CN105574349A - 钢轨打磨头打磨量的计算方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钢轨打磨头打磨量的计算方法和装置，首先确定待打磨轨道的实测廓型与打磨直线，围成的图形的面积，然后根据图形的面积及打磨头的打磨速度和打磨时间，确定打磨头的打磨量，根据确定的打磨量可对打磨头的打磨过程进行精确控制，从而对待打磨轨道的廓型进行准确的修正，打磨结果更准确，使打磨后的轨道更接近目标廓型。

Description

钢轨打磨头打磨量的计算方法和装置

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量的计算方法和装置。

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。这对专家的要求极高，而且根据专家的经验确定的打磨头的打磨量的方式，精度较低，很难实现将待打磨轨道的廓型进行准确的修正。

发明内容

本发明提供一种钢轨打磨头打磨量的计算方法和装置，用于解决现有技术中根据专家经验确定打磨头的打磨量的方式，精度较低，很难实现将待打磨轨道的廓型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量的计算方法，包括：

确定待打磨轨道的实测廓型与打磨直线，围成的图形的面积，所述打磨直线为打磨头打磨后在轨道横断面上形成的直线；

根据所述图形的面积及打磨速度和打磨时间，确定所述打磨头的打磨量。

本发明另一方面提供一种钢轨打磨头打磨量的计算装置，包括：

第一确定模块，用于确定待打磨轨道的实测廓型与打磨直线，围成的图形的面积，所述打磨直线为打磨头打磨后在轨道横断面上形成的直线；

第二确定模块，用于根据所述图形的面积及打磨速度和打磨时间，确定所述打磨头的打磨量。

本发明提供的钢轨打磨头打磨量的计算方法和装置，首先确定待打磨轨道的实测廓型与打磨直线，围成的图形的面积，然后根据图形的面积及打磨头的打磨速度和打磨时间，确定打磨头的打磨量，根据确定的打磨量可对打磨头的打磨过程进行精确控制，从而对待打磨轨道的廓型进行准确的修正，打磨结果更准确，使打磨后的轨道更接近目标廓型。

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量的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量的计算方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的将实测廓型和打磨直线围成的图形进行分割处理的示意图；

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流程示意图。

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量的计算方法的流程示意图。如图1所示，该方法包括：

S100，确定待打磨轨道的实测廓型与打磨直线，围成的图形的面积，所述打磨直线为打磨头打磨后在轨道横断面上形成的直线。

S110，根据所述图形的面积及打磨速度和打磨时间，确定所述打磨头的打磨量。

本实施例提供的钢轨打磨头打磨量的计算方法的执行主体为，钢轨打磨头打磨量的计算装置，以下简称装置，该装置可以设置在钢轨打磨车的控制室内，也可以设置在轨道地面的维护控制室内，由该装置确定了轨道打磨车打磨头的打磨量后，将确定的打磨量发送给打磨车，从而使打磨车根据确定的打磨量对轨道进行打磨处理，本实施例对此不做限定。

其中，待打磨轨道的实测廓型，可以是根据现有测量方法确定的，也可以是该装置对待打磨轨道进行测量确定的，本实施例对此不做限定。

实际使用时，打磨车在恒速运动系统控制下，以恒定低速在待打磨轨道上运动，从而对待打磨轨道进行打磨处理。实际待打磨的轨道廓形是不规则的形状，而单个磨头打磨钢轨横断面廓形后的效果为一条直线，直线与不规则待打磨轨道的实测廓形所围成的面积即为单个磨头所磨削掉的面积。打磨过程中，每个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，所以打磨量的计算等价于打磨面积的计算。

具体的，在确定待打磨轨道的实测廓型和打磨头对应的打磨直线围成的图形的面积时，可以根据图形的形状选择合适的计算方法，比如，若待打磨轨道的实测廓型近似部分圆形，则可以结合圆形和三角形的面积计算公式，确定围成图形的面积，或者，若待打磨轨道的实测廓型近似部分椭圆，则可以结合椭圆的计算公式，确定围成图形的面积等等，本实施例对此不做限定。在确定了打磨头的打磨量后，即可对打磨头的打磨过程进行精确控制，从而对待打磨轨道的廓型进行准确的修正，打磨结果更准确，使打磨后的轨道更接近目标廓型。

本实施例提供的钢轨打磨头打磨量的计算方法，首先确定待打磨轨道的实测廓型与打磨直线，围成的图形的面积，然后根据图形的面积及打磨头的打磨速度和打磨时间，确定打磨头的打磨量，根据确定的打磨量可对打磨头的打磨过程进行精确控制，从而对待打磨轨道的廓型进行准确的修正，打磨结果更准确，使打磨后的轨道更接近目标廓型。

通过上述分析可知，在确定待打磨轨道的实测廓型与打磨直线围成的图像的面积时，可以根据图形的形状选择合适的计算方法，比如，结合圆形和三角形的面积计算公式、或者椭圆形的面积计算公式等对图形的面积进行计算，下面结合图2对利用三角形的面积公式，确定图形的面积的方法进行进一步的说明。

图2为本发明实施例二提供的另一种钢轨打磨头打磨量的计算方法的流程示意图。如图2所示，上述S100，包括：

S101，将所述实测廓型与打磨直线围成的图形，进行分割处理，得到N个三角形，所述N个三角形中每个三角形的至少M个第一顶点在所述实测廓型上，且3-M个第二顶点在打磨直线上，其中，N为大于1的正整数，M为小于3的正整数。

具体的，将实测廓型与打磨直线围成的图形进行分割处理时，可以首先实测廓型与打磨直线的一个交点处开始，延X轴方向在实测廓型或打磨直线上，依次选取三角形的顶点，比如先在实测廓型上选取一个顶点，在打磨直线上选取两个顶点，然后再在实测廓型上选取两个顶点，在打磨直线上选取一个顶点，依次类推，直至将实测廓型和打磨直线围成的图像分割成有限数量的三角形。

S102，根据所述M个第一顶点和3-M个第二顶点的坐标值，确定N个三角形的面积。

具体的，上述S102之前，还包括：

S102a，在预设的坐标系内，获取所述M个第一顶点和3-M个第二顶点的坐标值。

举例来说，在确定第一顶点和第二顶点的坐标值时，可以首先建立一个坐标系。举例来说，可以在轨道的目标廓型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，建立坐标系，之后基于建议的坐标系，将获取的待打磨轨道的实测廓型进行参数化处理，在坐标系下，计算出实测钢轨的参数化方程。

假设以标准钢轨横截面的一个顶角为原点建立坐标系，以水平方向为x轴，竖直方向为y轴，待打磨轨道的实测廓型参数化方程为：y₁＝f(x)。

其中，x＝{x₁，x₂，...，x_n}，n为实测廓型上离散的点的个数，x₁，x₂，...，x_n为各个离散点在x轴上的坐标值，y₁＝{y₁₁，y₁₂，...，y_1n}为实测廓型上与各x值对应的纵坐标值。

另外，在确定打磨直线的参数化方程时，可以首先根据实测廓型、目标廓型和打磨头的位置，确定打磨头的打磨角度，之后根据打磨角度确定打磨直线，之后再确定打磨直线在预设的坐标系中的参数化方程。假设打磨直线方程为：y₂＝g(x)。

其中，x＝{x₁，x₂，...，x_n}，n为打磨直线上离散的点的个数，x₁，x₂，...，x_n为各个离散点在x轴方向的坐标值，y₂＝{y₂₁，y₂₂，...，y_2n}为打磨直线上与各x值对应的纵坐标值。

在确定了实测廓型和打磨直线的参数方程后，在对实测廓型和打磨直线围成的图形进行分割处理时，即可在实测廓型和打磨直线上，沿X轴方向依次选择第一顶点和第二顶点，组成相应的三角形。

假设任意一个三角形ABC的第一顶点A的坐标为(x₁₁,y₁₁)，第二顶点B和C的坐标分别为(x₂₁,y₂₁)和(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

S_ABC＝[p(p-a)(p-b)(p-c)]^1/2

S103，根据所述N个三角形的面积，确定所述待打磨轨道的实测廓型与打磨直线，围成的图形的面积。

可以理解的是，在将图形进行分割处理时，分割的三角形个数越多，即N越大，N个三角形面积可以近似等于实测廓形与打磨直线围成的区间面积。

在确定实测廓型和打磨直线围成的图形的面积后，即可根据图形的面积及打磨速度和打磨时间，确定所述打磨头的打磨量。假设打磨头的打磨量为V，S为待打磨轨道的实测廓型与打磨直线围成的图形的面积，v为打磨头的打磨速度，t为打磨时间。

则V＝S×v×t。

下面结合某段轨道的实测廓型，对上述钢轨打磨头打磨量的计算方法的计算过程进行仔细的说明。

首先，以标准钢轨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，对获取的某正在运营铁路某段带肥边钢轨的实测廓型进行参数化处理后，确定该实测廓型的参数化方程为：

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。

然后，为了直观表示，将打磨量放大400倍，将打磨直线参数化后，得到的打磨直线方程为：y₂＝0.6(x+20)-5；

再次，从实测廓形和打磨直线中分别取1个或者2个点，组合成三角形，将打磨掉的区域分割为有限个三角形，如图3所示。图3为本发明实施例提供的将实测廓型和打磨直线围成的图形进行分割处理的示意图。图3中，将实测廓形弧线a和打磨直线b围成的区域分解为三角形△ABC、△BCD、△CDE、△DEF、△EFG五个三角形，其中各个点的坐标为：

A(-38,-15),B(-37,-10),C(-30,-14),D(-35,5),E(-25,-10),F(-27,-1),G(-10,-5)。

计算三角形△ABC的面积：A(-38,-15),B(-37,-10),C(-30,-14)

则，AB＝a＝5.099毫米(mm)，BC＝b＝8.0623mm，AC＝c＝8.0623mm

则p＝10.6118mm，因此，三角形ABC的面积为

S_ABC＝[p(p-a)(p-b)(p-c)]^1/2＝19.5mm²

同样的方法可以计算其他三角形的面积为：

S_BCD＝21.5mm²；S_CDE＝32.5mm²；S_DEF＝40mm²；S_EFG＝72.5mm²；

则区间的面积为所有三角形面积之和：

S＝S_ABC+S_BCD+S_CDE+S_DEF+S_EFG＝186mm²

列车作业速度为9km/h，则打磨车单位时间的打磨量为：

V÷400＝186mm²×9km/h×1s÷400＝1.1625mm²

之后，即可根据计算得到的打磨量，对该打磨头的打磨过程进行控制，从而对待打磨轨道的廓型进行准确的修正，打磨结果更准确，使打磨后的轨道更接近目标廓型。

本实施例提供的钢轨打磨头打磨量的计算方法，通过将待打磨轨道的实测廓型与打磨直线，围成的图形进行分割处理，得到有限数量的三角形，之后通过计算各三角形的面积，确定待打磨轨道的实测廓型与打磨直线围成的图形的面积，然后根据图形的面积及打磨头的打磨速度和打磨时间，确定打磨头的打磨量，根据确定的打磨量可对打磨头的打磨过程进行精确控制，从而对待打磨轨道的廓型进行准确的修正，打磨结果更准确，使打磨后的轨道更接近目标廓型。

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。如图4所示，该钢轨打磨头打磨量的计算装置40，包括：第一确定模块41和第二确定模块42。

其中，第一确定模块41，用于确定待打磨轨道的实测廓型与打磨直线，围成的图形的面积，所述打磨直线为打磨头打磨后在轨道横断面上形成的直线；第二确定模块42，用于根据所述图形的面积及打磨速度和打磨时间，确定所述打磨头的打磨量。

具体的，本实施例提供的钢轨打磨头打磨量的计算装置，用于执行上述实施例提供的钢轨打磨头打磨量的计算方法，该装置中各模块的具体功能和执行过程，可参照上述实施例一或二的详细描述，此处不再赘述。

其中，上述第一确定模块41，具体用于：

将所述实测廓型与打磨直线围成的图形，进行分割处理，得到N个三角形，所述N个三角形中每个三角形的至少M个第一顶点在所述实测廓型上，且至少3-M个第二顶点在打磨直线上，其中，N为大于1的正整数，M为小于3的正整数；

根据所述M个第一顶点和3-M个第二顶点的坐标值，确定N个三角形的面积；

根据所述N个三角形的面积，确定所述待打磨轨道的实测廓型与打磨直线，围成的图形的面积。

另外，上述打磨量为V＝S×v×t；

其中，S为待打磨轨道的实测廓型与打磨直线围成的图形的面积，v为打磨头的打磨速度，t为打磨时间。

本实施例提供的钢轨打磨头打磨量的计算装置，首先确定待打磨轨道的实测廓型与打磨直线，围成的图形的面积，然后根据图形的面积及打磨头的打磨速度和打磨时间，确定打磨头的打磨量，根据确定的打磨量可对打磨头的打磨过程进行精确控制，从而对待打磨轨道的廓型进行准确的修正，打磨结果更准确，使打磨后的轨道更接近目标廓型。

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。如图5所示，在上述图4的基础上，该钢轨打磨头打磨量的计算装置40，还包括：

获取模块51，用于在预设的坐标系内，获取所述M个第一顶点和3-M个第二顶点的坐标值。

第三确定模块52，用于根据所述打磨头的打磨角度，确定所述打磨直线。

本实施例提供的钢轨打磨头打磨量的计算装置，用于执行上述实施例二提供的钢轨打磨头打磨量的计算方法，该装置中各模块的具体功能和有益效果，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量的计算方法，其特征在于，包括：

确定待打磨轨道的实测廓型与打磨直线，围成的图形的面积，所述打磨直线为打磨头打磨后在轨道横断面上形成的直线；

根据所述图形的面积及打磨速度和打磨时间，确定所述打磨头的打磨量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定待打磨轨道的实测廓型与打磨直线，围成的图形的面积，包括：

将所述实测廓型与打磨直线围成的图形，进行分割处理，得到N个三角形，所述N个三角形中每个三角形的至少M个第一顶点在所述实测廓型上，且3-M个第二顶点在打磨直线上，其中，N为大于1的正整数，M为小于3的正整数；

根据所述M个第一顶点和3-M个第二顶点的坐标值，确定N个三角形的面积；

根据所述N个三角形的面积，确定所述待打磨轨道的实测廓型与打磨直线，围成的图形的面积。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述M个第一顶点和3-M个第二顶点的坐标，确定每个三角形的面积之前，还包括：

在预设的坐标系内，获取所述M个第一顶点和3-M个第二顶点的坐标值。

4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述确定待打磨轨道的实测廓型与打磨直线，围成的图形的面积之前，还包括：

根据所述打磨头的打磨角度，确定所述打磨直线。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述打磨量V为：

V＝S×v×t；

其中，S为待打磨轨道的实测廓型与打磨直线围成的图形的面积，v为打磨头的打磨速度，t为打磨时间。

6.一种钢轨打磨头打磨量的计算装置，其特征在于，包括：

第一确定模块，用于确定待打磨轨道的实测廓型与打磨直线，围成的图形的面积，所述打磨直线为打磨头打磨后在轨道横断面上形成的直线；

第二确定模块，用于根据所述图形的面积及打磨速度和打磨时间，确定所述打磨头的打磨量。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块，具体用于：

将所述实测廓型与打磨直线围成的图形，进行分割处理，得到N个三角形，所述N个三角形中每个三角形的至少M个第一顶点在所述实测廓型上，且至少3-M个第二顶点在打磨直线上，其中，N为大于1的正整数，M为小于3的正整数；

根据所述M个第一顶点和3-M个第二顶点的坐标值，确定N个三角形的面积；

根据所述N个三角形的面积，确定所述待打磨轨道的实测廓型与打磨直线，围成的图形的面积。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：

获取模块，用于在预设的坐标系内，获取所述M个第一顶点和3-M个第二顶点的坐标值。

9.根据权利要求6-8任一所述的装置，其特征在于，还包括：

第三确定模块，用于根据所述打磨头的打磨角度，确定所述打磨直线。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述打磨量V为

V＝S×v×t；

其中，S为待打磨轨道的实测廓型与打磨直线围成的图形的面积，v为打磨头的打磨速度，t为打磨时间。