一种钢轨铣削作业控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及铁路养路工程机械电气系统控制领域，尤其是涉及一种应用于钢轨铣磨车的钢轨铣削作业控制系统。
【背景技术】
[0002]钢轨铣磨车是一种适用于钢轨预防性及整治性维护作业的铁路养护机械，通过对钢轨的铣磨作业可以实现以下目标:提高钢轨纵向平顺性和横断面轮廓质量(减少钢轨磨耗，改善轮轨接触几何状态，减少轮轨相对磨耗)；提高钢轨使用寿命；降低钢轨维修成本和再利用成本；降低运行噪音提高路网运行安全和运营效率。钢轨铣磨车是一种移动式铣削和磨削机械，机械本身在自走行过程中通过丝杠、伺服电机、驱动电机等控制单元驱动仿形铣盘、仿形磨盘对线路上固定的钢轨进行铣削和磨削加工。
[0003]我国铁路经过多次大提速，列车运行速度已大幅提高，这对钢轨的平顺度等指标提出了苛刻要求。为满足此要求，需定期对钢轨表面进行修复作业，以消除钢轨的侧磨、波磨、碾压层、裂缝、剥离等缺陷，恢复轨头工作部分的设计形状，提高钢轨使用寿命，降低运行噪音，提高列车的运行安全性。传统的大型钢轨整修设备以钢轨打磨列车为主，该车通过以打磨电机和砂轮组成的磨削作业系统进行钢轨整修，存在作业控制不精确，作业精度低，无集尘装置，环境污染严重，只能在干线铁路使用等缺点。用户需求功能更强、效率更高、更环保的解决方案。钢轨铣磨车是在此背景下产生的一种新型钢轨在线整修设备，创新地使用了铣作业与磨作业结合的修复方式，能在运行中对钢轨进行动态铣磨，具有作业控制精确，作业效率高，环境污染较小等优点。
[0004]国际上生产制造钢轨铣磨车厂家仅有奥地利的Linsinger公司及MFL公司两家，其整车设计、制造技术对中国进行封锁，只限制出口整车产品到中国市场。整机进口国外钢轨铣磨车的价格昂贵，且无自主知识产权，无法与我国铁路发展趋势相适应，更无法实现钢轨的预防性及整治性维护作业。目前国内尚无相关钢轨铣磨车电气控制系统研发或生产厂商。钢轨铣磨车整车受控对象多、控制精度要求高，内部包含多个子系统，且各子系统之间功能及应用条件不同，因此需采用不同的受控设备及控制方法。国内对钢轨铣磨作业控制技术还处于研宄阶段，没有定型的控制方案，目前应用较多的是采用恒功率铣磨作业方案来实现铣削、磨削作业。恒功率控制方案是指铣削或磨削作业过程中将铣削或磨削进给量作为输入，将铣削或磨削作业的主轴电机的输出电流作为反馈信号进行调节输入，当线路有凸起时主电机输出电流增大，需要减小进给量，当线路有凹陷时主电机输出电流减小，需要增大进给量，从而实现铣磨装置的相对钢轨的跟随控制。
[0005]恒功率铣磨作业方案从理论上讲可以实现钢轨铣、磨作业时铣、磨装置对钢轨的随动控制，消除短波误差，并保持原有长波轨扩形状，起到钢轨防御性维护的目的。但是恒功率控制有其根本性弊端，一是给定理论切削量后，实际切削量难以检测，造成对应理论切削量下对应的准确功率难以确定；二是在确定理论切削量下对应的准确功率后对采用电流反馈控制理论对控制系统的实时性要求过高，从而在钢轨具有凸起、凹陷时系统响应时间与作业效率形成矛盾，即作业走行慢时系统调节时间充分，实际恒定铣削、磨削功率精度高、误差小，即作业走行快时系统调节时间短，实际恒定铣削、磨削功率精度低、误差大，从而造成波浪铣削、磨削现状，无法满足作业后线路平顺性的要求。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钢轨铣削作业控制系统，解决现有恒功率铣磨作业控制系统难以检测实际切削量，给定理论切削量下功率难以恒定，系统调节响应慢，铣磨作业精度低、误差大，无法满足作业后线路平顺性要求的技术问题。
[0007]为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种钢轨铣削作业控制系统的技术实现方案，钢轨铣削作业控制系统，包括:
[0008]铣盘，通过铣盘框架设置在钢轨铣削作业车的中下部，能在Z轴电机的带动下实现垂向定位，并在Y轴电机的带动下实现侧向定位，在主轴电机的带动下实现旋转，从而在作业行走时实现钢轨铣削作业；
[0009]Z向升降油缸，固定端设置在所述钢轨铣削作业车下方的Y向导轨底部，所述Z向升降油缸的活动端与所述铣盘框架连接，所述Z向升降油缸能与所述铣盘在沿垂向上下运动；
[0010]定位靴，设置在所述Z向升降油缸的固定端的后下方，用于实现所述铣盘的垂向定位;
[0011]弦线传感器，一端设置在所述铣盘框架的上部，另一端与所述Z向升降油缸的固定端相连，用于测量所述Z向升降油缸的位移；
[0012]角度传感器，设置在所述铣盘的下部，能与所述的铣盘同步运动；
[0013]侧向定位传感器，通过所述固定装置与所述铣盘相连，用于实现所述铣盘的侧向定位。
[0014]优选的，所述控制系统还包括用于测量所述钢轨轨廓和轨距的激光检测传感器，所述激光检测传感器设置在所述固定装置上。
[0015]优选的，所述控制系统还包括用于检测铣削作业前后所述钢轨高度差的前高度定位传感器和后高度定位传感器。所述前高度定位传感器和后高度定位传感器通过所述固定装置与所述铣盘的下部相连，并位于所述铣盘沿所述钢轨水平方向的两侧。
[0016]优选的，所述定位靴上还设置有前定位靴压力传感器和后定位靴压力传感器，所述前定位靴压力传感器和后定位靴压力传感器用于检测所述铣盘压在所述钢轨表面的压力。
[0017]优选的，所述控制系统还包括油缸控制模块和伺服机构一，由所述油缸控制模块控制所述伺服机构一驱动所述Z向升降油缸输出恒定的压力，所述前定位靴压力传感器和后定位靴压力传感器将所述定位靴的垂向位移转换为压力。所述油缸控制模块根据设定的压力值和铣削作业过程中所述Z向升降油缸输出的压力值进行PID调节。当所述钢轨上存在有凸起或凹陷时，所述Z向升降油缸的垂向位移变化引起所述前定位靴压力传感器和后定位靴压力传感器的位移变化，所述前定位靴压力传感器和后定位靴压力传感器检测压力值的变化，并通过所述油缸控制模块调节所述伺服机构一的输出，进而使所述Z向升降油缸输出恒定的压力。
[0018]优选的，所述控制系统还包括运动控制模块、单电机驱动模块和主轴电机，由所述运动控制模块控制所述单电机驱动模块驱动所述主轴电机维持恒定的转速，所述主轴电机带动所述铣盘对所述钢轨进行铣削作业。所述运动控制模块根据设定的转速值、进给速度值以及铣削作业过程中所述主轴电机反馈的转速值进行PID调节，所述主轴电机恒线速度运行。当设定的转速值、进给量增加时，所述主轴电机的输出功率下降，所述主轴电机的转速上升。当设定的转速值、进给量减小时，所述主轴电机的输出功率上升，所述主轴电机的转速下降。
[0019]优选的，所述控制系统还包括双电机驱动模块和伺服机构二，由所述运动控制模块控制所述双电机驱动模块驱动所述伺服机构二维持恒定的铣削量。所述油缸控制模块根据设定的进给量、钢轨的不平顺度，以及伺服机构二的铣削量反馈值进行PID调节。所述双电机驱动模块通过所述伺服机构二分别控制Z轴电机和Y轴电机。所述伺服机构二输出的垂向铣削量通过所述前高度定位传感器和后高度定位传感器进行反馈，所述伺服机构二输出的侧向铣削量通过所述侧向定位传感器进行反馈。
[0020]优选的，所述弦线传感器测量所述Z向升降油缸的伸长位移，确定所述铣盘的下降距离，并将测量结果反馈至铣削作业主控制器，再由所述铣削作业主控制器控制电液伺服阀，实现所述铣盘的垂向运动。当所述铣盘下降到所述钢轨轨面上方设定的高度时，在所述伺服机构一的带动下，钢轨铣削作业控制系统控制所述激光检测传感器对所述钢轨进行扫描。当所述激光检测传感器检测到所述钢轨的内侧时输出一个开关信号，当所述激光检测传感器检测到所述钢轨的外侧时输出一个开关信号，通过对所述伺服机构二的运动进行编码确定所述钢轨的轨廓和轨距。
[0021]优选的，当所述钢轨铣削作业控制系统完成所述钢轨的轨廓和轨距测量后，所述铣盘与所述Z向升降油缸同步下降，所述角度传感器打开并压在所述钢轨上，所述角度传感器在所述铣盘带动下同步下降，当所述弦线传感器检测到定位靴离所述钢轨的轨面达到设定距离时，所述Z向升降油缸停止下降。所述伺服机构二驱动所述铣盘在Y向向所述钢轨的内侧移动，在此过程中所述角度传感器一直压在所述钢轨的轨面上并滑过所述钢轨的整个R型钢轨表面。当所述角度传感器滑至所述钢轨的内侧刚好产生突变时，所述铣盘则停止Y向移动，所述角度传感器收回。
[0022]优选的，所述铣