CN106868963B - 一种钢轨打磨偏转角度控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢轨打磨偏转角度控制系统，包括：偏转电机、下压导柱、打磨电机、偏转摇篮、伸缩油缸和摇架。打磨电机与偏转摇篮固定，下压导柱的下部与偏转摇篮固定，伸缩油缸的一端与偏转电机相连，伸缩油缸的另一端与偏转摇篮相连，偏转电机固定在摇架上。偏转摇篮与摇架可活动地连接，当伸缩油缸进行伸缩运动时，通过偏转摇篮带动打磨电机以偏转摇篮与摇架的连接点为轴进行偏转运动。本发明能够解决现有轨打磨偏转角度控制方式在打磨过程中打磨角度容易发生变化，导致光带不均匀、打磨轨廓不标准的技术问题。

Description

一种钢轨打磨偏转角度控制系统

技术领域

本发明涉及轨道工程机械技术领域，尤其是涉及一种应用于钢轨打磨车的钢轨打磨偏转角度控制系统。

背景技术

上世纪90年代铁路部门从国外引进了数种型号的钢轨打磨列车，其核心控制系统全部为进口。目前钢轨打磨是世界公认的钢轨养护重要手段之一，但是采用进口控制系统成本非常高，控制算法封闭，配件昂贵且维护响应慢。当前，为了降低钢轨打磨车的采购及使用维护成本，国家铁路部门倡导实现钢轨打磨车的国产化。

在现有技术中，针对钢轨打磨车的角度偏转控制方法主要有偏转电机电控方法和偏转油缸行程液压控制方法。采用偏转油缸行程液压控制方法由于不带到位机械自动卡死导致打磨过程角度容易发生变化，导致光带不均匀，打磨轨廓不标准等系列问题。而采用偏转电机电控方法虽然能够对预设角度进行精准控制，并且到位能够保持，更符合实际铁路钢轨打磨需求，但影响实际打磨效果的因素很多，包括偏转角度控制的精确度，直接导致采用现有偏转电机电控方法对钢轨进行打磨的效果并不理想。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钢轨打磨偏转角度控制系统，以解决现有轨打磨偏转角度控制方式在打磨过程中打磨角度容易发生变化，导致光带不均匀、打磨轨廓不标准的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种钢轨打磨偏转角度控制系统的技术实现方案，一种钢轨打磨偏转角度控制系统，包括：偏转电机、下压导柱、打磨电机、偏转摇篮、伸缩油缸和摇架。所述打磨电机与所述偏转摇篮固定，所述下压导柱的下部与所述偏转摇篮固定，所述伸缩油缸的一端与所述偏转电机相连，所述伸缩油缸的另一端与所述偏转摇篮相连，所述偏转电机固定在所述摇架上。所述偏转摇篮与所述摇架可活动地连接，当所述伸缩油缸进行伸缩运动时，通过所述偏转摇篮带动所述打磨电机以所述偏转摇篮与摇架的连接点为轴进行偏转运动。

优选的，所述伸缩油缸与所述摇架连接于D点，所述摇架与所述偏转摇篮连接于E点，所述伸缩油缸与所述偏转摇篮连接于F点。当所述伸缩油缸进行伸缩运动时，D点和E点的位置固定不变，F点的位置随所述偏转电机的伸缩而变化。

优选的，所述D点和E点之间的线段C，以及所述E点与F点之间的线段B长度固定不变，所述D点和F点之间的线段A的长度随所述偏转电机的伸缩而变化。

优选的，所述控制系统还包括行程传感器，所述行程传感器与所述伸缩油缸相连，通过所述行程传感器测量所述伸缩油缸的行程，从而获得所述D点和F点之间线段A的长度，再根据所述线段A、线段B和线段C长度计算所述线段B与所述线段C之间的夹角β，从而得到当前打磨电机的反馈角度。

优选的，所述控制系统还包括控制单元，所述控制单元实时获取当前打磨电机的反馈角度与通过上位机预设的目标角度之间的误差角度，并根据误差角度不断调整所述偏转电机动作，使所述打磨电机偏转至预设的目标角度，最终使所述打磨电机按照预设的目标角度进行打磨作业。

优选的，当所述伸缩油缸伸出时，所述打磨电机向外偏转，当所述伸缩油缸缩进时，所述打磨电机向内偏转。所述控制系统还包括与所述偏转电机的外偏转端子相连的第一电磁阀，与所述偏转电机的内偏转端子相连的第二电磁阀，以及与所述偏转电机的制动解除端子相连的第三电磁阀，所述第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀还与电源接线端相连。当需要所述偏转电机向外偏转时，所述第一电磁阀、第三电磁阀同时得电。当需要所述偏转电机向内偏转时，所述第二电磁阀、第三电磁阀同时得电。当需要所述偏转电机制动时，所述第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀失电。

优选的，所述摇架还与油缸相连，通过油缸带动实现所述摇架实现所述打磨电机的大角度偏转，通过所述伸缩油缸实现所述打磨电机的小角度偏转。当通过所述上位机预设的目标角度在所述打磨电机能够偏转的范围内，则通过所述伸缩油缸实现所述打磨电机的偏转。当通过所述上位机预设的目标角度大于所述打磨电机能够偏转的范围，则通过所述摇架实现所述打磨电机的大角度偏转。

优选的，所述控制单元判断所述打磨电机是否使能，如果所述打磨电机是否使能，如果所述打磨电机使能无效，则所述偏转电机停止偏转。如果所述打磨电机使能，则所述控制单元判断所述上位机预设的目标角度是否超出所述打磨电机偏转的极限角度，如果超出所述打磨电机偏转的极限角度则动作所述摇架同时计算所述打磨电机的偏转角度，如果未超出极限角度，则将目标角度转换为所述伸缩油缸的目标行程位置。所述控制单元判断输出至所述偏转电机的目标电压是否超出所述偏转电机的极限偏转电压，如果超出极限偏转电压则所述打磨电机停止偏转，如果未超出极限偏转电压则控制所述偏转电机动作。如果目标电压小于所述偏转电机的反馈电压与允许的误差电压之差，则控制所述偏转电机向内偏转，如果目标电压与允许的误差电压之差大于所述偏转电机的反馈电压，则控制所述打磨电机向外偏转，否则控制所述偏转电机停止偏转。

优选的，当前打磨电机的反馈角度与通过上位机预设的目标角度误差的绝对值不大于0.5°。

优选的，所述偏转摇篮的底部与所述摇架的底部可活动地连接。

通过实施上述本发明提供的钢轨打磨偏转角度控制系统的技术方案，具有如下有益效果：

(1)本发明解决了现有轨打磨偏转角度控制方式在打磨过程中打磨角度容易发生变化，导致光带不均匀、打磨轨廓不标准的技术问题；

(2)本发明实现了钢轨打磨车打磨角度偏转的稳定可靠控制，从而实现对钢轨各个不同轨面的精确打磨。

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他的实施例。

图1是本发明钢轨打磨偏转角度控制系统的结构原理图；

图2是本发明钢轨打磨偏转角度控制系统一种具体实施例的控制原理框图；

图3是基于本发明系统的钢轨打磨偏转角度控制方法一种具体实施例的程序流程示意图；

图4是本发明钢轨打磨偏转角度控制系统一种具体实施例中偏转电机的电气连接结构图；

图中：1-偏转电机，2-下压导柱，3-打磨电机，4-偏转摇篮，5-伸缩油缸，6-摇架，7-角度控制单元，8-上位机，9-第一电磁阀，10-第二电磁阀，11-第三电磁阀。

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4所示，给出了本发明钢轨打磨偏转角度控制系统的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如附图1所示，一种钢轨打磨偏转角度控制系统的具体实施例，包括：偏转电机1、下压导柱2、打磨电机3、偏转摇篮4、伸缩油缸5和摇架6。打磨电机3与偏转摇篮4固定，下压导柱2的下部与偏转摇篮4固定，下压导柱2用于通过偏转摇篮4带动打磨电机3执行下压操作。伸缩油缸5的一端与偏转电机1相连，伸缩油缸5的另一端与偏转摇篮4相连，偏转电机1固定在摇架6上。偏转摇篮4与摇架6可活动地连接，当伸缩油缸5进行伸缩运动时，通过偏转摇篮4带动打磨电机3以偏转摇篮4与摇架6的连接点为轴进行偏转运动。作为本发明一种典型的具体实施例，偏转摇篮4的底部与摇架6的底部可活动地连接。本发明钢轨打磨偏转角度控制系统通过实时对比当前反馈的偏转角度与预设的目标角度之间的误差，不断调整输出，实现对预定目标角度的有效可靠精准控制，从而实现打磨电机3对钢轨内侧、轨顶、外侧等多个表面的打磨维护功能。

如附图1所示，伸缩油缸5与摇架6连接于D点，摇架6与偏转摇篮4连接于E点，伸缩油缸5与偏转摇篮4连接于F点。当伸缩油缸5进行伸缩运动时，D点和E点的位置固定不变，F点的位置随偏转电机1的伸缩而变化。D点、E点和F点为三角形的三个顶点，D点和E点之间的线段C，以及E点与F点之间的线段B长度固定不变，D点和F点之间的线段A的长度随偏转电机1的伸缩而变化。当伸缩油缸5伸出时，打磨电机3向外(如附图1中G所示方向)偏转，当伸缩油缸5缩进时，打磨电机3向内(如附图1中H所示方向)偏转。控制系统还包括行程传感器，行程传感器与伸缩油缸5相连，通过行程传感器测量伸缩油缸5的行程，从而获得D点和F点之间线段A(A边)的长度，再根据线段A、线段B和线段C长度通过余弦定理计算线段B与线段C之间的夹角β，从而得到当前打磨电机3的反馈角度，再通过实时获取该反馈角度与预设的目标值，不断调整偏转电机1动作，则可使打磨电机3偏转到预设的目标角度，最终使打磨电机3按照此目标角度进行打磨作业。其中，打磨电机3的偏转角度用α表示，代表线段B(B边)与中位线(图中虚线所示)的夹角，β代表打磨电机3处于中位时线段C(C边)与线段B(B边)之间的夹角，β为一固定值。

如附图2所示，控制系统还进一步包括控制单元7，控制单元7实时获取当前打磨电机3的反馈角度与通过上位机8预设的目标角度之间的误差角度，并根据误差角度不断调整偏转电机1动作，使打磨电机3偏转至预设的目标角度，最终使打磨电机3按照预设的目标角度进行打磨作业。钢轨打磨偏转角度控制的目标是通过不断调整偏转电机1及偏转摇篮4的内外偏转来使得打磨电机1偏转到预设定的目标角度，反馈角度时通过偏转电机1的伸缩油缸5的行程决定。预设目标角度与当前反馈角度的角度误差实时输入至控制单元7，控制单元7计算出对应偏转摇篮4和偏转电机1的指令，或内偏转或外偏转或保持中位，再通过驱动相应的电磁阀得电，最终使得偏转电机1到达一定位置，直到反馈角度与目标角度相等，在算法上实现闭环控制，从而达到准确偏转角度控制的目的。

如附图4所示，控制系统还包括与偏转电机1的外偏转端子相连的第一电磁阀9，与偏转电机1的内偏转端子相连的第二电磁阀10，以及与偏转电机1的制动解除端子相连的第三电磁阀11，第一电磁阀9、第二电磁阀10和第三电磁阀11还与电源接线端相连。当需要偏转电机1向外偏转时，第一电磁阀9、第三电磁阀11同时得电。当需要偏转电机1向内偏转时，第二电磁阀10、第三电磁阀11同时得电。当需要偏转电机1制动时，第一电磁阀9、第二电磁阀10、第三电磁阀11失电。

摇架6还与油缸相连，通过油缸带动实现摇架6实现打磨电机3的大角度偏转(大角度时通过动作摇架6可使得偏转角度覆盖范围变得更广)，通过伸缩油缸5实现打磨电机3的小角度偏转。当通过上位机8预设的目标角度在打磨电机3能够偏转的范围内，则通过伸缩油缸5实现打磨电机3的偏转。当通过上位机8预设的目标角度大于打磨电机3能够偏转的范围，则通过摇架6实现打磨电机3的大角度偏转。

控制单元7判断打磨电机3是否使能，如果打磨电机3是否使能，如果打磨电机3使能无效，则偏转电机1停止偏转。如果打磨电机3使能，则控制单元7判断上位机8预设的目标角度是否超出打磨电机3偏转的极限角度，如果超出打磨电机3偏转的极限角度则动作摇架6同时计算打磨电机3的偏转角度，如果未超出极限角度，则将目标角度转换为伸缩油缸5的目标行程位置。控制单元7判断输出至偏转电机1的目标电压是否超出偏转电机1的极限偏转电压，如果超出极限偏转电压则打磨电机3停止偏转，如果未超出极限偏转电压则控制偏转电机1动作。如果目标电压小于偏转电机1的反馈电压与允许的误差电压之差，则控制偏转电机1向内偏转，如果目标电压与允许的误差电压之差大于偏转电机1的反馈电压，则控制打磨电机3向外偏转，否则控制偏转电机1停止偏转。作为本发明一种较佳的具体实施例，当前打磨电机3的反馈角度与通过上位机8预设的目标角度误差的绝对值不大于0.5°。

一种基于上述系统的钢轨打磨偏转角度控制方法的具体实施例，包括以下步骤：

控制单元7实时获取当前打磨电机3的反馈角度与通过上位机8预设的目标角度之间的误差角度，并根据误差角度不断调整偏转电机1动作，使打磨电机3偏转至预设的目标角度，最终使打磨电机3按照预设的目标角度进行打磨作业。

本发明钢轨打磨偏转角度控制系统通过油缸带动实现摇架6实现打磨电机3的大角度偏转，通过伸缩油缸5实现打磨电机3的小角度偏转。当通过上位机8预设的目标角度在打磨电机3能够偏转的范围内，则通过伸缩油缸5实现打磨电机3的偏转。当通过上位机8预设的目标角度大于打磨电机3能够偏转的范围，则通过摇架6实现打磨电机3的大角度偏转。

在上述控制方法流程中，首先判断打磨电机3是否使能，只有打磨电机3使能，偏转电机1动作才有意义。在打磨电机3使能的前提下，判断目标角度是否在打磨电机3能够偏转的范围内，在则说明只需动作偏转电机1即可，否则需要动作摇架6才行。根据以上对偏转控制原理的分析可知，对偏转角度的控制可最终转化为对偏转电机1的伸缩油缸5的行程位置的控制。通过偏转过程中不断对比伸缩油缸5的目标行程与反馈行程，当反馈角度与目标角度的差值在允许范围内(作为本发明一种较佳的具体实施例，误差角度控制在0.5°内)时停止偏转电机1代表控制角度已经达到目标值，否则需根据反馈角度与目标角度的差值决定动作方向。控制流程中对偏转电机1当前状态进行实时反馈，使得操作者能够清晰地了解偏转电机1的当前状态。

如附图3所示，钢轨打磨偏转角度控制方法具体包括以下步骤：

A)控制单元7判断打磨电机3是否使能，如果打磨电机3是否使能，如果打磨电机3使能无效，则偏转电机1停止偏转；

B)如果打磨电机3使能，则控制单元7判断上位机8预设的目标角度是否超出打磨电机3偏转的极限角度，如果超出打磨电机3偏转的极限角度则动作摇架6同时计算打磨电机3的偏转角度，如果未超出极限角度，则将目标角度转换为伸缩油缸5的目标行程位置；

C)控制单元7判断输出至偏转电机1的目标电压是否超出偏转电机1的极限偏转电压，如果超出极限偏转电压则打磨电机3停止偏转，如果未超出极限偏转电压则控制偏转电机1动作；

D)如果目标电压小于偏转电机1的反馈电压与允许的误差电压之差，则控制偏转电机1向内偏转，如果目标电压与允许的误差电压之差大于偏转电机1的反馈电压，则控制打磨电机3向外偏转，否则控制偏转电机1停止偏转。

通过实施本发明具体实施例描述的钢轨打磨偏转角度控制系统的技术方案，能够产生如下技术效果：

(1)本发明具体实施例描述的钢轨打磨偏转角度控制系统解决了现有轨打磨偏转角度控制方式在打磨过程中打磨角度容易发生变化，导致光带不均匀、打磨轨廓不标准的技术问题；

(2)本发明具体实施例描述的钢轨打磨偏转角度控制系统从物理几何学的角度深入分析了偏转装置结构特点及实现角度控制的原理，实现了钢轨打磨车打磨角度偏转的稳定可靠控制，从而实现对钢轨各个不同轨面的精确打磨。

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他实施例的不同之处，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。

Claims (7)

1.一种钢轨打磨偏转角度控制系统，其特征在于，包括：偏转电机(1)、下压导柱(2)、打磨电机(3)、偏转摇篮(4)、伸缩油缸(5)和摇架(6)；所述打磨电机(3)与所述偏转摇篮(4)固定，所述下压导柱(2)的下部与所述偏转摇篮(4)固定，所述伸缩油缸(5)的一端与所述偏转电机(1)相连，所述伸缩油缸(5)的另一端与所述偏转摇篮(4)相连，所述偏转电机(1)固定在所述摇架(6)上；所述偏转摇篮(4)与所述摇架(6)可活动地连接，当所述伸缩油缸(5)进行伸缩运动时，通过所述偏转摇篮(4)带动所述打磨电机(3)以所述偏转摇篮(4)与摇架(6)的连接点为轴进行偏转运动；所述伸缩油缸(5)与所述摇架(6)连接于D点，所述摇架(6)与所述偏转摇篮(4)连接于E点，所述伸缩油缸(5)与所述偏转摇篮(4)连接于F点；当所述伸缩油缸(5)进行伸缩运动时，D点和E点的位置固定不变，F点的位置随所述偏转电机(1)的伸缩而变化；所述D点和E点之间的线段C，以及所述E点与F点之间的线段B长度固定不变，所述D点和F点之间的线段A的长度随所述偏转电机(1)的伸缩而变化；所述控制系统还包括行程传感器，所述行程传感器与所述伸缩油缸(5)相连，通过所述行程传感器测量所述伸缩油缸(5)的行程，从而获得所述D点和F点之间线段A的长度，再根据所述线段A、线段B和线段C长度计算所述线段B与所述线段C之间的夹角β，从而得到当前打磨电机(3)的反馈角度。

2.根据权利要求1所述的钢轨打磨偏转角度控制系统，其特征在于：所述控制系统还包括控制单元(7)，所述控制单元(7)实时获取当前打磨电机(3)的反馈角度与通过上位机(8)预设的目标角度之间的误差角度，并根据误差角度不断调整所述偏转电机(1)动作，使所述打磨电机(3)偏转至预设的目标角度，最终使所述打磨电机(3)按照预设的目标角度进行打磨作业。

3.根据权利要求2所述的钢轨打磨偏转角度控制系统，其特征在于：当所述伸缩油缸(5)伸出时，所述打磨电机(3)向外偏转，当所述伸缩油缸(5)缩进时，所述打磨电机(3)向内偏转；所述控制系统还包括与所述偏转电机(1)的外偏转端子相连的第一电磁阀(9)，与所述偏转电机(1)的内偏转端子相连的第二电磁阀(10)，以及与所述偏转电机(1)的制动解除端子相连的第三电磁阀(11)，所述第一电磁阀(9)、第二电磁阀(10)和第三电磁阀(11)还与电源接线端相连；当需要所述偏转电机(1)向外偏转时，所述第一电磁阀(9)、第三电磁阀(11)同时得电；当需要所述偏转电机(1)向内偏转时，所述第二电磁阀(10)、第三电磁阀(11)同时得电；当需要所述偏转电机(1)制动时，所述第一电磁阀(9)、第二电磁阀(10)、第三电磁阀(11)失电。

4.根据权利要求1、2或3任一项所述的钢轨打磨偏转角度控制系统，其特征在于：所述摇架(6)还与油缸相连，通过油缸带动实现所述摇架(6)实现所述打磨电机(3)的大角度偏转，通过所述伸缩油缸(5)实现所述打磨电机(3)的小角度偏转；当通过所述上位机(8)预设的目标角度在所述打磨电机(3)能够偏转的范围内，则通过所述伸缩油缸(5)实现所述打磨电机(3)的偏转；当通过所述上位机(8)预设的目标角度大于所述打磨电机(3)能够偏转的范围，则通过所述摇架(6)实现所述打磨电机(3)的大角度偏转。

5.根据权利要求4所述的钢轨打磨偏转角度控制系统，其特征在于：所述控制单元(7)判断所述打磨电机(3)是否使能，如果所述打磨电机(3)使能无效，则所述偏转电机(1)停止偏转；如果所述打磨电机(3)使能，则所述控制单元(7)判断所述上位机(8)预设的目标角度是否超出所述打磨电机(3)偏转的极限角度，如果超出所述打磨电机(3)偏转的极限角度则动作所述摇架(6)同时计算所述打磨电机(3)的偏转角度，如果未超出极限角度，则将目标角度转换为所述伸缩油缸(5)的目标行程位置；所述控制单元(7)判断输出至所述偏转电机(1)的目标电压是否超出所述偏转电机(1)的极限偏转电压，如果超出极限偏转电压则所述打磨电机(3)停止偏转，如果未超出极限偏转电压则控制所述偏转电机(1)动作；如果目标电压小于所述偏转电机(1)的反馈电压与允许的误差电压之差，则控制所述偏转电机(1)向内偏转，如果目标电压与允许的误差电压之差大于所述偏转电机(1)的反馈电压，则控制所述打磨电机(3)向外偏转，否则控制所述偏转电机(1)停止偏转。

6.根据权利要求5所述的钢轨打磨偏转角度控制系统，其特征在于：当前打磨电机(3)的反馈角度与通过上位机(8)预设的目标角度误差的绝对值不大于0.5°。

7.根据权利要求1、2、3、5或6任一项所述的钢轨打磨偏转角度控制系统，其特征在于：所述偏转摇篮(4)的底部与所述摇架(6)的底部可活动地连接。