砂带式钢轨打磨作业控制系统及其打磨控制方法与流程

本发明涉及铁路工程机械技术领域，尤其涉及一种砂带式钢轨打磨作业控制系统及其打磨控制方法。

背景技术：

随着我国高速铁路的快速发展和铁路运输能力的不断提高，钢轨接触疲劳损伤的问题越来越严重。钢轨打磨作业是养护钢轨的重要手段，能够有效地修复钢轨廓形、延长钢轨服役寿命。相比于传统基于砂轮磨削的钢轨打磨方式，基于砂带的钢轨打磨方式具有不易烧伤钢轨、作业效率高、磨屑易回收等一系列优点。

然而将砂带磨削应用于钢轨打磨会给控制系统及控制方式带来相应难题。现有技术中的一种应用于钢轨打磨的砂带磨削方法为：采用压力调控方式来实验加工作业。如国家知识产权局公告的201711214352.7专利技术“一种叶片机器人砂带磨削加工力控制方法”以及201110231331.2专利技术“一种可编程磨削力控制的砂带磨削装置”等。采用对磨削压力的调控能够在稳定的加工环境下取得较好的磨削效果。

上述现有技术中的应用于钢轨打磨的砂带磨削方法的缺点为：钢轨打磨的现场作业环境使得这种压力调控方式难以保障加工效果。这是由于一方面，砂带单元与钢轨的相对位置不确定，不具有相对稳定的加工基准，另一方面，打磨车行车速度的不稳定使得加工定位精度也难以保障。

技术实现要素：

本发明的实施例提供了一种砂带式钢轨打磨作业控制系统及其控制方法，以实现对砂带式钢轨打磨作业的全过程伺服控制。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

(和权利要求书相互对应)

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例的系统和方法根据作业信号反馈实时掌握打磨作业状态，通过调控打磨电机的旋转速度与磨削作用力复合作用，采用打磨电机电流配合打磨车的行车速度调控实际打磨量，形成了高精度的控制闭环，实现对砂带式钢轨打磨作业的全过程伺服控制。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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是本发明实施例提供的一种砂带式钢轨打磨作业控制系统的实现原理图；

图2是本发明实施例提供的一种打磨实施机构的实现原理图；

图3是本发明实施例提供的一种砂带式钢轨打磨作业控制系统的打磨控制方法的处理流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本发明实施例提供的一种砂带式钢轨打磨作业控制系统的实现原理图如图1所示，上述砂带式钢轨打磨作业控制系统包括互相连接的打磨控制装置和打磨实施机构。所述打磨控制装置包含：触控屏模块、plc(programmablelogicalcontroller，可编程逻辑控制器)控制器、正交编码器、电流传感器、ad接口模块、da接口模块、高速di(digitalinterface，数字接口)接口模块、信号调理模块、直流电机驱动器和步进电机驱动器。

所述的打磨控制装置，用于采集砂带的转速、打磨电机的电流信号和打磨车的行进速度，根据采集的信息和目标打磨要求产生打磨电机控制信号和磨削力控制信号，将所述打磨电机控制信号和所述磨削力控制信号传输给打磨实施机构。

所述的打磨实施机构；用于根据所述打磨电机控制信号调控打磨电机的旋转速度，调控砂带的转速，根据所述磨削力控制信号调控砂带作用在钢轨上的磨削作用力，实现对钢轨表面的材料去除。

上述plc控制器为打磨控制器，正交编码器为速度传感器，电流互感器为电流传感器，ad接口模块、da接口模块与高速di接口模块为接口模块，直流电机驱动器为打磨电机驱动器，步进电机驱动器为磨削力加载单元驱动器，信号调理模块为信号调理单元。

正交编码器安装于打磨车驱动轮系内部，通过高速di接口模块连接至plc控制器；电流互感器安装于驱动电机内部，与信号调理模块连接，电流互感器所产生的信号经过信号调理模块放大、滤波处理后，通过ad接口模块传输至plc控制器；驱动打磨电机旋转的直流电机驱动器通过da接口模块连接至plc控制器；驱动磨削力加载的步进电机驱动器通过da接口模块连接至plc控制器；触控屏模块与plc控制器相连接。

本发明实施例提供的一种打磨实施机构的实现原理图如图2所示，包括打磨电机、张紧轮、驱动轮、接触轮、砂带、加载步进电机、传动轮系和丝杠导轨。

其中，张紧轮、驱动轮、接触轮和砂带组成砂带轮系单元；加载步进电机、传动轮系和丝杠导轨组成磨削力加载单元。

基于上述砂带式钢轨打磨作业控制系统，本发明实施例提供的一种砂带式钢轨打磨控制方法的处理流程如图3所示，包括如下的处理步骤：

s001、根据打磨需求在触控屏模块的输入界面输入目标打磨廓形；

s002、plc控制器将所述目标打磨廓形与目标的当前廓形进行比对，计算出目标打磨量；

s003、plc控制器开始监测打磨电机的电流量和打磨车的行进速度；

s004、电流传感器将采集的打磨电机的电流信号传输给信号调理模块，信号调理模块调整电流信号的波形、幅值以及频率，对电流信号进行滤波、放大以及调制处理后，通过ad接口传输给plc控制器，plc控制器根据电流信号得到打磨电机的电流量，依据打磨电机的电流量求解出砂带的当前磨削作用力。

正交编码器采集打磨车的行进速度，将行进速度通过高速di(digitalinterface，数字接口)接口传输给plc控制器。

s005、plc控制器通过砂带的转速、打磨车的行进速度、磨削作用力与打磨量的映射关系，计算当前的打磨量a，计算公式如下：

a为打磨量，vs为砂带的转速，vw为打磨车的行进速度，fn为砂带的当前磨削作用力，e^*为弹性接触模量，ε(n0,σ)为砂带特征函数。

将当前的打磨量作为反馈量与目标打磨量进行比对，求得打磨误差量；

s006、plc控制器根据上述打磨误差量和打磨车的行进速度产生打磨电机控制信号，通过da接口传输打磨电机控制信号给直流电机驱动器，利用该打磨电机控制信号控制直流电机驱动器输出的驱动力，通过该驱动力来调控打磨电机的旋转速度，由于打磨电机驱动砂带高速旋转，也间接地调控了砂带的转速，这部分为系统一级闭环；

plc控制器根据上述打磨误差量和砂带的当前磨削作用力产生磨削力控制信号，通过da接口传输磨削力控制信号给步进电机驱动器，利用该磨削力控制信号控制步进电机驱动器输出的驱动力，通过该驱动力来调控磨削力加载单元加载的磨削作用力，该磨削作用力是砂带作用在钢轨上的，从而实现对钢轨表面的材料去除。这部分为系统的二级闭环；

s007、重复s003-s006，直至达到目标打磨量。

当打磨车由于行进速度及磨削作用力发生变化时，plc控制器依照砂带转速、打磨车行进速度、磨削作用力与磨削量的映射关系，实时求解当前打磨量、依照作业需求对打磨过程进行定量调控。plc控制器能够依据变化及时调控打磨电机的旋转速度与磨削作用力。

综上所述，本发明实施例的系统和方法根据作业信号反馈实时掌握打磨作业状态，通过调控打磨电机的旋转速度与磨削作用力复合作用，采用打磨电机电流配合打磨车的行车速度调控实际打磨量，形成了高精度的控制闭环，实现对砂带式钢轨打磨作业的全过程伺服控制，大大提高了系统的鲁棒性。解决了砂带式钢轨打磨加工基准不确定、磨削材料去除量难以实时掌握的问题，有效地实现了打磨量的定量调控。

本发明解决了钢轨打磨过程中打磨车的行进速度变化造成的磨削材料去除量失控的问题，能够很好地消除钢轨轨面的不平顺；

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。