CN105544326A - 钢轨打磨头打磨深度计算方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钢轨打磨头打磨深度计算方法和装置，钢轨打磨头打磨深度计算装置，首先根据打磨角度和第一预设打磨深度，确定打磨头的第一打磨直线方程，然后根据打磨直线方程和实测廓型方程确定第一打磨面积，若第一打磨面积与根据打磨量确定的实际打磨面积相等，则可确定第一预设打磨深度为打磨头的实际打磨深度，之后即可以第一预设打磨深度控制打磨头对待打磨轨道进行打磨处理，由于确定的打磨深度经过校验计算，使得确定的打磨深度准确度较高，从而使根据确定的打磨深度对待打磨的轨道进行打磨修正的精度较高。

Description

钢轨打磨头打磨深度计算方法和装置

技术领域

本发明属于轨道交通领域，尤其是涉及一种钢轨打磨头打磨深度计算方法和装置。

背景技术

随着我国铁路运输事业的不断发展，主要干线的列车重量和行车密度的不断增加，大规模客运专线和高速铁路的建设，对轨道的要求标准高，为了改善线路质量，确保列车的安全运行，应用钢轨打磨列车对在线钢轨进行打磨维修与养护是必要的。

钢轨打磨可以消除钢轨病害。如波磨、飞边、接头的不平顺等，从而减小了列车运行的噪音。钢轨打磨可以修正钢轨轮廓，从而改善轮轨接触关系，减少轮轨接触应力和磨耗，提高列车运行的舒适性，并且合理有效的钢轨打磨可以延长钢轨使用寿命。

目前，指导打磨车打磨作业的方案，几乎都是专家基于经验确定的。专家大概了解了线路的钢轨状态之后，会根据经验选择一种打磨模式，即打磨头的打磨量、打磨深度、打磨角度、打磨时间等都是专家依据经验确定的。

但是实际打磨时，若专家根据经验确定的打磨深度值小，则需要进行二次或多次打磨，增加了打磨成本，降低了打磨效率，而若专家根据经验确定的打磨深度值大，则使钢轨被过度打磨，降低了钢轨使用寿命，增加了运营风险，即根据专家经验确定的打磨头的打磨深度，很难实现将待打磨轨道的廓形进行准确的修正。

发明内容

本发明提供一种钢轨打磨头打磨深度计算方法和装置，用于解决现有技术中根据专家经验确定打磨头的打磨深度的方式，很难实现将待打磨轨道的廓形进行准确的修正的问题。

本发明一方面提供一种钢轨打磨头打磨深度计算方法，包括：

根据打磨角度和第一预设打磨深度，确定打磨头的第一打磨直线方程，所述打磨角度为打磨直线在预设的坐标系中的倾斜角；

根据所述第一打磨直线方程和待打磨轨道的实测廓形方程，确定第一打磨面积；

判断所述第一打磨面积与根据打磨量确定的实际打磨面积是否相等；

若相等，则确定所述第一预设打磨深度为打磨头的实际打磨深度。

本发明另一方面提供一种钢轨打磨头打磨深度计算装置，包括：

第一确定模块，用于根据打磨角度和第一预设打磨深度，确定打磨头的第一打磨直线方程，所述打磨角度为打磨直线在预设的坐标系中的倾斜角；

所述第一确定模块，还用于根据所述第一打磨直线方程和待打磨轨道的实测廓形方程，确定第一打磨面积；

判断模块，用于判断所述第一打磨面积与根据打磨量确定的实际打磨面积是否相等；

第二确定模块，用于若相等，则确定所述第一预设打磨深度为打磨头的实际打磨深度。

本发明提供的钢轨打磨头打磨深度计算方法和装置，首先根据打磨角度和第一预设打磨深度，确定打磨头的第一打磨直线方程，然后根据打磨直线方程和实测廓型方程确定第一打磨面积，若第一打磨面积与根据打磨量确定的实际打磨面积相等，则可确定第一预设打磨深度为打磨头的实际打磨深度，之后即可以第一预设打磨深度控制打磨头对待打磨轨道进行打磨处理，由于确定的打磨深度经过校验计算，使得确定的打磨深度准确度较高，从而使根据确定的打磨深度对待打磨的轨道进行打磨修正的精度较高。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种钢轨打磨头打磨深度计算方法的流程示意图；

图2为本发明实施例二提供的另一种钢轨打磨头打磨深度的计算方法的流程示意图；

图3a为本发明提供的某待打磨轨道的整个实测廓形和标准廓型对比示意图；

图3b为图3a所示的廓形图的局部放大图；

图4为本发明实施例三提供的一种钢轨打磨头打磨量的计算装置的结构示意图；

图5为本发明实施例四提供的另一种钢轨打磨头打磨量的计算装置的结构示意图。

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、完整地描述。

图1为本发明实施例一提供的一种钢轨打磨头打磨深度计算方法的流程示意图。如图1所示，该方法包括：

S100，根据打磨角度和第一预设打磨深度，确定打磨头的第一打磨直线方程，所述打磨角度为打磨直线在预设的坐标系中的倾斜角。

其中，预设的坐标系可以为在轨道的目标廓形上选择一点作为坐标原点，比如以标准钢轨横截面的轨顶上任意一点为原点，以水平方向为X轴，竖直方向为Y轴建立的坐标系。打磨头对待打磨轨道的实测廓形进行打磨之后，其打磨部分为一条直线，该直线在预设的坐标系中，与X轴正方向的夹角即为该直线的倾斜角。

第一预设打磨深度为预设的初始打磨深度。实际使用时，打磨头上可以施加一定的压力，对待打磨轨道进行打磨，打磨头在加满压力和完全不加压力的情况下，打磨深度值不同，即打磨头在加满压力时对应一个最大的打磨深度值，在完全不加压力时，对应一个最小的打磨深度值，第一预设打磨深度可以是在最小打磨深度值和最大打磨深度值之间的一个值。第一预设打磨深度在选择时，可以根据待打磨轨道的实测廓形与目标廓形间的距离确定，也可以选取最小打磨深度值和最大打磨深度值之间的中间值，本实施例对此不做限定。

假设第一预设打磨深度值为h₁，打磨角度为θ，则打磨头从实测廓形上的打磨点(x_i,y_i)打磨h₁深度之后的第一打磨直线方程为：

y＝k₁(x-x_i)+y_i-h₁/cos(θ)

其中k₁＝arctg(θ)。

其中，打磨角度可以根据经验确定，也可以根据打磨角度计算方法计算得到。

S110，根据所述第一打磨直线方程和待打磨轨道的实测廓形方程，确定第一打磨面积。

其中，打磨轨道的实测廓形方程，可以通过将打磨轨道的实测廓形在预设的坐标系内参数化获得。举例来说，首先以标准轨道横截面的轨顶为原点建立坐标系，以水平方向为x轴，竖直方向为y轴，在该坐标系下计算出实测钢轨的参数化方程为：y1＝f(x)；x＝{x₁，x₂，...，x_n}；

其中，n为实测廓形上沿x轴离散的点的个数，x₁，x₂，...，x_n为实测廓形上各离散点对应x轴的坐标值，y1＝{y₁₁,y₁₂，...，y_1n}为实测廓形上对应x轴各个点的纵坐标值。

第一直线方程与实测廓形方程之间有一个相交的区域，该区域的面积即为第一打磨面积为S₁，利用包括三角形法或者四边形法在内的面积计算方法计算S₁。以三角形法计算S₁为例，由于实测廓形y1参数化之后各点坐标已知，而直线方程已知，假设从实测廓形中取2个点，从直线中对应取1个点，或者从实际钢轨廓形中取1个点，从直线中对应取2个点组成的一个三角形的三个点的坐标分别为：A(x₁₁，y₁₁)，B(x₂₁，y₂₁)，C(x₃₁，y₃₁)，则三角形三边长度分别为：

$AB=a=\sqrt{{(x_{11}-x_{21})}^2+{(y_{11}-y_{21})}^2}$

$BC=b=\sqrt{{(x_{31}-x_{21})}^2+{(y_{31}-y_{21})}^2}$

$AC=c=\sqrt{{(x_{11}-x_{31})}^2+{(y_{11}-y_{31})}^2}$

若p＝1/2(a+b+c)，则三角形ABC的面积为

S₁＝[p(p-a)(p-b)(p-c)]1/2。

S120，判断所述第一打磨面积与根据打磨量确定的实际打磨面积是否相等。

其中，打磨头的打磨量等于打磨面积乘以作业距离，打磨过程中速度恒定，作业距离等于速度乘以时间，所以在确定打磨头的打磨量后，实际打磨面积S就可以按下式计算：

S＝V÷v÷t

其中，V为打磨量，v为打磨速度，t为打磨时间。

S130，若相等，则确定所述第一预设打磨深度为打磨头的实际打磨深度。

若根据第一预设打磨深度计算的打磨面积，与根据打磨量计算的打磨面积相等，则说明预设的第一预设打磨深度与实际待打磨的打磨深度相同，即可根据第一预设打磨深度对待打磨轨道进行打磨处理，由于第一预设打磨深度经过了。

本实施例提供的钢轨打磨头打磨深度计算方法，首先根据打磨角度和第一预设打磨深度，确定打磨头的第一打磨直线方程，然后根据打磨直线方程和实测廓型方程确定第一打磨面积，若第一打磨面积与根据打磨量确定的实际打磨面积相等，则可确定第一预设打磨深度为打磨头的实际打磨深度，之后即可以第一预设打磨深度控制打磨头对待打磨轨道进行打磨处理，由于确定的打磨深度经过校验计算，使得确定的打磨深度准确度较高，从而使根据确定的打磨深度对待打磨的轨道进行打磨修正的精度较高。

通过上述分析可知，在确定第一打磨面积与根据打磨量确定的实际打磨面积相同时，可以认为第一预设打磨深度为实际打磨深度，相应的，若在第一打磨面积与根据打磨量确定的实际打磨面积不同时，则需要对第一预设打磨深度进行修正处理，下面结合图2，对第一打磨面积与根据打磨量确定的实际打磨面积不同时的情况进行说明。

图2为本发明实施例二提供的另一种钢轨打磨头打磨深度计算方法的流程示意图。如图2所示，该方法，包括：

S100，根据打磨角度和第一预设打磨深度，确定打磨头的第一打磨直线方程，所述打磨角度为打磨直线在预设的坐标系中的倾斜角。

S110，根据所述第一打磨直线方程和待打磨轨道的实测廓形方程，确定第一打磨面积。

S120a，判断所述第一打磨面积与根据打磨量确定的实际打磨面积是否相等，若相等，则执行S130a，否则，执行S140。

S130a，确定所述第一预设打磨深度为打磨头的实际打磨深度。

上述S100-S130a的具体过程，可参照上述实施例一中的S100-S130的详细描述，此处不再赘述。

S140，根据预设的权值对所述第一预设打磨深度进行修正，确定第二预设打磨深度。

其中，预设的权值可以根据第一预设的打磨深度与最小打磨深度值和最大打磨深度值的差值确定，还可以根据第一打磨面积与实际打磨面积的差值确定，比如预设的权值可以取0.05、0.1、0.12等等。

假设，h₂为第二预设打磨深度，h₁为第一预设打磨深度，q为预设的权值，S₁为第一打磨面积，S为实际打磨面积，则h₂可以根据下式确定：

h₂＝h₁-q(S₁-S)。

S150，根据所述打磨角度和第二预设打磨深度，确定打磨头的第二打磨直线方程。

S160，根据所述第二打磨直线方程和待打磨轨道的实测廓形方程，确定第二打磨面积。

具体的，确定第二打磨直线方程和第二打磨面积的方式，与上述确定第一打磨直线方程和第一打磨面积的方式相同，此处不再赘述。

S170，判断所述第二打磨面积与根据打磨量确定的实际打磨面积是否相等，若相等，则执行S180，否则，执行S190。

S180，确定所述第二预设打磨深度为打磨头的实际打磨深度。

S190，根据所述第一预设打磨深度、第二预设打磨深度、第一打磨面积和第二打磨面积，确定所述打磨头的实际打磨深度。

具体的，若h为实际打磨深度，h₂为第二预设打磨深度，h₁为第一预设打磨深度，S₁为第一打磨面积，S₂为第二打磨面积，S为实际打磨面积，则实际打磨深度h可根据下式确定：

$h=h_2+\frac{h_2-h_1}{S_2-S_1}\×(S-S_2).$

下面以某在运营铁路某段带肥边钢轨为实测钢轨为例，对上述确定打磨头打磨深度的方法进行进一步说明。

假设预设的坐标系是以标准钢轨横截面的轨顶为原点，以水平方向为x轴，竖直方向为y轴，则将获取该段待打磨轨道的实测廓形进行参数化处理后，计算出实测廓形的参数化方程为：

y₁＝f(x)＝{-36.1746，-36.1546，-36.1346，......，-36.1346,-36.1546，-36.1746}；

对应的x＝{x₁，x₂，...，x_n}＝{-36.5，-36.328，-36.206，......，36.208,36.326，36.5}；

其中，n＝600。

该路段的实测廓形如图3a和3b所示。其中，图3a为本发明提供的某待打磨轨道的整个实测廓形和标准廓型的对比示意图，图3b为图3a所示的廓形图的局部放大图，如图所示，a为实测廓型，b为标准廓型。

已知单个打磨头打磨量V＝2.7282立方厘米每秒(mm³/s)，对应的打磨速度为15千米每小时(km/h)，计算得到打磨头的实际打磨面积S为：

S＝V÷v÷t＝0.6548mm²

打磨头的打磨角度为θ＝-65°，第一预设打磨深度为h₁₁＝0.1mm，首先假设打磨，则打磨头从实际钢轨打磨点(34.199,-9.356)打磨之后的第一打磨直线方程为：

y＝-2.145(x-34.199)-9.1194

离散化处理之后，利用三角形法计算第一打磨面积为S₁＝0.8245mm²，通过比较可知，S₁≠S。

若则给定权值q＝0.1，则第二预设打磨深度h₂＝h₁-q(S₁-S)＝0.083mm，计算打磨头从点(34.199,-9.356)打磨之后的第二打磨直线方程为：

y＝-2.145(x-34.199)-9.1667

离散化处理之后，利用三角形法计算第二打磨面积为S₂＝0.6124mm²，S₁₂≠S，则最终确定的实际打磨深度为：

$h=h_2+\frac{h_2-h_1}{S_2-S_1}\×(S-S_2)=0.0864mm.$

因此在打磨车确定走行速度和作业速度之后，单个打磨头从-65°角打磨的深度为0.0864mm。

本实施例提供的钢轨打磨头打磨深度计算方法，首先根据打磨角度和第一预设打磨深度，确定打磨头的第一打磨直线方程，然后根据打磨直线方程和实测廓型方程确定第一打磨面积，若第一打磨面积与根据打磨量确定的实际打磨面积不相等，根据预设的权值，对第一预设打磨深度进行修正，确定第二预设打磨深度，之后再根据第二预设打磨深度确定第二打磨面积，若第二打磨面积与实际打磨面积相等，则可确定第二预设打磨深度为打磨头的实际打磨深度，之后即可以第二预设打磨深度控制打磨头对待打磨轨道进行打磨处理，由于确定的打磨深度经过反复迭代和校验计算，使得确定的打磨深度准确度较高，从而使根据确定的打磨深度对待打磨的轨道进行打磨修正的精度较高。

图4为本发明实施例三提供的一种钢轨打磨头打磨深度计算装置的结构示意图。如图4所示，该钢轨打磨头打磨深度计算装置40，包括：第一确定模块41、判断模块42和第二确定模块43。

其中，第一确定模块41，用于根据打磨角度和第一预设打磨深度，确定打磨头的第一打磨直线方程，所述打磨角度为打磨直线在预设的坐标系中的倾斜角；所述第一确定模块41，还用于根据所述第一打磨直线方程和待打磨轨道的实测廓形方程，确定第一打磨面积；判断模块42，用于判断所述第一打磨面积与根据打磨量确定的实际打磨面积是否相等；第二确定模块43，用于若相等，则确定所述第一预设打磨深度为打磨头的实际打磨深度。

本实施例提供的钢轨打磨头打磨深度计算装置，用于执行上述实施例一提供的钢轨打磨头打磨深度计算方法，各模块的具体功能和具体执行流程可参照上述实施例一的详细描述，此处不再赘述。

本实施例提供的钢轨打磨头打磨深度计算装置，首先根据打磨角度和第一预设打磨深度，确定打磨头的第一打磨直线方程，然后根据打磨直线方程和实测廓型方程确定第一打磨面积，若第一打磨面积与根据打磨量确定的实际打磨面积相等，则可确定第一预设打磨深度为打磨头的实际打磨深度，之后即可以第一预设打磨深度控制打磨头对待打磨轨道进行打磨处理，由于确定的打磨深度经过校验计算，使得确定的打磨深度准确度较高，从而使根据确定的打磨深度对待打磨的轨道进行打磨修正的精度较高。

图5为本发明实施例五提供的另一种钢轨打磨头打磨深度计算装置的结构示意图。如图5所示，在上述图4所示的基础上，该装置还包括：

修正模块44，用于若不相等，则根据预设的权值对所述第一预设打磨深度进行修正，确定第二预设打磨深度；

所述第一确定模块41，还用于根据所述打磨角度和第二预设打磨深度，确定打磨头的第二打磨直线方程；

所述第一确定模块41，还用于根据所述第二打磨直线方程和待打磨轨道的实测廓形方程，确定第二打磨面积；

所述判断模块42，还用于判断所述第二打磨面积与根据打磨量确定的实际打磨面积是否相等；

所述第二确定模块43，还用于若相等，则确定所述第二预设打磨深度为打磨头的实际打磨深度。

具体的，修正模块44具体用于根据下式确定第二预设打磨深度：

h₂＝h₁-q(S₁-S)；

其中，h₂为第二预设打磨深度，h₁为第一预设打磨深度，q为预设的权值，S₁为第一打磨面积，S为实际打磨面积。

进一步地，第二确定模块43，还用于：

若不相等，则根据所述第一预设打磨深度、第二预设打磨深度、第一打磨面积和第二打磨面积，确定所述打磨头的实际打磨深度。

具体的，所述第二确定模块43，具体用于根据下式，确定打磨头的实际打磨深度：

$h=h_2+\frac{h_2-h_1}{S_2-S_1}\×(S-S_2);$

其中，h为实际打磨深度，h₂为第二预设打磨深度，h₁为第一预设打磨深度，S₁为第一打磨面积，S₂为第二打磨面积，S为实际打磨面积。

具体的，该钢轨打磨头打磨深度计算装置，用于执行上述实施例二提供的钢轨打磨头打磨深度计算方法，其各模块的功能、执行流程和有益效果，可参照上述实施例二的详细描述，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种钢轨打磨头打磨深度计算方法，其特征在于，包括：

根据打磨角度和第一预设打磨深度，确定打磨头的第一打磨直线方程，所述打磨角度为打磨直线在预设的坐标系中的倾斜角；

根据所述第一打磨直线方程和待打磨轨道的实测廓形方程，确定第一打磨面积；

判断所述第一打磨面积与根据打磨量确定的实际打磨面积是否相等；

若相等，则确定所述第一预设打磨深度为打磨头的实际打磨深度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述第一打磨面积与根据打磨量确定的实际打磨面积是否相等之后，还包括：

若不相等，则根据预设的权值对所述第一预设打磨深度进行修正，确定第二预设打磨深度；

根据所述打磨角度和第二预设打磨深度，确定打磨头的第二打磨直线方程；

根据所述第二打磨直线方程和待打磨轨道的实测廓形方程，确定第二打磨面积；

判断所述第二打磨面积与根据打磨量确定的实际打磨面积是否相等；

若相等，则确定所述第二预设打磨深度为打磨头的实际打磨深度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据预设的权值对所述第一预设打磨深度进行修正，确定第二预设打磨深度，包括：

h₂＝h₁-q(S₁-S)；

其中，h₂为第二预设打磨深度，h₁为第一预设打磨深度，q为预设的权值，S₁为第一打磨面积，S为实际打磨面积。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述判断所述第二打磨面积与根据打磨量确定的实际打磨面积是否相等之后，还包括：

若不相等，则根据所述第一预设打磨深度、第二预设打磨深度、第一打磨面积和第二打磨面积，确定所述打磨头的实际打磨深度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一预设打磨深度、第二预设打磨深度、第一打磨面积和第二打磨面积，确定所述打磨头的实际打磨深度，包括：

$h=h_2+\frac{h_2-h_1}{S_2-S_1}\×(S-S_2);$

其中，h为实际打磨深度，h₂为第二预设打磨深度，h₁为第一预设打磨深度，S₁为第一打磨面积，S₂为第二打磨面积，S为实际打磨面积。

6.一种钢轨打磨头打磨深度计算装置，其特征在于，包括：

第一确定模块，用于根据打磨角度和第一预设打磨深度，确定打磨头的第一打磨直线方程，所述打磨角度为打磨直线在预设的坐标系中的倾斜角；

所述第一确定模块，还用于根据所述第一打磨直线方程和待打磨轨道的实测廓形方程，确定第一打磨面积；

判断模块，用于判断所述第一打磨面积与根据打磨量确定的实际打磨面积是否相等；

第二确定模块，用于若相等，则确定所述第一预设打磨深度为打磨头的实际打磨深度。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

修正模块，用于若不相等，则根据预设的权值对所述第一预设打磨深度进行修正，确定第二预设打磨深度；

所述第一确定模块，还用于根据所述打磨角度和第二预设打磨深度，确定打磨头的第二打磨直线方程；

所述第一确定模块，还用于根据所述第二打磨直线方程和待打磨轨道的实测廓形方程，确定第二打磨面积；

所述判断模块，还用于判断所述第二打磨面积与根据打磨量确定的实际打磨面积是否相等；

所述第二确定模块，还用于若相等，则确定所述第二预设打磨深度为打磨头的实际打磨深度。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述修正模块具体用于根据下式确定第二预设打磨深度：

h₂＝h₁-q(S₁-S)；

其中，h₂为第二预设打磨深度，h₁为第一预设打磨深度，q为预设的权值，S₁为第一打磨面积，S为实际打磨面积。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块，还用于：

若不相等，则根据所述第一预设打磨深度、第二预设打磨深度、第一打磨面积和第二打磨面积，确定所述打磨头的实际打磨深度。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块，具体用于根据下式，确定打磨头的实际打磨深度：

$h=h_2+\frac{h_2-h_1}{S_2-S_1}\×(S-S_2);$

其中，h为实际打磨深度，h₂为第二预设打磨深度，h₁为第一预设打磨深度，S₁为第一打磨面积，S₂为第二打磨面积，S为实际打磨面积。