。其二，打磨加工磨削量约0.1至0.3毫米，作业效率较低。其三，打磨加工会造成较大烟尘，对环境污染较大。其四，打磨加工依靠摩擦力工作，加工需要消耗能量较多。另外，打磨车整车长达110多米，造价较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种铣削精度、铣削效率高，污染小且能耗低的钢轨铣削作业的控制方法。

本发明一种钢轨铣削作业的控制方法，其中使用的钢轨铣削作业***包括：车体、铣削执行单元和辅助定位单元；

——所述铣削执行单元包括：十字滑台、刀盘框架、刀盘、Y向电机、Z向电机和主轴电机；

所述十字滑台的固定端固定设置于所述车体上，活动端与所述刀盘框架固定连接；所述刀盘轴向固定于所述刀盘框架上；所述主轴电机的输出端与所述刀盘相连，以驱动刀盘的旋转；所述十字滑台可在Y、Z两个方向上运动，其中在Y方向上的运动由Y向电机控制，在Z方向上的运动由Z向电机控制；

——所述辅助定位单元包括：激光轮廓扫描仪、右接触件、左接触件、铰接件、左连杆、右连杆、Z向调节气缸、Z向调节丝杠、Z向传感器、Y向传感器和侧接触件；

所述激光轮廓扫描仪、Z向传感器分别固定设置于所述刀盘框架上，其中激光轮廓扫描仪设置于刀盘右侧，Z向传感器落在刀盘的Z向直径上；所述左连杆的左端与所述左接触件固定连接，右端与所述铰接件铰接；所述右连杆的右端与所述右接触件固定连接，左端与所述铰接件铰接；所述Z向调节气缸的固定端固定设置于所述刀盘框架上，活动端与所述铰接件固定连接；此时所述铰接件位于所述Z向传感器的正下方，所述右接触件位于所述刀盘的右侧，所述左接触件位于所述刀盘的左侧；所述Z向调节丝杠的固定端固定设置于所述刀盘框架上，活动端与所述右接触件铰接；所述侧接触件与所述右接触件为弹性连接，且侧接触件指端位于所述右接触件的下方；所述Y向传感器设置于所述侧接触件的指端；

——控制方法包括如下步骤：

S1：采集钢轨轮廓参数；激光轮廓扫描仪对钢轨进行扫描，以获取钢轨轮廓参数；

S2：对刀；Y向电机和Z向电机驱动十字滑台滑动，进而带动刀盘运动，以使刀盘作业面与钢轨恰好接触；

S3：辅助定位装置初始化；通过对Z向调节气缸和Z向调节丝杠的调整，使右接触件、左接触件分别与钢轨上表面恰好接触，侧接触件与钢轨的侧表面恰好接触；

S4：铣削作业；启动主轴电机和车体；在车体带动下，钢轨铣削作业***沿钢轨方向以恒定速度移动；其间，控制右接触件、左接触件始终与钢轨上表面接触，控制侧接触件始终与钢轨侧表面接触，Z向传感器实时测量刀盘在Z向上的高度，Y向传感器实时测量侧接触件指端与刀盘在Y向上的距离，从而对路况进行实时判断；进而铣削执行单元根据路况对刀盘不断作出调整，以实现对钢轨的铣削修复。

本发明一种钢轨铣削作业的控制方法，其中刀盘在Z方向上的调整规则为：

S41：当时，可以断定轨面的波动不影响铣削质量，所以不作出电控动作；

S42：当时，刀盘的工作会对轨面造成不利的影响；此时需要作出电控动作，具体地：

如果表示即将切削的轨面出现上升的情况，则刀盘在延迟T秒后需提升高度

如果表示即将切削的轨面出现下降的情况，则刀盘在延迟T秒后需下降高度：

其中，ΔH＝H-H₀，H代表Z向传感器的返回值，H₀代表Z向传感器的预设值；T＝t-t_L，ε为取自范围的一个点值，v为车体速度，t_L为设备的响应时间，L_右代表右接触件与Z向传感器在X方向上的距离，L_左代表左接触件与Z向传感器在X方向上的距离。

本发明一种钢轨铣削作业的控制方法，其中刀盘在Y方向上的调整规则为：

通过Y向电机控制十字滑台在Y方向上的运行，以保持刀盘距侧接触件末端在Y方向上的距离恒定。

本发明一种钢轨铣削作业的控制方法，其中钢轨铣削作业***还包括液压缸，所述液压缸的固定端与所述车体固定连接，活动端与所述刀盘框架相连；在S4：铣削作业步骤中，液压缸始终给刀盘框架恒定向下的压强，以使刀盘在恒定压力下对钢轨实施铣削。

本发明一种钢轨铣削作业的控制方法，其中钢轨铣削作业***还包括数控驱动单元和人机交互单元；其中：

数控驱动单元，用于接收激光轮廓扫描仪、Y向传感器及Z向传感器采集到的数据，并根据接收到的数据对Y向电机、Z向电机及主轴电机发送运转指令；

人机交互单元，为人工介入数控驱动单元提供通道，并用于存储数控驱动单元接收到的数据。

本发明一种钢轨铣削作业的控制方法，其中所述数控驱动单元包括：

——外部通讯模块，用于接收激光轮廓扫描仪、Y向传感器及Z向传感器采集到的数据，并将数据发送给铣削控制模块；

——铣削控制模块，对接受到的数据进行分析，并控制Y向电机、Z向电机及主轴电机的运转；

——内部通信模块，用于实现数控驱动单元与人机交互单元的通信。

本发明一种钢轨铣削作业的控制方法，其中所述人机交互单元包括：

——人机交互模块，为人工介入数控驱动单元提供通道；

——数据存储模块，用于存储数控驱动单元接受的数据和发送的指令。

本发明一种钢轨铣削作业的控制方法，其中所述人机交互单元外接两个输入模块：

——面板输入模块，为人工介入数控驱动单元提供面板输入通道；

——键盘输入模块，为人工介入数控驱动单元提供键盘输入通道。

本发明一种钢轨铣削作业的控制方法与现有技术不同之处在于：对用于实施铣削修复的钢轨铣削作业***进行了设计，通过右接触件、左接触件及Z向传感器来确定刀盘在Z方向上的切削定位，以对钢轨上表面实时修复性切割；通过侧接触件及Y向传感器来确定刀盘在Y方向上的切削定位，以对钢轨侧表面实施修复性切割。本发明对钢轨的上表面及侧表面分别进行精准的修复性铣削，提高了对钢轨的铣削精度。本发明相较于现有的打磨修复手段而言，降低了金属粉末的产生，从而降低了粉尘效应，有效保护了环境。本发明对钢轨的上表面和侧表面进行同步修复，相较于现有对钢轨上表面和侧表面分别修复的技术而言，成倍提高了修复效率。

下面结合附图对本发明一种钢轨铣削作业的控制方法作进一步说明。

附图说明

图1为本发明所使用的钢轨铣削作业***的结构示意图；

图2为图1中P处的局部放大图；

图3为本发明一种钢轨铣削作业的控制方法基于硬件连接的拓扑结构。

具体实施方式

为了更清楚地对本发明作出说明，作出如下定义：沿钢轨长度方向定义为X向，垂直于钢轨侧表面方向定义为Y向，垂直于钢轨上表面方向定义为Z向。

为了本发明的实施，设计了一款如图1-2所示的钢轨铣削作业***；具体地，钢轨铣削作业***包括：车体b、铣削执行单元和辅助定位单元。

所述铣削执行单元包括：十字滑台c1、刀盘框架c2、刀盘c3、Y向电机(图中未示出)、Z向电机c4和主轴电机(图中未示出)；

十字滑台c1的固定端固定设置于车体b上，活动端与刀盘框架c2固定连接；刀盘c3轴向固定于刀盘框架c2上；所述主轴电机的输出端与刀盘c3相连，以驱动刀盘c3的旋转；十字滑台c1可在Y、Z两个方向上运动，其中在Y方向上的运动由Y向电机控制，在Z方向上的运动由Z向电机c4控制；

所述辅助定位单元包括：激光轮廓扫描仪(图中未示出)、右接触件d5、左接触件d4、铰接件d3、左连杆d1、右连杆d2、Z向调节气缸d6、Z向调节丝杠d8、Z向传感器d7、Y向传感器和侧接触件d9；

所述激光轮廓扫描仪、Z向传感器d7分别固定设置于刀盘框架c2上，其中激光轮廓扫描仪设置于刀盘c3右侧，Z向传感器d7落在刀盘c3的Z向直径上。左连杆d1的左端与左接触件d4固定连接，右端与铰接件d3铰接；右连杆d2的右端与右接触件d5固定连接，左端与铰接件d3铰接；Z向调节气缸d6的固定端固定设置于刀盘框架c2上，活动端与铰接件d3固定连接；此时铰接件d3位于Z向传感器d7的正下方，右接触件d5位于刀盘c3的右侧，左接触件d4位于刀盘c3的左侧；Z向调节丝杠d8的固定端固定设置于刀盘框架c2上，活动端与右接触件d5铰接；侧接触件d9与右接触件d5为弹性连接，且侧接触件d9的指端位于右接触件d5的下方；所述Y向传感器设置于侧接触件d9的指端，用于测量侧接触件d9的指端距刀盘c3在Y向上的距离。

进一步地，为了提升自动化作业进程，改善人机交互效果，如图2所示，本发明所使用的钢轨铣削作业***还包括：数控驱动单元(NCU)和人机交互单元(PCU)，其中：数控驱动单元，用于接收激光轮廓扫描仪、Y向传感器及Z向传感器采集到的数据，并根据接收到的数据对Y向电机、Z向电机及主轴电机发送运转指令；人机交互单元，为人工介入数控驱动单元提供通道，并用于存储数控驱动单元接收到的数据。更具体地来讲：

1.所述数控驱动单元包括：

——外部通讯模块，用于接收激光轮廓扫描仪、Y向传感器及Z向传感器采集到的数据，并将数据发送给铣削控制模块；

——铣削控制模块，对接受到的数据进行分析，并控制Y向电机、Z向电机及主轴电机的运转；

——内部通信模块，用于实现数控驱动单元与人机交互单元的通信。

2.所述人机交互单元包括：

——人机交互模块，为人工介入数控驱动单元提供通道；

——数据存储模块，用于存储数控驱动单元接受的数据和发送的指令。

另外人机交互单元还外接两个输入模块：

——面板输入模块，为人工介入数控驱动单元提供面板输入通道；

——键盘输入模块，为人工介入数控驱动单元提供键盘输入通道。

本发明一种钢轨铣削作业的控制方法，包括如下步骤：

S1：采集钢轨轮廓参数；激光轮廓扫描仪对钢轨进行扫描，以获取钢轨轮廓参数；

S2：对刀；Y向电机和Z向电机驱动十字滑台滑动，进而带动刀盘运动，以使刀盘作业面与钢轨恰好接触；

S3：辅助定位装置初始化；通过对Z向调节气缸和Z向调节丝杠的调整，使右接触件、左接触件分别与钢轨上表面恰好接触，侧接触件与钢轨的侧表面恰好接触；

S4：铣削作业；启动主轴电机和车体；在车体带动下，钢轨铣削作业***沿钢轨方向以恒定速度移动；其间，控制右接触件、左接触件始终与钢轨上表面接触，控制侧接触件始终与钢轨侧表面接触，Z向传感器实时测量刀盘在Z向上的高度，Y向传感器实时测量侧接触件指端与刀盘在Y向上的距离，从而对路况进行实时判断；进而铣削执行单元根据路况不断对刀盘在Z向和/或Y向上作出调整，以实现对钢轨的铣削修复。更具体地来讲，刀盘在Z向上的调整和在Y向上的调整规则如下：

(一)刀盘在Z向上的调整规则为：

S41：当时，可以断定轨面的波动不影响铣削质量，所以不作出电控动作；

S42：当时，刀盘的工作会对轨面造成不利的影响；此时需要作出电控动作，具体地：

如果表示即将切削的轨面出现上升的情况，则刀盘在延迟T秒后需提升高度

如果表示即将切削的轨面出现下降的情况，则刀盘在延迟T秒后需下降高度：

其中，ΔH＝H-H₀，H代表Z向传感器的返回值，H₀代表Z向传感器的预设值；T＝t-t_L，ε为取自范围的一个点值，v为车体速度，t_L为设备的响应时间，L_右代表右接触件与Z向传感器在X方向上的距离，L_左代表左接触件与Z向传感器在X方向上的距离。随着ε取值的逐渐变小，刀盘对钢轨的铣削精度越高；当时，刀盘切削精度最低，但此参数下的铣削精度也足以满足对钢轨的修复需求。

(二)刀盘在Y方向上的调整规则为：

通过Y向电机控制十字滑台在Y方向上的运行，以保持刀盘距侧接触件末端在Y方向上的距离恒定。

在使用上述方法对钢轨进行铣削时发现，受铣削力的影响，刀盘c3并不能稳定地对钢轨a实施铣削。为了解决该问题，于钢轨铣削作业***增加了液压缸d10，其中所述液压缸d10的固定端与所述车体b固定连接，活动端与所述刀盘框架c2相连；在S4：铣削作业步骤中，液压缸d10始终给刀盘框架c2恒定向下的力，以使刀盘c3在恒定压力下对钢轨a实施铣削，从而提高了铣削的稳定性。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种钢轨铣削作业的控制方法，其特征在于：钢轨铣削作业***包括：车体、铣削执行单元和辅助定位单元；

——所述铣削执行单元包括：十字滑台、刀盘框架、刀盘、Y向电机、Z向电机和主轴电机；

所述十字滑台的固定端固定设置于所述车体上，活动端与所述刀盘框架固定连接；所述刀盘轴向固定于所述刀盘框架上；所述主轴电机的输出端与所述刀盘相连，以驱动刀盘的旋转；所述十字滑台可在Y、Z两个方向上运动，其中在Y方向上的运动由Y向电机控制，在Z方向上的运动由Z向电机控制；

——所述辅助定位单元包括：激光轮廓扫描仪、右接触件、左接触件、铰接件、左连杆、右连杆、Z向调节气缸、Z向调节丝杠、Z向传感器、Y向传感器和侧接触件；

所述激光轮廓扫描仪、Z向传感器分别固定设置于所述刀盘框架上，其中激光轮廓扫描仪设置于刀盘右侧，Z向传感器落在刀盘的Z向直径上；所述左连杆的左端与所述左接触件固定连接，右端与所述铰接件铰接；所述右连杆的右端与所述右接触件固定连接，左端与所述铰接件铰接；所述Z向调节气缸的固定端固定设置于所述刀盘框架上，活动端与所述铰接件固定连接；此时所述铰接件位于所述Z向传感器的正下方，所述右接触件位于所述刀盘的右侧，所述左接触件位于所述刀盘的左侧；所述Z向调节丝杠的固定端固定设置于所述刀盘框架上，活动端与所述右接触件铰接；所述侧接触件与所述右接触件为弹性连接，且侧接触件指端位于所述右接触件的下方；所述Y向传感器设置于所述侧接触件的指端；

——控制方法包括如下步骤：

S1：采集钢轨轮廓参数；激光轮廓扫描仪对钢轨进行扫描，以获取钢轨轮廓参数；

S2：对刀；Y向电机和Z向电机驱动十字滑台滑动，进而带动刀盘运动，以使刀盘作业面与钢轨恰好接触；

S3：辅助定位装置初始化；通过对Z向调节气缸和Z向调节丝杠的调整，使右接触件、左接触件分别与钢轨上表面恰好接触，侧接触件与钢轨的侧表面恰好接触；

S4：铣削作业；启动主轴电机和车体；在车体带动下，钢轨铣削作业***沿钢轨方向以恒定速度移动；其间，控制右接触件、左接触件始终与钢轨上表面接触，控制侧接触件始终与钢轨侧表面接触，Z向传感器实时测量刀盘在Z向上的高度，Y向传感器实时测量侧接触件指端与刀盘在Y向上的距离，从而对路况进行实时判断；进而铣削执行单元根据路况对刀盘不断作出调整，以实现对钢轨的铣削修复。

2.根据权利要求1所述的一种钢轨铣削作业的控制方法，其特征在于：刀盘在Z方向上的调整规则为：

S41：当时，不作出电控动作；

S42：当时，需要作出电控动作，具体地：

如果刀盘在延迟T秒后需提升高度

如果刀盘在延迟T秒后需下降高度

其中，ΔH＝H-H₀，H代表Z向传感器的返回值，H₀代表Z向传感器的预设值；T＝t-t_L，ε取自范围的一个点值，v为车体速度，t_L为设备的响应时间，L_右代表右接触件与Z向传感器在X方向上的距离，L_左代表左接触件与Z向传感器在X方向上的距离。

3.根据权利要求1所述的一种钢轨铣削作业的控制方法，其特征在于：刀盘在Y方向上的调整规则为：

通过Y向电机控制十字滑台在Y方向上的运行，以保持刀盘距侧接触件末端在Y方向上的距离恒定。

4.根据权利要求1所述的一种钢轨铣削作业的控制方法，其特征在于：钢轨铣削作业***还包括液压缸，所述液压缸的固定端与所述车体固定连接，活动端与所述刀盘框架相连；在S4：铣削作业步骤中，液压缸始终给刀盘框架恒定向下的压强，以使刀盘在恒定压力下对钢轨实施铣削。

5.根据权利要求1所述的一种钢轨铣削作业的控制方法，其特征在于：钢轨铣削作业***还包括数控驱动单元和人机交互单元；其中：

数控驱动单元，用于接收激光轮廓扫描仪、Y向传感器及Z向传感器采集到的数据，并根据接收到的数据对Y向电机、Z向电机及主轴电机发送运转指令；

人机交互单元，为人工介入数控驱动单元提供通道，并用于存储数控驱动单元接收到的数据。

6.根据权利要求5所述的一种钢轨铣削作业的控制方法，其特征在于：所述数控驱动单元包括：

——外部通讯模块，用于接收激光轮廓扫描仪、Y向电机及Z向传感器采集到的数据，并将数据发送给铣削控制模块；

——铣削控制模块，对接受到的数据进行分析，并控制Y向电机、Z向电机及主轴电机的运转；

——内部通信模块，用于实现数控驱动单元与人机交互单元的通信。

7.根据权利要求5所述的一种钢轨铣削作业的控制方法，其特征在于：所述人机交互单元包括：

——人机交互模块，为人工介入数控驱动单元提供通道；

——数据存储模块，用于存储数控驱动单元接受的数据和发送的指令。

8.根据权利要求7所述的一种钢轨铣削作业的控制方法，其特征在于：所述人机交互单元外接两个输入模块：

——面板输入模块，为人工介入数控驱动单元提供面板输入通道；

——键盘输入模块，为人工介入数控驱动单元提供键盘输入通道。