CN105648858A

CN105648858A - 钢轨打磨车的智能打磨控制方法

Info

Publication number: CN105648858A
Application number: CN201511020126.6A
Authority: CN
Inventors: 梁瑜; 马泳; 赵剑; 张志宏; 封全保
Original assignee: Beijing Erqi Railway Transportation Equipment Co Ltd
Current assignee: Beijing Erqi Railway Transportation Equipment Co Ltd
Priority date: 2015-12-29
Filing date: 2015-12-29
Publication date: 2016-06-08

Abstract

本发明提供了一种钢轨打磨车的智能打磨控制方法，包括通过钢轨打磨车检测待打磨钢轨的实际廓形，获得钢轨实测廓形数据；根据实测廓形数据以及确定的目标廓形数据，确定钢轨打磨参数，钢轨打磨参数中包括打磨车的作业速度、作业功率、所有打磨头的偏转角度及打磨次数；控制钢轨打磨车按照所述钢轨打磨参数进行打磨作业。本发明提供的钢轨打磨车的智能打磨控制方法，通过获取的钢轨打磨参数，可以准确、有效的控制钢轨打磨车按照钢轨打磨参数进行打磨作业，有效克服了现有的打磨车的打磨作业只针对钢轨的病害类型，根据专家经验而并没有明确的打磨作业目标廓形进行打磨的缺陷，进而实现了对打磨过程和打磨结果进行控制，提高了打磨作业的质量。

Description

钢轨打磨车的智能打磨控制方法

技术领域

本发明涉及轨道技术领域，具体涉及一种钢轨打磨车的智能打磨控制方法。

背景技术

现今国内外各城市轨道交通均在飞速发展，钢轨打磨技术由于具有明显延长钢轨寿命、改善行车平稳性和安全性等优点在世界各国铁路都得到了广泛应用。钢轨打磨车是钢轨打磨的主要工具，现有打磨车型根据打磨头个数分，主要有8个打磨头、16个打磨头、20个打磨头、48个打磨头，96个打磨头几种，各种车型都针对不同线路条件配置了多种打磨模式，对钢轨和道岔的各种病害进行修理。

现有技术中的打磨方法有两种：一种方法是打磨车上配置有多种打磨模式，每种打磨模式包含不同的打磨角度和打磨功率，可以针对性地打磨轨道的疲劳裂纹、碾压肥边、波浪磨耗、侧磨、剥离、掉块等各种钢轨(或道岔)病害，而打磨方案的选择依据是根据随车检测的数据和专家经验人为主观选择；另一种方法是不使用随车配置的打磨模式，直接根据随车检测的数据和专家经验，人为主观设定打磨的角度和功率、以及打磨车作业速度等参数。

然而，在实施本技术方案的过程中，发明人发现现有技术中的两种打磨方法有存在以下缺点：第一，打磨车的打磨作业只针对钢轨的病害类型，而并没有明确的打磨作业目标廓形；第二，两种打磨方法均过多的依赖专家经验，打磨过程和打磨结果都具有不可控性，不论是使用随车配置的打磨模式，还是手动输入打磨参数，打磨车检测的结果都只作为专家经验输入的一个参考因子，打磨策略的制定过程实际上完全没有用到检测的数据。

发明内容

本发明提供了一种钢轨打磨车的智能打磨控制方法，可以克服现有技术中存在的没有明确的打磨作业目标廓形，只根据专家经验进行打磨作业，使得打磨过程和打磨结果都具有不可控性的问题。

本发明是为了提供了一种钢轨打磨车的智能打磨控制方法，包括：

通过钢轨打磨车检测待打磨钢轨的实际廓形，获得钢轨实测廓形数据；

根据所述实测廓形数据以及确定的目标标准廓形数据，确定钢轨打磨参数，所述钢轨打磨参数中包括打磨车的作业速度、作业功率、所有打磨头的偏转角度以及打磨次数；

控制所述钢轨打磨车按照所述钢轨打磨参数进行打磨作业。

如上所述的钢轨打磨车的智能打磨控制方法，确定所述目标廓形数据具体包括：

在预设坐标系内，根据所述钢轨实测廓形数据，确定实测廓形函数；

根据预置标准廓形数据，确定标准廓形函数；

将所述实测廓形函数与所述标准廓形函数作差，获得比较值函数；

并根据预设的打磨位置参数与所述比较值函数获得多个比较值，根据所述多个比较值获取比较值的平均值；

根据所述平均值以及所述标准廓形函数，获得目标廓形函数。

如上所述的钢轨打磨车的智能打磨控制方法，根据所述平均值以及所述标准廓形函数，获得目标廓形函数，具体包括：

通过y_t＝y₁-z＝{y_t1,y_t2,...,y_tn}获得目标廓形函数y_t，其中，y₁为标准廓形函数，z为平均值；

具体的，通过获得平均值z，其中，m为正整数，i为正整数，且m≥i≥1；Δy_1i为由比较值函数获得的若干个小于0的离散比较值，其中，比较值函数为Δy＝y₁-y₂，其中，y₁为标准廓形函数，y₂为实测廓形函数。

如上所述的钢轨打磨车的智能打磨控制方法，确定所述每个打磨头的偏转角度具体包括：

在预设坐标系内，获取钢轨上所述实测廓形和目标廓形之间的最大差值；

将所述最大差值与预设阈值作比较；

若所述最大差值大于所述预设阈值，则在所述待打磨钢轨廓形上查找与所述最大差值相对应的打磨点；

根据所述打磨点与所述待打磨钢轨廓形，确定待打磨钢轨廓形的切线斜率，根据所述切线斜率，确定打磨头的偏转角度；

根据预设单个打磨头的打磨量和偏转角度计算待打磨钢轨廓形的打磨面积；根据所述打磨面积计算打磨头从所述偏转角度进行打磨之后的新廓形，所述新廓形为新的待打磨钢轨廓形；

获取钢轨上所述新的待打磨钢轨廓形和目标廓形之间的最大差值，并将所述最大差值与预设阈值作比较；

若所述最大差值大于所述预设阈值，则确定打磨头的新偏转角度。

如上所述的钢轨打磨车的智能打磨控制方法，所述获取钢轨上待打磨钢轨廓形和目标廓形之间的最大差值，具体包括：

检测待打磨钢轨的待打磨钢轨廓形，获得待打磨钢轨廓形数据，在预设的坐标系中，根据所述待打磨钢轨数据建立待打磨钢轨廓形函数；

获取目标廓形函数，将所述打磨钢轨廓形函数与所述目标廓形函数作差，获得差值函数；

根据所述差值函数，获取由所述差值函数获取的若干个差值中的最大差值。

如上所述的钢轨打磨车的智能打磨控制方法，将最大差值与预设阈值进行对比，还包括：

若最大差值小于或等于预设阈值，则控制所述钢轨打磨车停止打磨作业。

如上所述的钢轨打磨车的智能打磨控制方法，所述钢轨打磨参数还包括打磨量，确定打磨车的作业速度、作业功率以及打磨量具体包括：

在预设坐标系内，根据确定的目标廓形数据确定目标廓形函数；

在获得目标廓形函数之后，根据所述实测廓形函数和目标廓形函数，确定所述实测廓形与所述目标廓形之间的总面积；

获取钢轨打磨车的作业速度和功率，根据所述总面积、作业速度和功率，确定钢轨打磨车上的每个打磨头在单位时间内的打磨量。

如上所述的钢轨打磨车的智能打磨控制方法，所述钢轨打磨参数还包括打磨头的实际打磨深度，确定所述实际打磨深度具体包括：

在确定打磨头的偏转角度之后，获取第一预设打磨深度，根据所述偏转角度、第一预设打磨深度以及每个打磨头在单位时间内的打磨量，确定打磨头的第一打磨直线函数；

根据所述第一打磨直线函数和所述实测廓形函数，确定第一打磨面积；

判断所述第一打磨面积与根据所述打磨量确定的每个打磨头的实际打磨量是否相等；

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。

如上所述的钢轨打磨车的智能打磨控制方法，所述判断所述第一打磨面积与根据所述打磨量确定的每个打磨头的实际打磨量是否相等之后，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；

根据所述偏转角度和第二预设打磨深度，确定打磨头的第二打磨直线函数；

根据所述第二打磨直线函数和所述实测廓形函数，确定第二打磨面积；

判断所述第二打磨面积与根据所述打磨量确定的每个打磨头的实际打磨量是否相等；

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。

如上所述的钢轨打磨车的智能打磨控制方法，所述判断所述第二打磨面积与根据所述打磨量确定的实际打磨量是否相等之后，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。

如上所述的钢轨打磨车的智能打磨控制方法，根据所述打磨车的打磨头个数以及所有打磨头的偏转角度确定所述钢轨打磨参数中的打磨次数。

本发明提供的钢轨打磨车的智能打磨控制方法，通过获取的钢轨打磨参数，可以准确、有效的控制钢轨打磨车按照钢轨打磨参数进行打磨作业，有效的克服了现有技术中存在的打磨车的打磨作业只针对钢轨的病害类型，根据专家经验而并没有明确的打磨作业目标廓形进行打磨的缺陷，并且通过设置的包括目标廓形数据的钢轨打磨参数，有效的实现了对打磨过程和打磨结果进行控制，提高了打磨作业的质量，有利于推广与应用。

附图说明

图1为本发明一实施例所给出的钢轨打磨车的智能打磨控制方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例所给出的钢轨打磨车的智能打磨控制方法中确定目标廓形数据的流程示意图；

图3为本发明又一实施例所给出的钢轨打磨车的智能打磨控制方法的流程示意图；

图4为本发明另一实施例所给出的钢轨打磨车的智能打磨控制方法的流程示意图；

图5为本发明再一实施例所给出的钢轨打磨车的智能打磨控制方法的流程示意图；

图6为本发明实施例所给出的某打磨轨道的目标廓形图；

图7为本发明实施例所给出的某打磨轨道的打磨结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1为所给出的钢轨打磨车的智能打磨控制方法的流程示意图，参考附图1可知，本发明提供了一种钢轨打磨车的智能打磨控制方法，包括：

S101：通过钢轨打磨车检测待打磨钢轨的实际廓形，获得钢轨实测廓形数据；

其中，对于钢轨打磨车检测待打磨钢轨的实际廓形的检测方式不做限定，本领域技术人员可以根据具体的设计需求进行设置，如可以将钢轨打磨车上设置有检测装置，通过钢轨打磨车在待打磨钢轨上进行运行的方式来检测实测廓形数据；当然的，本领域技术人员还可以采用其他的检测方式，只要能够获得实测廓形数据即可，在此不再赘述。

S102：根据所述实测廓形数据以及确定的目标廓形数据，确定钢轨打磨参数，所述钢轨打磨参数中包括打磨车的作业速度、作业功率、所有打磨头的偏转角度及打磨次数；

其中，对于根据标准廓形数据和实测廓形数据确定目标廓形数据的具体方法不做限定，本领域技术人员可以根据具体的设计需求进行设置，如将实测廓形数据和标准廓形数据做差值比较，进而获得目标廓形数据，当然的，本领域技术人员还可以采用其他的方式方法，如可以根据专家经验获得较为精确的目标廓形数据，或者是通过现有技术中的其他方法获得较为准确的目标廓形数据均可，只要能够确定目标廓形数据即可，在此不再赘述；另外，对于钢轨打磨参数具体包括的内容不仅仅限于上述内容，本领域技术人员可以根据具体的设计需求进行设置，如可以将钢轨打磨参数设置为包括钢轨打磨车的打磨深度、打磨量等等，在此不再赘述。

另外，对于钢轨打磨参数中的打磨次数的确定方式不做限定，本领域技术人员可以根据具体的施工需求进行设置，如根据打磨车的工作能力或者打磨头的相关信息进行确认，较为优选的，将钢轨打磨参数中的打磨次数的确定设置为根据所述打磨车的打磨头的个数以及所有打磨头的偏转角度来确认；当然的，本领域技术人员还可以采用其他的方式进行确定打磨次数，只要能够根据获得的钢轨打磨参数可以有效的保证打磨质量，并提高打磨的工作效率即可，在此不再赘述。

S103：控制所述钢轨打磨车按照所述钢轨打磨参数进行打磨作业。

其中，对于控制钢轨打磨车根据钢轨打磨参数进行打磨作业的具体控制方法不做限定，本领域技术人员可以根据具体的设计需求进行设置，如可以将钢轨打磨参数数据统一输入到控制系统中，然后直接控制钢轨打磨车进行打磨作业；或者，可以根据钢轨打磨车的打磨点，依次控制钢轨打磨车对钢轨进行打磨作业等等；当然的，本领域技术人员还可以采用其他的控制方式，只要能够使得钢轨打磨车按照钢轨打磨参数进行打磨作业即可，在此不再赘述。

本实施例提供的钢轨打磨车的智能打磨控制方法，通过获取的钢轨打磨参数，可以准确、有效的控制钢轨打磨车按照钢轨打磨参数进行打磨作业，有效的克服了现有技术中存在的打磨车的打磨作业只针对钢轨的病害类型，根据专家经验进行打磨，使得打磨作业并没有明确的打磨作业目标廓形的缺陷，并且通过设置的包括目标廓形数据的钢轨打磨参数，有效的实现了对打磨过程和打磨结果进行控制，提高了打磨作业的质量，有利于推广与应用。

图2为所给出的钢轨打磨车的智能打磨控制方法中确定目标廓形数据的流程示意图，在上述实施例的基础上，参考附图2可知，本技术方案中对于确定钢轨打磨参数中的目标廓形数据的方法不做限定，本领域技术人员可以根据具体的设计需求进行设置，其中，较为优选的，将确定目标廓形数据设置为具体包括：

S1021：在预设坐标系内，根据钢轨实测廓形数据，确定实测廓形函数；

其中，本实施例中的预设坐标系为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，以竖直方向作为Y轴，进而构成的整个坐标系，需要注意的是，本技术方案中的其他坐标点与坐标值等均是以上述建立的坐标系为基准；此外，对于根据钢轨实测廓形数据确定实测廓形函数的具体确定方法不做限定，本领域技术人员可以根据具体的设计需求进行设置，如可以采用拟合法对获取的若干实测廓形数据进行拟合，获取实测廓形函数，具体的，可以采用最小二乘法、拉格朗日插值法、牛顿插值法、牛顿迭代法、区间二分法、弦截法、雅克比迭代法和牛顿科特斯数值积分法等拟合方法，只要能够实现通过对若干个实测廓形数据进行拟合，获得实测廓形函数即可，在此不再赘述。

具体的，将实测廓形函数设置为y₂＝f(x)；x＝{x₁,x₂,...,x_n}；

其中，n离散X轴的点的个数，x₁,x₂,...,x_n为离散X轴的各个点，y₂＝{y₂₁,y₂₂,...,y_2n}为对应X轴标准钢轨各个点的纵坐标值。

S1022：根据预置标准廓形数据，确定标准廓形函数；

其中，对于根据预设标准廓形数据确定标准廓形函数的具体确定方式不做限定，本领域技术人员可以根据具体的设计需求进行设置，当然的，本领域技术人员也可以采用上述确定实测廓形函数的方法来确定标准廓形函数，只要能够获得标准廓形函数即可，在此不再赘述。

具体的，将标准廓形函数设置为y₁＝f(x)；x＝{x₁,x₂,...,x_n}；

其中，n离散X轴的点的个数，x₁,x₂,...,x_n为离散X轴的各个点，y₁＝{y₁₁,y₁₂,...,y_1n}为对应X轴标准钢轨各个点的纵坐标值；

S1023：将实测廓形函数与标准廓形函数作差，获得比较值函数；

其中，将实测廓形函数与标准廓形函数进行作差处理，存在两种情况，即一种为用实测廓形函数减去标准廓形函数；另一种为用标准廓形函数减去实测廓形函数；对于上述两种情况，只是获得的比较值函数会存在正负符号的不同，因此，本领域技术人员可以根据具体的设计需求进行设置，只要能够获得比较值函数即可。

根据钢轨打磨车检测的钢轨实际廓形数据，将实际廓形与被检测轨道的标准廓形对齐，计算出标准廓形与实测廓形在每个x_i(i＝1,2,...,n)点的差值Δy，并获得比较值函数：Δy＝y₁-y₂＝{Δy₁,Δy₂,...,Δy_n}；

S1024：并根据预设的打磨位置参数与比较值函数获得多个比较值，根据多个比较值获取比较值的平均值；

其中，对于打磨位置参数的来源不做限定，本领域技术人员可以根据具体的设计需求进行设置，如可以将打磨位置参数设置为输入确定，或者将打磨位置参数设置为通过检测进行确定；当将打磨位置参数设置为通过输入确定时，则此时打磨车的打磨模式为需要预先将相应的打磨参数统一输入到打磨车的控制系统内，以实现控制打磨车的打磨作业状态；当打磨位置参数设置为通过检测确定时，则此时打磨车的打磨模式为在打磨车进行打磨作业的同时，检测打磨位置参数，使得检测位置参数和打磨作业为同时进行的；当然的，本领域技术人员还可以采用其他的设置方式，只要能够实现获得多个比较值获取比较值的平均值即可，在此不再赘述。

具体的，根据轮轨的最佳匹配关系，标准的轨头廓形是最佳的形状，因此，取Δy<0的所有值{Δy₁₁,Δy₁₂,...,Δy_1m,}，加和取平均值其中，m为正整数。

S1025：根据平均值以及标准廓形函数，获得目标廓形函数。

其中，对于上述获得目标廓形函数的具体过程不做限定，本领域技术人员可以根据具体的设计需求进行设置，其中，较为优选的，将根据平均值以及标准廓形函数，获得目标廓形函数，设置为具体包括：

通过y_t＝y₁-z＝{y_t1,y_t2,...,y_tn}获得目标廓形函数y_t，其中，y₁为标准廓形函数，z为平均值。

而对于平均值z而言，可以通过获得平均值z，其中，m为正整数，i为正整数，且m≥i≥1；Δy_1i为由比较值函数获得的若干个小于0的离散比较值，其中，比较值函数为Δy＝y₁-y₂，其中，y₁为标准廓形函数，y₂为实测廓形函数。

通过获取平均值，进而获得目标廓形函数，有效的实现了对实测廓形中的各个打磨点进行有效打磨，有效的克服了现有技术中，在没有目标廓形时，会出现的在不需要打磨作业的点还进行打磨，进而造成影响实测廓形，并浪费了时间成本和人力成本，因此，通过获得平均值获取的目标廓形函数，可以有效的实现了打磨过程和打磨结果的可控性，并且实现了将病害钢轨廓形打磨成为根据实测数据计算得到理想目标廓形的准确打磨，进一步提高了打磨作业质量。

图3为所给出的钢轨打磨车的智能打磨控制方法的流程示意图；在上述实施例的基础上，参考附图3可知，为了更好的控制打磨车的作业质量，可以对每个打磨头的偏转角度进行设置，具体的，确定所述每个打磨头的偏转角度具体包括：

S201：在预设坐标系内，获取钢轨上所述实测廓形和目标廓形之间的最大差值；

其中，对于最大差值的确定方式不做限定，本领域技术人员可以根据比较值函数利用数学方法来获取，也可以采用其他的方法来获取最大差值，只要能够获取最大差值即可，在此不再赘述；另外，通过获取的最大差值，可以确定实测廓形与目标廓形之间的最大厚度差，进而可以对通过钢轨打磨车对实测廓形进行打磨作业是进行有效的控制，避免了在不需要打磨的点还需要进行打磨情况的产生，提高了打磨作业的精确度。

具体的，寻找打磨面积S对应的打磨区域内实测廓形与目标廓形之间差值最大的值Δy_i，Δy_i∈{Δy₁,Δy₂,...,Δy_n}。

S202：将最大差值与预设阈值进行对比；

其中，该预设阈值为轨道在标准范围内可以存在的误差程度，该具体数值因不同的地形、地势而不同，如平原地区的轨道和山地地区的轨道的所允许存在的误差数值不同，而对于具体的预设阈值，本领域技术人员可以根据具体的施工需求进行设置，只要能够使得在预设阈值内，能够满足国家相应的标准即可，在此不再赘述。

S203：若所述最大差值大于所述预设阈值，则在所述待打磨钢轨廓形上查找与所述最大差值相对应的打磨点；

其中，当最大差值大于预设阈值时，则说明在预设坐标系中，实测廓形函数的高度大于目标廓形函数的高度，因此，将实测廓形打磨成为目标廓形，需要进行打磨作业。

具体的，给定一个阈值k，判定Δy_i与阈值k之间的关系，如果Δy_i<k，则打磨结束；如果Δy_i>k，则说明这点需要打磨，则需要计算出该点的偏斜角度θ₁；先寻找对应Δy_i的y_ti的X轴坐标x_ti∈{x₁,x₂,...,x_n}，再根据x_ti寻找实测廓形中对应的Y轴坐标y_ti，根据打磨点(x_ti,y_ti)和实测廓形确定该实测廓形的切线斜率k_i，切线斜率的计算公式为

S204：根据所述打磨点与所述待打磨钢轨廓形，确定待打磨钢轨廓形的切线斜率，根据所述切线斜率，确定打磨头的偏转角度。

由于切线斜率与偏转角度存在数学上的角度关系，具体的，根据上述获得的切线斜率k_i，即可确定相对应的偏斜角度θ₁＝arctg(k_i)，θ₁偏转角度；因此，在获得切线斜率的情况下，根据数据角度关系，即可获得打磨头的偏转角度，进而可以控制打磨头按照该偏转角度进行打磨，进而可以有效的实现打磨作业的精确度和可靠性，避免了对不该打磨处进行打磨情况的产生，进一步提高了打磨作业的质量。

S205：根据预设单个打磨头的打磨量和偏转角度计算待打磨钢轨廓形的打磨面积；根据所述打磨面积计算打磨头从所述偏转角度进行打磨之后的新廓形，所述新廓形为新的待打磨钢轨廓形；

S206：若最大差值小于或等于预设阈值，则控制钢轨打磨车停止打磨作业。

当最大比较值小于或等于预设阈值时，则说明在预设坐标系中，实测廓形函数的小于或等于目标廓形函数的高度，因此，不需要对实测廓形进行打磨作业，进而保证了打磨作业的有效性，避免了进行无效的打磨作业。

通过上述过程可知，当获得偏转角度之后，控制打磨车打磨头按照偏转角度进行打磨，获得经过打磨后的钢轨新的待打磨钢轨廓形，并采用上述步骤S201-S202的步骤，获取新的待打磨钢轨廓形与目标廓形的最大差值，并将最大差值与预设阈值进行比较，当最大差值大于预设阈值时，则说明打磨头的新的待打磨钢轨廓形仍然不满足预设标准，需要再次打磨，因此，根据所述新的待打磨钢轨廓形和目标廓形，采用上述步骤S203-S205的方式，获得新的偏转角度，依次循环迭代，则可以获得多个打磨车打磨头的偏转角度，直至最大差值小于或等于预设阈值时，则停止计算，则说明打磨头的钢轨廓形满足预设的标准，进而实现了对打磨头每次打磨的精确控制。

当最大比较值小于或等于预设阈值时，则说明在预设坐标系中，第一实测廓形函数的小于或等于目标廓形函数的高度，因此，不需要对第一实测廓形进行打磨作业，进而保证了打磨作业的有效性，避免了进行无效的打磨作业。

另外，本技术方案中对于最大差值的确定步骤不做限定，其中，较为优选的，将根据待打磨钢轨廓形和目标廓形，获取钢轨上待打磨钢轨廓形和目标廓形之间的最大差值，设置为具体包括：

S2021：检测待打磨钢轨的实测廓形，获得实测廓形数据，在预设的坐标系中，根据实测廓形数据建立实测廓形函数；

S2022：获取目标廓形函数，将实测廓形函数与目标廓形函数作差，获得差值函数；

S2023：根据差值函数，获取由差值函数获取的若干个差值中的最大差值。

其中，对于待打磨钢轨廓形函数以及目标廓形函数的具体建立过程可参考上述陈述内容，在此不再赘述；而对于，根据差值函数，获取最大差值的具体获取方式，本领域技术人员可以采用现有的数据方法进行获取，只要能够获得最大差值Δy_i＝max{Δy₁,Δy₂,...,Δy_n}即可，在此不再赘述。

图4为所给出的钢轨打磨车的智能打磨控制方法的流程示意图；在上述实施例的基础上，参考附图4可知，所述钢轨打磨参数还包括打磨量，确定打磨车的作业速度、作业功率以及打磨量具体包括：

S301：在预设坐标系内，根据确定的目标廓形数据确定目标廓形函数；

S302：根据实测廓形函数和目标廓形函数，确定实测廓形与目标廓形之间的总面积；

其中，本实施例中所说的总面积为在预设的坐标系内，上述实测廓形函数与目标廓形函数之间的面积；而对于具体的总面积的求取过程，本领域技术人员可以采用现有技术中的方式来获取，如将实测廓形与目标廓形进行作差处理等等，只要能够获得实测廓形与目标廓形之间的总面积即可，在此不再赘述。

S303：获取钢轨打磨车的作业速度和功率，根据总面积、作业速度和功率确定钢轨打磨车上的每个打磨头在单位时间内的打磨量。

其中，钢轨打磨车的作业速度与功率与钢轨打磨车的具体打磨能力有关，本领域技术人员可以根据上述技术获得的实测廓形与目标廓形之间的总面积，来确定钢轨打磨车的具体型号、以及作业速度和功率；而根据总面积、作业速度和功率，进而确定打磨量的具体方式不做限定，本领域技术人员可以根据具体的施工需求进行设置，只要能够获得打磨量即可，在此不再赘述。

通过获取每个打磨头在单位时间内的打磨量，可以有效的计算整个轨道的打磨时间，进而方便对轨道的打磨作业进行有效规划，进而提高了对钢轨打磨车进行打磨作业过程控制程度，同时提高了该控制方法的实用性和可靠性。

图5为所给出的钢轨打磨车的智能打磨控制方法的流程示意图；在上述实施例的基础上，参考附图5可知，所述钢轨打磨参数还包括打磨头的实际打磨深度，确定所述实际打磨深度具体包括：

S401：获取第一预设打磨深度，根据偏转角度、第一预设打磨深度以及每个打磨头在单位时间内的打磨量，确定打磨头的第一打磨直线函数；

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函数为：

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，也可以根据上述打磨角度计算方法计算得到。

S402：根据第一打磨直线函数和实测廓形函数，确定第一打磨面积；

其中，打磨轨道的实测廓形函数，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函数为：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。

第一直线函数与实测廓形函数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，而直线函数已知，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：

A B = a = \sqrt{{(x_{11} - x_{21})}^{2} + {(y_{11} - y_{21})}^{2}};

B C = b = \sqrt{{(x_{31} - x_{21})}^{2} + {(y_{31} - y_{21})}^{2}};

A C = 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。

S403：判断第一打磨面积与根据打磨量确定的每个打磨头的实际打磨量是否相等；

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。

S404：若相等，则确定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。

S405：若不相等，则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；

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)。

S406：根据偏转角度和第二预设打磨深度，确定打磨头的第二打磨直线函数；

S407：根据第二打磨直线函数和实测廓形函数，确定第二打磨面积；

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

S408：判断第二打磨面积与根据打磨量确定的每个打磨头的实际打磨量是否相等；

S409：若相等，则确定第二预设打磨深度为打磨头的实际打磨深度。

S410：若不相等，则根据第一预设打磨深度、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}} \times (S - S_{2}) .

本技术方案中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，进而提高了对钢轨打磨车的控制精度，提高了打磨作业的质量。

另外，为了更加准确的控制钢轨打磨车对轨道的打磨精度，可以多次进行多次打磨操作，并且也可以进行多次采集轨道的打磨量，如在经过一次打磨后，可以采用上述的方式获取打磨后的第二实测廓形y₂,将打磨后的第二实测廓形与目标廓形进行对比，获取上述两个廓形中每个点的较小值，即y_2-1＝min(y₂，y)。

其次，再以y_2-1作为新的实测廓形，重新实现上述步骤S101-S410的所有步骤，得到第二个打磨角度θ₂和在θ₂角度打磨一遍之后的廓形y_2-2；如此循环n₁次，直到新的廓形与目标廓形之间差值最大的值y_ti小于给定的阈值k，循环结束，得到n₁个打磨的角度(θ₁,θ₂,...,θ_n1)和打磨后的钢轨廓形y_2-n。

再次，将上述计算打磨后的钢轨廓形y_2-n的最大平面宽度b，判断平面宽度b超限值(b₁,b₂,...,b_m)，则在超限值角度处，加入给定角度值θ_i得到的角度(θ_n1+1,θ_n1+2,...,θ_n1+m)处，用低功率P_m打磨整形，得到最终钢轨廓形y_2-n+m使其满足验收标准；最大平面宽度b的每个平面宽度b_i计算公式为：根据钢轨廓形y_2-n相邻两点计算每点的斜率值，相同斜率值对应的X轴的长度即为最大平面宽度的一个值b_i∈b，X轴对应的标准钢轨廓形的角度即为最大平面宽度对应的角度。

进而得到的打磨角度为(θ₁,θ₂,...,θ_n1,θ_n1+1,θ_n1+2,...,θ_n1+m)；

然后，将打磨角度(θ₁,θ₂,...,θ_n1,θ_n1+1,θ_n1+2,...,θ_n1+m)和功率(P,P,...,P,P_m,P_m,...,P_m)输入打磨车控制系统，则可以实现钢轨的精确打磨，得到打磨的最终廓形y_2-n+m。

为了更加清楚本申请的技术方案，例举以下具体实施例进行说明。

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，计算出标准钢轨的参数化函数；以60kg/md的钢轨为例，其轨头部分的参数化函数为：

y_{1} = \{\begin{matrix} 20 (x + 35.4) - 14.1746, x &Element; [- 36.5, - 35.4); \\ - 14.7717 + \sqrt{13^{2} - {(x + 22.4165)}^{2}}, x &Element; [- 35.4, - 25.35); \\ - 80.044 + \sqrt{80^{2} - {(x + 7.2974)}^{2}}, x &Element; [- 25.35, - 9.951); \\ - 300 + \sqrt{300^{2} - x^{2}}, x &Element; [- 9.951, 9.951); \\ - 80.044 + \sqrt{80^{2} - {(x - 7.2974)}^{2}}, x &Element; [9.951, 25.35); \\ - 14.7717 + \sqrt{13^{2} - {(x - 22.4165)}^{2}}, x &Element; [25.35, 35.4); \\ - 20 (x - 35.4) - 14.1746, x &Element; [35.4, 36.5); \end{matrix}\}

对上述标准廓形参数化函数进行离散化，可得：

x＝{-36.5,-36.499,-36.498,......,36.498,36.499,36.5}；

y₁＝{-36.1746,-36.1546,-36.1346,......,-36.1346,-36.1546,-36.1746}。

其次，对目标轨道形状进行检测，计算打磨目标廓形。

利用北京二七轨道交通装备有限责任公司GMC-96_B型钢轨打磨车检测目前正在运用的某段60kg/m钢轨得到的检测值为：

x＝{-36.045,-35.64,-35.235,......,35.748,36.0790,36.41}；

对应点的纵坐标为：

y₂＝{-28.8946,-21.5946,-14.2946，......,-21.5742,-28.8742,-36.1742}；

将经过检测的实测廓形的检测值与标准60kg/m钢轨廓形的标准值进行对比，计算的差值为

Δy＝{1.82,2.62,1.6104,......,0.42,1.1,1.78}；

取出所有Δy<0的点，计算其平均值为z＝-0.2487；

则根据标准轨廓、实测轨廓和差值平均值，可以计算出目标轨廓为：

y_t＝{-28.8946,-21.5946,-14.2946,......,-21.5742,-28.8742,-36.1742}。

根据上述获得的具体参数，可以确定标准轨廓、实测轨廓和目标廓形的具体形状，具体可参考附图6所给出的某打磨轨道的目标廓形图，其中，线条A为目标廓形，线条B为标准廓形；其中，在附图7中，边框区域的左边为钢轨外侧，边框区域的右边为钢轨内侧，并且定义内侧角度为负值，外侧角度为正值，并且图中的线条A为目标廓形和打磨后的廓形(即较为优选的情况，打磨后的廓形与目标廓形相重合)，线条C为实测廓形。

之后，根据上述形状结果，确定打磨头的偏转角度范围，其中，打磨头的偏转角度范围可以包括手动选择，也可以通过差值Δy选择，这里手动选择为(-65°,2°)，上述具体范围为经验值；再利用四边形法计算打磨实测廓形与目标廓形之间面积S＝35.4338mm²，结合打磨车自身的打磨能力计算打磨车的作业速度v＝16km/h和功率P下对应的电流值为16A。

而对于通过上述Δy进行确定的具体过程包括：

首先，计算打磨车在作业速度v＝16km/h和功率P对应的电流16A下，将实测廓形打磨成为目标廓形的每个打磨头的偏转角度。

(a)寻找每个打磨头在打磨面积S＝0.6548mm²对应的打磨区域内实测廓形与目标廓形之间差值最大的值y_ti＝0.5354mm，其中S是根据S＝V÷v÷t公式计算得到的，其中，已知打磨量V＝2.7282mm³/s，作业速度v＝15km/h。

(b)给定一个阈值k＝0.08mm，y_ti>k，则这点需要打磨，计算其角度θ₁；首先在目标廓形函数中寻找对应y_ti的X轴坐标x_ti＝34.199，再根据x_ti寻找标准钢轨廓形中对应的Y轴坐标y_1i＝-9.356，计算标准钢轨对应点(34.199,-9.356)的斜率k_i，斜率的计算公式为：

k_{i} = \frac{{dy}_{1}}{d x} | x = x_{t i} = - 2.145;

则对应的θ₁为：

θ₁＝arctg(k_i)＝-64.9948°。

(c)通过获得的偏转角度，可以计算钢轨横截面从-64.9948°角度打磨面积S＝0.6548mm²所打磨的深度h₁，假设打磨深度为h₁₁＝0.1mm，计算打磨头从点(34.199,-9.356)打磨之后的直线函数为：

y＝-2.145(x-34.199)-9.1194；

利用四边形法计算实际打磨掉的面积为S₁₁＝0.8245mm²，S₁₁≠S，则给定权值q＝0.8，令h₁₂＝q×h₁₁＝0.08mm，计算打磨头从点(x_ti,y_ti)打磨之后的直线函数为：

y＝-2.145(x-34.199)-9.1667；

用四边形法计算实际打磨掉的面积为S₁₂＝0.6124，S₁₂≠S，则：

h_{1} = h_{12} + \frac{h_{12} - h_{11}}{S_{12} - S_{11}} \times (S - S_{12}) = 0.084.

(d)至此，即完成了上述一次打磨廓形的全部参数的获取，即可通过获取的参数来控制钢轨打磨车进行打磨作业；为了更好的对钢轨打磨车的打磨进行有效控制，可以多次测量打磨后的廓形参数，如计算实测廓形y₂在打磨一次后得到的廓形y_2-1，y_2-1为实测廓形y₂与打磨后廓形在每个点的较小值：y_2-1＝min(y₂，y)＝{-0.3288,-0.3033,-0.2778,......,-7.6992,-8.4092,-9.1192}；

然后再重新以y_2-1作为新的廓形，重新实现(a)-(d)；如此循环56次，新的廓形与目标廓形之间差值最大的值y_ti＝0.063，小于给定的阈值0.08，循环结束。得到56个打磨的角度(θ₁,θ₂,...,θ₅₆)和打磨后的钢轨廓形y_2-n。

具体的，(θ₁,θ₂,...,θ₅₆)＝(-64.9948°,-59.9948°,......,-40.0591°,-35.0591°)；

y_2-n＝{-0.3288,-0.3186,......,-8.6526,-9.2772}。

(f)计算打磨后的钢轨廓形y_2-n的最大平面宽度b，得到：

b＝(0.52,2.163,1.625,......,1.658,0.461)；

b的最大值为2.481，完全符合铁标TBT2658.22-2010“工务作业，第22部分：钢轨、道岔打磨车作业”中对打磨后最大平面宽度的要求，因此不需要进行低功率整形，于是最终得到的打磨角度为：

(θ₁,θ₂,...,θ₅₆)＝(-64.9948°,-59.9948°,......,-40.0591°,-35.0591°)。

最后，可以集体将打磨角度(-64.9948°,-59.9948°,......,-40.0591°,-35.0591°)和功率P对应的电流值(16A,16A,...,16A)输入打磨车控制系统，则可以实现钢轨的精确打磨，得到上图所示的结果，获得最终的打磨结果，具体形状结构可参考附图7所给出的某打磨轨道的打磨结果示意图。

本实施例提供的钢轨打磨车的智能打磨控制方法，通过获取的目标廓形数据，可以准确、有效的控制钢轨打磨车按照目标廓形数据进行打磨作业，有效的克服了现有技术中存在的打磨车的打磨作业只针对钢轨的病害类型，而并没有明确的打磨作业目标廓形的缺陷，并且通过设置的目标廓形数据，有效的实现了对打磨过程和打磨结果进行控制，提高了打磨作业的质量，有利于推广与应用。

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

1.一种钢轨打磨车的智能打磨控制方法，其特征在于，包括：

根据所述实测廓形数据以及确定的目标廓形数据，确定钢轨打磨参数，所述钢轨打磨参数中包括打磨车的作业速度、作业功率、所有打磨头的偏转角度及打磨次数；

控制所述钢轨打磨车按照所述钢轨打磨参数进行打磨作业。

2.根据权利要求1所述的钢轨打磨车的智能打磨控制方法，其特征在于，确定所述目标廓形数据具体包括：

根据预置标准廓形数据，确定标准廓形函数；

3.根据权利要求2所述的钢轨打磨车的智能打磨控制方法，其特征在于，根据所述平均值以及所述标准廓形函数，获得目标廓形函数，具体包括：

具体的，通过获得平均值z，其中，m为正整数，i为正整数，且m≥i≥1；Δy_1i为由比较值函数获得的若干个小于0的离散比较值，并且，比较值函数为Δy＝y₁-y₂，其中，y₁为标准廓形函数，y₂为实测廓形函数。

4.根据权利要求1所述的钢轨打磨车的智能打磨控制方法，其特征在于，确定所述每个打磨头的偏转角度具体包括：

将所述最大差值与预设阈值作比较；

5.根据权利要求4所述的钢轨打磨车的智能打磨控制方法，其特征在于，所述获取钢轨上待打磨钢轨廓形和目标廓形之间的最大差值，具体包括：

6.根据权利要求5所述的钢轨打磨车的智能打磨控制方法，其特征在于，将最大差值与预设阈值进行比较，还包括：

7.根据权利要求4所述的钢轨打磨车的智能打磨控制方法，其特征在于，所述钢轨打磨参数还包括打磨量，确定打磨车的作业速度、作业功率以及打磨量具体包括：

根据所述实测廓形函数和目标廓形函数，确定所述实测廓形与所述目标廓形之间的总面积；

根据所述总面积确定钢轨打磨车的作业速度和功率，根据所述总面积、作业速度和功率，确定钢轨打磨车上的每个打磨头在单位时间内的打磨量。

8.根据权利要求7所述的钢轨打磨车的智能打磨控制方法，其特征在于，所述钢轨打磨参数还包括打磨头的实际打磨深度，确定所述实际打磨深度具体包括：

9.根据权利要求8所述的钢轨打磨车的智能打磨控制方法，其特征在于，所述判断所述第一打磨面积与根据所述打磨量确定的每个打磨头的实际打磨量是否相等之后，还包括：

10.根据权利要求9所述的钢轨打磨车的智能打磨控制方法，其特征在于，所述判断所述第二打磨面积与根据所述打磨量确定的实际打磨量是否相等之后，还包括：

11.根据权利要求1-10中任意一项所述的钢轨打磨车的智能打磨控制方法，其特征在于，根据打磨车的打磨头个数以及所有打磨头的偏转角度确定所述钢轨打磨参数中的打磨次数。