一种捣固作业轨枕位置保护装置的制作方法

本发明涉及铁路工程机械技术领域，尤其是涉及一种应用于大型养路机械捣固作业的轨枕位置保护装置。

背景技术：

目前，铁道线路的养护作业由人工方式转变为大型工程机械方式，大型机械捣固作业需要人工踩镐，在到达捣固点前的某一距离，需要踩下捣固下降踏板，捣固头下降，从而完成一次捣固作业。大型养路机械在自动捣固作业过程中，需要对作业的铁道线路进行测量，需要计算捣搞下插位置，从当前位置到下一捣固下插位置的移动距离。但当系统发生故障，或发生意外时，捣固装置可能下插到意外的地方，如：若插到轨枕上方，则可能损坏轨枕或捣搞；若插到轨枕边缘，则可能会改变轨枕的位置关系，并改变轨枕的间距。同时，在人工捣固的情况下，可能因为工作人员操作失误或机器故障，导致作业过程发生意外。

在现有技术中，一种常用的捣固作业方法采用等距作业法，这种作业方法适用于每次作业移动的距离不变或变化很小的场合。而实际的情况是，每次作业移动的距离和期望移动的距离往往会存在误差，这个误差会被逐渐累积起来从而形成较大的作业误差，因此需要作业人员通过人工方式不断修正移动距离。显然，这种自动捣固作业方法存在某些情况下无法作业，而且需要作业人员随时干预，且不能离开工作岗位的技术缺馅。

此外，本申请人株洲时代电子技术有限公司于2018年02月01日申请，并于2018年05月29日公开，公开号为cn108086070a的中国发明申请公开了一种铁道线路轨枕位置测量装置。该铁道线路轨枕位置测量装置，包括：测量模块；与测量模块相连的测量轮，用于测量铁道线路的里程；与测量模块相连的磁铁感应开关，用于检测轨枕上的道钉；与测量模块相连的第一距离接近开关，用于检测轨枕上的道钉；与测量模块相连的第二距离接近开关，用于检测轨枕；当磁铁感应开关和第一距离接近开关检测到道钉，同时第二距离接近开关检测到轨枕，则测量模块判断检测到轨枕，将测量轮测量到的铁道线路里程标记为相应轨枕的公里标，并形成用于指导线路捣固车辆作业的铁道线路数据。该发明能够解决现有测量方式作业误差大、自动化程度低、作业状态不稳定、需要人工干预的技术问题。但是，该发明申请的技术方案主要涉及车辆捣固作业之前的线路轨枕测量定位和作业文件形成，而不涉及到车辆在捣固作业过程中的轨枕位置保护。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种捣固作业轨枕位置保护装置，以解决现有捣固作业装置存在作业累计误差，需要作业人员不断修正移动距离，甚至导致作业无法进行的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种捣固作业轨枕位置保护装置的技术实现方案，捣固作业轨枕位置保护装置设置于捣固车辆上，并包括：处理单元，以及分别与所述处理单元相连的距离测量单元和轨枕保护执行单元。在捣固车辆作业时，所述距离测量单元获取线路里程数据并将其发送至处理单元，所述处理单元通过距离测量单元获取轨枕间距及捣固作业惯性制动距离，根据轨枕间距a、捣固作业惯性制动距离b，以及捣固作业移动误差距离d计算轨枕保护区域，并向所述轨枕保护执行单元输出轨枕保护信号。

进一步的，所述轨枕间距a根据以下公式计算：

a＝s/j

其中，s为前m次作业捣固装置总移动距离，j为前m次作业捣固装置总移动轨枕数量，m为1～n的整数。

进一步的，捣固车辆在作业过程中，所述处理单元将当前最近一次作业的捣固装置总移动距离取代前第m次作业的捣固装置总移动距离。

进一步的，所述捣固作业惯性制动距离b根据以下公式计算：

b＝e/w

其中，e为前w次作业捣固装置下插信号产生之后至实际下插位置之间移动距离之和，w为1～n的整数。

进一步的，捣固车辆在作业过程中，所述处理单元将当前最近一次的捣固作业惯性制动距离取代前第w次的捣固作业惯性制动距离。

进一步的，本次捣固作业移动误差距离d为前一次理论计算得到的捣固装置移动距离与捣固装置实际移动距离之间的差值。

进一步的，当所述捣固车辆开始作业时，先通过人工控制方式进行捣固作业，所述处理单元通过距离测量单元获取捣固装置下插位置的线路里程数据，并以此计算轨枕间距a及捣固作业惯性制动距离b。

进一步的，所述轨枕保护区域根据以下公式进行计算：

x＝(k-0.5)*a+0.5g+d+h

y＝(k+0.5)*a-0.5g+d-b-h

其中，x为从当前作业位置到第一转换点的移动距离，y为从当前作业位置到第二转换点的移动距离，g为轨枕的宽度，h为轨枕的边缘保护范围，k为每次捣固作业的轨枕数量。

则允许捣固装置下插的区间c为：x＜c＜y，相邻两根轨枕之间除区间c以外的其它区域为轨枕保护区域。

进一步的，所述轨枕位置保护装置还包括人工切除开关和捣固下降阀，所述轨枕保护执行单元进一步包括控制线圈和操作开关。所述控制线圈的一端连接至处理单元，另一端与人工切除开关相连。所述操作开关的一端输入捣固下插信号，另一端与捣固下降阀相连。当所述处理单元向控制线圈输出轨枕保护信号时，捣固下插信号被切断，捣固下降阀不能得电，捣固头不能下插，此时可以通过人工切除开关切除轨枕保护信号。

通过实施上述本发明提供的捣固作业轨枕位置保护装置的技术方案，具有如下有益效果：

(1)本发明捣固作业轨枕位置保护装置，在线路轨枕距离变化不大的情况下，能够准确定位轨枕位置，实现轨枕位置附近不能捣固下插，从而有效保护轨枕，防止意外发生，既可以实现自动捣固作业保护，又可以实现人工踩捣方式的作业保护，能够大幅提高捣固作业的安全性和自动化程度；

(2)本发明捣固作业轨枕位置保护装置，通过测量、计算推导出轨枕位置信息，并结合相应算法能够实现作业保护，在保护区域能封锁捣固头下降动作，防止损坏轨枕或扰动轨枕，进一步保障大型工程机械捣固作业的安全；

(3)本发明捣固作业轨枕位置保护装置，能够自动修正作业误差，实现过程简单，不需要额外增加硬件成本。

附图说明

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的介绍。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它的实施例。

图1是本发明捣固作业轨枕位置保护装置一种具体实施例的系统结构组成框图；

图2是本发明捣固作业轨枕位置保护装置一种具体实施例的参数显示和设置界面示意图；

图3是本发明捣固作业轨枕位置保护装置一种具体实施例的系统局部结构组成框图；

图4是基于本发明装置的捣固作业轨枕位置保护方法一种具体实施例的轨枕保护计算原理示意图；

图5是基于本发明装置的捣固作业轨枕位置保护方法一种具体实施例的程序流程图；

图中：1-处理单元，2-距离测量单元，3-显示单元，4-轨枕保护执行单元，5-人工切除开关，6-捣固下降阀，41-控制线圈，42-操作开关，10-轨枕，11-钢轨，100-轨枕位置保护装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1至附图5所示，给出了本发明捣固作业轨枕位置保护装置的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如附图1所示，一种捣固作业轨枕位置保护装置的实施例，轨枕位置保护装置100设置于捣固车辆上，并具体包括：处理单元1，以及分别与处理单元1相连的距离测量单元2和轨枕保护执行单元5。在捣固车辆作业时，距离测量单元2(具体采用距离测量轮)获取线路里程数据并将其发送至处理单元1，处理单元1通过距离测量单元2获取轨枕间距a及捣固作业惯性制动距离b，根据轨枕间距a、捣固作业惯性制动距离b，以及捣固作业移动误差距离d计算轨枕保护区域，并向轨枕保护执行单元4输出轨枕保护信号。

轨枕间距a进一步根据以下公式计算：

a＝s/j

其中，s为前m次作业捣固装置总移动距离，j为前m次作业捣固装置总移动轨枕数量，m为1～n的整数。

(平均)轨枕间距a的获取过程是本实施例的重要部分，假如线路的轨枕间距是相同的，则单取一次作业数据，可能因为前后两次捣固装置下插位置的偏差，导致测量结果不同，而采集两次作业数据再计算其平均值，就能减小这个误差。在所有的作业数据采集过程中，存在误差的只有第一次和最后一次的数据采集，只要采集足够多的次数再取其平均值，就能实时反映线路的实际平均轨枕间距。但是，作业数据的采集次数也不宜过大，否则不能实时反映线路的变化情况。假设线路的轨枕间距是有差别的，采用本实施例描述的方法也能够获得平均轨枕间距。

在具体计算过程会对一枕、二枕、三枕捣固进行分析计算。总的轨枕数量等于作业次数乘以每次作业的轨枕数量k累加之和，一枕、二枕、三枕表示每次捣固移动的轨枕数量，如参数k为2，表示一次作业捣固装置移动距离为1200mm。

捣固车辆在作业过程中，处理单元1将当前最近一次作业的捣固装置总移动距离取代前第m次作业的捣固装置总移动距离。如m为10时，代表有从1到10共10次作业数据，如果有一个新数据，则会将它放在第10个，原第10个则变为第9个，第9个变为第8个，原第一个数据就丢弃。

捣固车辆在得到下插信号后，捣固装置还会存在一个向前的惯性移动，才会最终下插到位，假设它的平均移动距离为b，则捣固作业惯性制动距离b进一步根据以下公式计算：

b＝e/w

其中，e为前w次作业捣固装置下插信号产生之后至实际下插位置之间移动距离之和，w为1～n的整数。

(平均)捣固作业惯性制动距离b的获取过程是本实施例的另一重要部分，当捣固车辆工作时，由于工作速度不同，线路的实际情况不同(如：上、下坡)，捣固车辆的工作时间不同(如：液压油温，影响动作机构的执行速度)等诸多不同因素的影响下，得到的制动距离(即捣固作业惯性制动距离b)会有所不同。但是，它们均具备一个共同点，就是在一定的条件下，捣固车辆工作的状态是稳定的，前后两次作业的变化是很小或基本不变的，而制动距离的变化也是不大的，同时制动距离本身的数值较小，对整个作业定位的影响较小，因此采用平均制动距离能够很好地体现现场作业的实际制动距离。

捣固车辆在作业过程中，处理单元1将当前最近一次的捣固作业惯性制动距离取代前第w次的捣固作业惯性制动距离，定义同上对捣固装置总移动距离b的相关描述。

理论计算得到的捣固装置移动距离值与实际移动距离值之间可能存在误差d(捣固车辆需要向前移动的距离为1200，实际仅向前移动1195，则存在的偏差为5，这个误差将叠加到下一次移动距离上)。本次捣固作业移动误差距离d为前一次理论计算得到的捣固装置移动距离与捣固装置实际移动距离之间的差值。

当捣固车辆开始作业时，先通过人工控制方式进行捣固作业，处理单元1通过距离测量单元2获取捣固装置下插位置的线路里程数据。由于捣固装置每次作业下插位置的线路里程数据是可以测得的，而发出捣固装置下插信号所处位置的线路里程数据也是可以测得的，因此可以此计算轨枕间距a及捣固作业惯性制动距离b。

如附图4所示，轨枕保护区域进一步根据以下公式进行计算：

x＝(k-0.5)*a+0.5g+d+h

y＝(k+0.5)*a-0.5g+d-b-h

其中，x为从当前作业位置到第一转换点的移动距离，y为从当前作业位置到第二转换点的移动距离，g为轨枕10的宽度，h为轨枕10的边缘保护范围，k为每次捣固作业的轨枕数量。

则允许捣固装置下插的区间c为：x＜c＜y，相邻两根轨枕10之间除区间c以外的其它区域为轨枕保护区域。

在附图4中，l1为捣固装置理论下插位置，l2为捣固装置实际作业位置，l3为第一转换点，l4为下一作业位置，l5为第二转换点。

如附图2所示，为轨枕位置保护装置100的各个参数显示和设置界面示意图。

轨枕位置保护装置100还包括显示单元3，显示单元3作为人机接口。

如附图3所示，轨枕位置保护装置100还包括人工切除开关5和捣固下降阀6，轨枕保护执行单元4进一步包括控制线圈41和操作开关42。控制线圈41的一端连接至处理单元1，另一端与人工切除开关5相连。操作开关42的一端输入捣固下插信号q10，另一端与捣固下降阀6相连。当轨枕防护起作用时，处理单元1向控制线圈41输出轨枕保护信号(即处理单元1输出高电平控制信号)时，轨枕保护信号输出24v，捣固下插信号被切断，捣固下降阀6不能得电，捣固头不能下插，此时可以通过人工切除开关5切除轨枕保护信号。

采用实施例1描述的轨枕位置保护装置100能对未知线路进行捣固作业保护，依据之前作业过程中累积的线路数据，进行计算和推导，采用平均等距的方式定位轨枕的具体位置，能够很好地实现轨枕保护的目的。

实施例2

如附图5所示，一种基于实施例1所述装置的捣固作业轨枕位置保护方法的实施例，具体包括以下步骤：

s10)在捣固车辆作业时，获取线路里程数据，并通过距离测量获取轨枕间距a及捣固作业惯性制动距离b；

s20)根据轨枕间距a、捣固作业惯性制动距离b，以及捣固作业移动误差距离d计算轨枕保护区域，并输出轨枕保护信号。

轨枕间距a进一步根据以下公式计算：

a＝s/j

其中，s为前m次作业捣固装置总移动距离，j为前m次作业捣固装置总移动轨枕数量，m为1～n的整数。

捣固车辆在作业过程中，将当前最近一次作业的捣固装置总移动距离取代前第m次作业的捣固装置总移动距离。

捣固作业惯性制动距离b进一步根据以下公式计算：

b＝e/w

其中，e为前w次作业捣固装置下插信号产生之后至实际下插位置之间移动距离之和，w为1～n的整数。

捣固车辆在作业过程中，将当前最近一次的捣固作业惯性制动距离取代前第w次的捣固作业惯性制动距离。

本次捣固作业移动误差距离d为前一次理论计算得到的捣固装置移动距离与捣固装置实际移动距离之间的差值。

当捣固车辆开始作业时，先通过人工控制方式进行捣固作业，通过距离测量获取捣固装置下插位置的线路里程数据，并以此计算轨枕间距a及捣固作业惯性制动距离b。其中，人工捣固作业的捣固装置下插位置可以选择在两根相邻轨枕10之间的中心点处。

轨枕保护区域进一步根据以下公式进行计算：

x＝(k-0.5)*a+0.5g+d+h

y＝(k+0.5)*a-0.5g+d-b-h

其中，x为从当前作业位置到第一转换点的移动距离，y为从当前作业位置到第二转换点的移动距离，g为轨枕10的宽度，h为轨枕10的边缘保护范围，k为每次捣固作业的轨枕数量。

则允许捣固装置下插的区间c为：x＜c＜y，相邻两根轨枕10之间除区间c以外的其它区域为轨枕保护区域。

在步骤s20)中，如果向轨枕保护执行单元4输出轨枕保护信号，则捣固下插信号被切断，捣固下降阀6不能得电，捣固头不能下插，此时可以通过人工切除方式切除轨枕保护信号。

通过实施本发明具体实施例描述的捣固作业轨枕位置保护装置的技术方案，能够产生如下技术效果：

(1)本发明具体实施例描述的捣固作业轨枕位置保护装置，在线路轨枕距离变化不大的情况下，能够准确定位轨枕位置，实现轨枕位置附近不能捣固下插，从而有效保护轨枕，防止意外发生，既可以实现自动捣固作业保护，又可以实现人工踩捣方式的作业保护，能够大幅提高捣固作业的安全性和自动化程度；

(2)本发明具体实施例描述的捣固作业轨枕位置保护装置，通过测量、计算推导出轨枕位置信息，结合相应算法能够实现作业保护，在保护区域能封锁捣固头下降动作，防止损坏轨枕或扰动轨枕，进一步保障大型工程机械捣固作业的安全。

(3)本发明具体实施例描述的捣固作业轨枕位置保护装置，能够自动修正作业误差，实现过程简单，不需要额外增加硬件成本。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。