一種鋼軌銑削作業(yè)控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鐵路養(yǎng)路工程機(jī)械電氣系統(tǒng)控制領(lǐng)域，尤其是涉及一種應(yīng)用于鋼軌銑磨車(chē)的鋼軌銑削作業(yè)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼軌銑磨車(chē)是一種適用于鋼軌預(yù)防性及整治性維護(hù)作業(yè)的鐵路養(yǎng)護(hù)機(jī)械，通過(guò)對(duì)鋼軌的銑磨作業(yè)可以實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo):提高鋼軌縱向平順性和橫斷面輪廓質(zhì)量(減少鋼軌磨耗，改善輪軌接觸幾何狀態(tài)，減少輪軌相對(duì)磨耗)；提高鋼軌使用壽命；降低鋼軌維修成本和再利用成本；降低運(yùn)行噪音提高路網(wǎng)運(yùn)行安全和運(yùn)營(yíng)效率。鋼軌銑磨車(chē)是一種移動(dòng)式銑削和磨削機(jī)械，機(jī)械本身在自走行過(guò)程中通過(guò)絲杠、伺服電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等控制單元驅(qū)動(dòng)仿形銑盤(pán)、仿形磨盤(pán)對(duì)線(xiàn)路上固定的鋼軌進(jìn)行銑削和磨削加工。
[0003]我國(guó)鐵路經(jīng)過(guò)多次大提速，列車(chē)運(yùn)行速度已大幅提高，這對(duì)鋼軌的平順度等指標(biāo)提出了苛刻要求。為滿(mǎn)足此要求，需定期對(duì)鋼軌表面進(jìn)行修復(fù)作業(yè)，以消除鋼軌的側(cè)磨、波磨、碾壓層、裂縫、剝離等缺陷，恢復(fù)軌頭工作部分的設(shè)計(jì)形狀，提高鋼軌使用壽命，降低運(yùn)行噪音，提高列車(chē)的運(yùn)行安全性。傳統(tǒng)的大型鋼軌整修設(shè)備以鋼軌打磨列車(chē)為主，該車(chē)通過(guò)以打磨電機(jī)和砂輪組成的磨削作業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行鋼軌整修，存在作業(yè)控制不精確，作業(yè)精度低，無(wú)集塵裝置，環(huán)境污染嚴(yán)重，只能在干線(xiàn)鐵路使用等缺點(diǎn)。用戶(hù)需求功能更強(qiáng)、效率更高、更環(huán)保的解決方案。鋼軌銑磨車(chē)是在此背景下產(chǎn)生的一種新型鋼軌在線(xiàn)整修設(shè)備，創(chuàng)新地使用了銑作業(yè)與磨作業(yè)結(jié)合的修復(fù)方式，能在運(yùn)行中對(duì)鋼軌進(jìn)行動(dòng)態(tài)銑磨，具有作業(yè)控制精確，作業(yè)效率高，環(huán)境污染較小等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]國(guó)際上生產(chǎn)制造鋼軌銑磨車(chē)廠(chǎng)家僅有奧地利的Linsinger公司及MFL公司兩家，其整車(chē)設(shè)計(jì)、制造技術(shù)對(duì)中國(guó)進(jìn)行封鎖，只限制出口整車(chē)產(chǎn)品到中國(guó)市場(chǎng)。整機(jī)進(jìn)口國(guó)外鋼軌銑磨車(chē)的價(jià)格昂貴，且無(wú)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，無(wú)法與我國(guó)鐵路發(fā)展趨勢(shì)相適應(yīng)，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)鋼軌的預(yù)防性及整治性維護(hù)作業(yè)。目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)相關(guān)鋼軌銑磨車(chē)電氣控制系統(tǒng)研發(fā)或生產(chǎn)廠(chǎng)商。鋼軌銑磨車(chē)整車(chē)受控對(duì)象多、控制精度要求高，內(nèi)部包含多個(gè)子系統(tǒng)，且各子系統(tǒng)之間功能及應(yīng)用條件不同，因此需采用不同的受控設(shè)備及控制方法。國(guó)內(nèi)對(duì)鋼軌銑磨作業(yè)控制技術(shù)還處于研宄階段，沒(méi)有定型的控制方案，目前應(yīng)用較多的是采用恒功率銑磨作業(yè)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)銑削、磨削作業(yè)。恒功率控制方案是指銑削或磨削作業(yè)過(guò)程中將銑削或磨削進(jìn)給量作為輸入，將銑削或磨削作業(yè)的主軸電機(jī)的輸出電流作為反饋信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)輸入，當(dāng)線(xiàn)路有凸起時(shí)主電機(jī)輸出電流增大，需要減小進(jìn)給量，當(dāng)線(xiàn)路有凹陷時(shí)主電機(jī)輸出電流減小，需要增大進(jìn)給量，從而實(shí)現(xiàn)銑磨裝置的相對(duì)鋼軌的跟隨控制。
[0005]恒功率銑磨作業(yè)方案從理論上講可以實(shí)現(xiàn)鋼軌銑、磨作業(yè)時(shí)銑、磨裝置對(duì)鋼軌的隨動(dòng)控制，消除短波誤差，并保持原有長(zhǎng)波軌擴(kuò)形狀，起到鋼軌防御性維護(hù)的目的。但是恒功率控制有其根本性弊端，一是給定理論切削量后，實(shí)際切削量難以檢測(cè)，造成對(duì)應(yīng)理論切削量下對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)確功率難以確定；二是在確定理論切削量下對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)確功率后對(duì)采用電流反饋控制理論對(duì)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求過(guò)高，從而在鋼軌具有凸起、凹陷時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間與作業(yè)效率形成矛盾，即作業(yè)走行慢時(shí)系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間充分，實(shí)際恒定銑削、磨削功率精度高、誤差小，即作業(yè)走行快時(shí)系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間短，實(shí)際恒定銑削、磨削功率精度低、誤差大，從而造成波浪銑削、磨削現(xiàn)狀，無(wú)法滿(mǎn)足作業(yè)后線(xiàn)路平順性的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種鋼軌銑削作業(yè)控制系統(tǒng)，解決現(xiàn)有恒功率銑磨作業(yè)控制系統(tǒng)難以檢測(cè)實(shí)際切削量，給定理論切削量下功率難以恒定，系統(tǒng)調(diào)節(jié)響應(yīng)慢，銑磨作業(yè)精度低、誤差大，無(wú)法滿(mǎn)足作業(yè)后線(xiàn)路平順性要求的技術(shù)問(wèn)題。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明具體提供了一種鋼軌銑削作業(yè)控制系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，鋼軌銑削作業(yè)控制系統(tǒng)，包括:
[0008]銑盤(pán)，通過(guò)銑盤(pán)框架設(shè)置在鋼軌銑削作業(yè)車(chē)的中下部，能在Z軸電機(jī)的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)垂向定位，并在Y軸電機(jī)的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)側(cè)向定位，在主軸電機(jī)的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，從而在作業(yè)行走時(shí)實(shí)現(xiàn)鋼軌銑削作業(yè)；
[0009]Z向升降油缸，固定端設(shè)置在所述鋼軌銑削作業(yè)車(chē)下方的Y向?qū)к壍撞?，所述Z向升降油缸的活動(dòng)端與所述銑盤(pán)框架連接，所述Z向升降油缸能與所述銑盤(pán)在沿垂向上下運(yùn)動(dòng)；
[0010]定位靴，設(shè)置在所述Z向升降油缸的固定端的后下方，用于實(shí)現(xiàn)所述銑盤(pán)的垂向定位;
[0011]弦線(xiàn)傳感器，一端設(shè)置在所述銑盤(pán)框架的上部，另一端與所述Z向升降油缸的固定端相連，用于測(cè)量所述Z向升降油缸的位移；
[0012]角度傳感器，設(shè)置在所述銑盤(pán)的下部，能與所述的銑盤(pán)同步運(yùn)動(dòng)；
[0013]側(cè)向定位傳感器，通過(guò)所述固定裝置與所述銑盤(pán)相連，用于實(shí)現(xiàn)所述銑盤(pán)的側(cè)向定位。
[0014]優(yōu)選的，所述控制系統(tǒng)還包括用于測(cè)量所述鋼軌軌廓和軌距的激光檢測(cè)傳感器，所述激光檢測(cè)傳感器設(shè)置在所述固定裝置上。
[0015]優(yōu)選的，所述控制系統(tǒng)還包括用于檢測(cè)銑削作業(yè)前后所述鋼軌高度差的前高度定位傳感器和后高度定位傳感器。所述前高度定位傳感器和后高度定位傳感器通過(guò)所述固定裝置與所述銑盤(pán)的下部相連，并位于所述銑盤(pán)沿所述鋼軌水平方向的兩側(cè)。
[0016]優(yōu)選的，所述定位靴上還設(shè)置有前定位靴壓力傳感器和后定位靴壓力傳感器，所述前定位靴壓力傳感器和后定位靴壓力傳感器用于檢測(cè)所述銑盤(pán)壓在所述鋼軌表面的壓力。
[0017]優(yōu)選的，所述控制系統(tǒng)還包括油缸控制模塊和伺服機(jī)構(gòu)一，由所述油缸控制模塊控制所述伺服機(jī)構(gòu)一驅(qū)動(dòng)所述Z向升降油缸輸出恒定的壓力，所述前定位靴壓力傳感器和后定位靴壓力傳感器將所述定位靴的垂向位移轉(zhuǎn)換為壓力。所述油缸控制模塊根據(jù)設(shè)定的壓力值和銑削作業(yè)過(guò)程中所述Z向升降油缸輸出的壓力值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。當(dāng)所述鋼軌上存在有凸起或凹陷時(shí)，所述Z向升降油缸的垂向位移變化引起所述前定位靴壓力傳感器和后定位靴壓力傳感器的位移變化，所述前定位靴壓力傳感器和后定位靴壓力傳感器檢測(cè)壓力值的變化，并通過(guò)所述油缸控制模塊調(diào)節(jié)所述伺服機(jī)構(gòu)一的輸出，進(jìn)而使所述Z向升降油缸輸出恒定的壓力。
[0018]優(yōu)選的，所述控制系統(tǒng)還包括運(yùn)動(dòng)控制模塊、單電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和主軸電機(jī)，由所述運(yùn)動(dòng)控制模塊控制所述單電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)所述主軸電機(jī)維持恒定的轉(zhuǎn)速，所述主軸電機(jī)帶動(dòng)所述銑盤(pán)對(duì)所述鋼軌進(jìn)行銑削作業(yè)。所述運(yùn)動(dòng)控制模塊根據(jù)設(shè)定的轉(zhuǎn)速值、進(jìn)給速度值以及銑削作業(yè)過(guò)程中所述主軸電機(jī)反饋的轉(zhuǎn)速值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，所述主軸電機(jī)恒線(xiàn)速度運(yùn)行。當(dāng)設(shè)定的轉(zhuǎn)速值、進(jìn)給量增加時(shí)，所述主軸電機(jī)的輸出功率下降，所述主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速上升。當(dāng)設(shè)定的轉(zhuǎn)速值、進(jìn)給量減小時(shí)，所述主軸電機(jī)的輸出功率上升，所述主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速下降。
[0019]優(yōu)選的，所述控制系統(tǒng)還包括雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和伺服機(jī)構(gòu)二，由所述運(yùn)動(dòng)控制模塊控制所述雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)所述伺服機(jī)構(gòu)二維持恒定的銑削量。所述油缸控制模塊根據(jù)設(shè)定的進(jìn)給量、鋼軌的不平順度，以及伺服機(jī)構(gòu)二的銑削量反饋值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。所述雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊通過(guò)所述伺服機(jī)構(gòu)二分別控制Z軸電機(jī)和Y軸電機(jī)。所述伺服機(jī)構(gòu)二輸出的垂向銑削量通過(guò)所述前高度定位傳感器和后高度定位傳感器進(jìn)行反饋，所述伺服機(jī)構(gòu)二輸出的側(cè)向銑削量通過(guò)所述側(cè)向定位傳感器進(jìn)行反饋。
[0020]優(yōu)選的，所述弦線(xiàn)傳感器測(cè)量所述Z向升降油缸的伸長(zhǎng)位移，確定所述銑盤(pán)的下降距離，并將測(cè)量結(jié)果反饋至銑削作業(yè)主控制器，再由所述銑削作業(yè)主控制器控制電液伺服閥，實(shí)現(xiàn)所述銑盤(pán)的垂向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)所述銑盤(pán)下降到所述鋼軌軌面上方設(shè)定的高度時(shí)，在所述伺服機(jī)構(gòu)一的帶動(dòng)下，鋼軌銑削作業(yè)控制系統(tǒng)控制所述激光檢測(cè)傳感器對(duì)所述鋼軌進(jìn)行掃描。當(dāng)所述激光檢測(cè)傳感器檢測(cè)到所述鋼軌的內(nèi)側(cè)時(shí)輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)，當(dāng)所述激光檢測(cè)傳感器檢測(cè)到所述鋼軌的外側(cè)時(shí)輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)，通過(guò)對(duì)所述伺服機(jī)構(gòu)二的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行編碼確定所述鋼軌的軌廓和軌距。
[0021]優(yōu)選的，當(dāng)所述鋼軌銑削作業(yè)控制系統(tǒng)完成所述鋼軌的軌廓和軌距測(cè)量后，所述銑盤(pán)與所述Z向升降油缸同步下降，所述角度傳感器打開(kāi)并壓在所述鋼軌上，所述角度傳感器在所述銑盤(pán)帶動(dòng)下同步下降，當(dāng)所述弦線(xiàn)傳感器檢測(cè)到定位靴離所述鋼軌的軌面達(dá)到設(shè)定距離時(shí)，所述Z向升降油缸停止下降。所述伺服機(jī)構(gòu)二驅(qū)動(dòng)所述銑盤(pán)在Y向向所述鋼軌的內(nèi)側(cè)移動(dòng)，在此過(guò)程中所述角度傳感器一直壓在所述鋼軌的軌面上并滑過(guò)所述鋼軌的整個(gè)R型鋼軌表面。當(dāng)所述角度傳感器滑至所述鋼軌的內(nèi)側(cè)剛好產(chǎn)生突變時(shí)，所述銑盤(pán)則停止Y向移動(dòng)，所述角度傳感器收回。
[0022]優(yōu)選的，所述銑