CN106968143A - 一种自动换轨控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动换轨控制系统，包括：设置在换轨车底部，对钢轨进行收放操作的换轨机构，换轨机构包括两个以上沿换轨车作业方向设置的收放装置，收放装置包括比例阀及与比例阀相连的油缸；设置在收放装置上，在换轨车作业走行过程中检测钢轨相对铁路道钉位移量的图像检测装置；设置在收放装置上，检测油缸动作行程的位移传感器；与图像检测装置、位移传感器，以及比例阀相连的控制系统，控制系统获取钢轨相对铁路道钉的位移量，并根据位移传感器的检测值对比例阀的电源和信号输入进行控制，从而实现油缸的动作控制。本发明能够解决现有铁路换轨施工作业方式基本靠人力或人工现场控制，人工劳动强度大，且需要较多工作人员的技术问题。

Description

一种自动换轨控制系统

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换轨车的自动换轨控制系统。

背景技术

在铁路工程领域，铁路钢轨达到一定寿命期限需要及时进行更换，我国目前铁路大修或者整修，进行铁路换轨作业时，主要是采用在天窗点内采用人工换轨或者机械换轨的方式。人工换轨方法需要施工人数多、作业效率低、劳动强度大，容易发生安全事故，在大修施工中已经运用的越来越少。而机械换轨是采用换轨设备或者换轨车对钢轨进行更换，现有换轨车通过人为方式操作各作业机构，通过开关直接作用于某个机构，实现对新旧钢轨点对点的控制，从而达到换轨的效果。这两种换轨方式都存在作业效率低下、人工劳动强度大，且要求人力较多的技术缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种自动换轨控制系统，以解决现有铁路换轨施工作业方式基本靠人力或人工现场控制，人工劳动强度大，且需要较多工作人员的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种自动换轨控制系统的技术实现方案，一种自动换轨控制系统，包括：

设置在换轨车底部，用于对钢轨进行收放操作的换轨机构，所述换轨机构包括两个以上沿换轨车作业方向设置的收放装置，所述收放装置包括比例阀及与所述比例阀相连的油缸；

设置在所述收放装置上，用于在换轨车作业走行过程中检测钢轨相对铁路道钉位移量的图像检测装置；

设置在所述收放装置上，用于检测所述油缸动作行程的位移传感器；

与所述图像检测装置、位移传感器，以及所述比例阀分别相连的控制系统，所述控制系统获取钢轨相对铁路道钉的位移量，并根据所述位移传感器的检测值对所述比例阀的电源和信号输入进行控制，从而实现所述油缸的动作控制。

优选的，所述换轨机构包括沿换轨车作业方向从后至前依次设置的第六收放装置、第五收放装置、第四收放装置、第三收放装置、第二收放装置和第一收放装置。所述位移传感器设置在所述第六收放装置、第五收放装置、第四收放装置、第三收放装置和第二收放装置上。由所述第三收放装置、第四收放装置实现旧钢轨的起轨和分轨，由所述第一收放装置、第二收放装置、第五收放装置和第六收放装置实现新钢轨的分轨和入槽。

优选的，所述图像检测装置包括设置在所述第三收放装置的左侧或右侧，用于检测所述旧钢轨位置的第一图像检测装置，以及设置在所述第六收放装置的左侧和右侧，用于检测所述新钢轨位置的一对第二图像检测装置。

优选的，所述图像检测装置包括设置在所述第三收放装置的左侧或右侧，用于检测所述旧钢轨位置的第一图像检测装置，以及设置在所述第五收放装置的左侧和右侧，用于检测所述新钢轨位置的一对第二图像检测装置。

优选的，所述图像检测装置包括设置在所述第二收放装置的左侧或右侧，用于检测所述旧钢轨位置的第一图像检测装置，以及设置在所述第五收放装置的左侧和右侧，用于检测所述新钢轨位置的一对第二图像检测装置。

优选的，所述图像检测装置包括设置在所述第二收放装置的左侧或右侧，用于检测所述旧钢轨位置的第一图像检测装置，以及设置在所述第六收放装置的左侧和右侧，用于检测所述新钢轨位置的一对第二图像检测装置。

优选的，所述控制系统还与开关控制输入端相连，所述开关控制输入端用于输入换轨车工况选择，换轨车工况包括手动作业、自动作业及走行工况。手动作业工况为手动点对点进行各收放装置的控制。自动作业工况为所述控制系统根据所述图像检测装置的检测自动完成各收放装置的控制，实现自动换轨。走行工况为非作业状态。

优选的，所述控制系统包括横移保护控制单元，当检测到换轨车工况选择输入为手动作业工况时，所述横移保护控制单元控制所述收放装置的比例阀电源开启，使得所述比例阀供电正常，并等待手动输入命令。当检测换轨车工况选择输入为自动作业工况时，所述横移保护控制单元进行位移检测数据分析，若未出现所述图像检测装置的检测数据超出设定范围或所述位移传感器出现异常，则所述横移保护控制单元控制所述比例阀的电源开启，使得比例阀供电正常。若出现所述图像检测装置的检测数据超出设定范围，则默认检测数据有误，所述横移保护控制单元进入保护程序状态，所述比例阀供电失效，所述收放装置无法进行移动。

优选的，所述控制系统包括横移位移控制单元，当检测到换轨车工况选择输入为手动作业工况时，则所述横移位移控制单元根据手动作业相关手动输入命令向所述收放装置输出相应的控制信号，所述比例阀接收到控制信号，若此时所述横移保护控制单元未进入保护程序状态，则所述比例阀的输出动作，实现油缸的定量移动。当检测到换轨车工况选择输入为自动作业工况时，所述横移位移控制单元根据所述位移传感器的检测值及该位移传感器相对应的所述收放装置的位移给定值，并利用PID控制算法对各收放装置单独进行精准位移控制。所述横移位移控制单元根据经过PID计算后的输出信号直接控制各收放装置的比例阀，从而实现位移量的精准控制。

优选的，所述自动换轨控制系统能满足作业速度不低于8Km/h的自动换轨控制。

通过实施上述本发明提供的自动换轨控制系统的技术方案，具有如下有益效果：

(1)本发明通过对收放装置横向位移的精准控制，可以实现换轨车换轨作业的高度自动化，减少换轨施工人员，节约人力成本；

(2)本发明可以大大降低换轨机构的误动作，可以实现换轨作业的安全可靠、连续化作业；

(3)本发明实现了换轨作业的自动化，换轨作业安全保护，可以提高作业速度，进一步提高作业效率。

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是本发明自动换轨控制系统一种具体实施例的结构组成示意图；

图2是基于本发明系统的自动换轨控制方法一种具体实施例的程序流程示意图；

图3是本发明自动换轨控制系统一种具体实施例的控制结构框图；

图中：1-第一收放装置，2-第二收放装置，3-第三收放装置，4-第四收放装置，5-第五收放装置，6-第六收放装置，7-分轨导框，8-前转向架，9-后转向架，10-第一图像检测装置，11-第二图像检测装置，12-承轨槽，13-新钢轨，14-内放旧钢轨，15-外放旧钢轨，16-控制点，20-控制系统，21-横移保护控制单元，22-横移位移控制单元，100-换轨机构，200-图像检测装置，300-位移传感器，400-开关控制输入端。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下：

换轨车：一种利用计算机系统控制的自动换轨铁设备；

PID控制：比例、积分、微分控制的简称；

换轨机构：一种用于换轨车上，能够夹持钢轨并进行上下、左右移动的装置；

图像检测装置：一种用于基于图像处理技术对铁路道钉位置进行检测的装置。

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3所示，给出了本发明自动换轨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。

实施例1

如附图1所示，一种自动换轨控制系统的具体实施例，包括：

设置在换轨车底部，用于对钢轨进行收放操作的换轨机构100，换轨机构100包括两个以上沿换轨车作业方向(如附图1中A所示的方向)设置的收放装置，收放装置包括比例阀及与比例阀相连的油缸；

设置在收放装置上，用于在换轨车作业走行过程中检测钢轨相对铁路道钉位移量的图像检测装置200；

设置在收放装置上，用于检测油缸动作行程的位移传感器300；

与图像检测装置200、位移传感器300，以及比例阀分别相连的控制系统20，控制系统20获取钢轨相对铁路道钉的位移量，并根据位移传感器300的检测值对比例阀的电源和信号输入进行控制，从而实现油缸的动作控制。

在附图1中，分轨导框7、后转向架9、第六收放装置6、第五收放装置5、第四收放装置4、第三收放装置3、第二收放装置2、第一收放装置1和前转向架8沿换轨车作业方向从后至前依次设置在换轨车的底部，12为承轨槽，13为新钢轨，14为内放旧钢轨，15为外放旧钢轨，16为钢轨在收放装置上的控制点，L为钢轨的左侧，R为钢轨的右侧。其中，由第三收放装置3、第四收放装置4实现旧钢轨的起轨和分轨，由第一收放装置1、第二收放装置2、第五收放装置5和第六收放装置6实现新钢轨13的分轨和入槽。

图像检测装置200进一步包括设置在第三收放装置3(或第二收放装置2)的左侧或右侧，用于检测旧钢轨位置的第一图像检测装置10，以及设置在第六收放装置6(或第五收放装置5)的左侧和右侧，用于检测新钢轨13位置的一对第二图像检测装置11。位移传感器300进一步设置在第六收放装置6、第五收放装置5、第四收放装置4、第三收放装置3和第二收放装置2上。

如附图3所示，控制系统20还与开关控制输入端400相连，开关控制输入端400用于输入换轨车工况选择，换轨车工况包括手动作业、自动作业及走行工况。手动作业工况为手动点对点进行各收放装置的控制。自动作业工况为控制系统20根据图像检测装置200的检测自动完成各收放装置的控制，实现自动换轨。走行工况为非作业状态。

控制系统20还进一步包括横移保护控制单元21，当检测到换轨车工况选择输入为手动作业工况时，横移保护控制单元21控制收放装置的比例阀电源开启，使得比例阀供电正常，并等待手动输入命令。当检测换轨车工况选择输入为自动作业工况时，横移保护控制单元21进行位移检测数据分析，若未出现图像检测装置200的检测数据超出设定范围或位移传感器300出现异常，则横移保护控制单元21控制比例阀的电源开启，使得比例阀供电正常。若出现图像检测装置200的检测数据超出设定范围，则默认检测数据有误，横移保护控制单元21进入保护程序状态，比例阀供电失效，收放装置无法进行移动。

控制系统20还进一步包括横移位移控制单元22，当检测到换轨车工况选择输入为手动作业工况时，则横移位移控制单元22根据手动作业相关手动输入命令向收放装置输出相应的控制信号，比例阀接收到控制信号，若此时横移保护控制单元21未进入保护程序状态，则比例阀的输出动作，实现油缸的定量移动。当检测到换轨车工况选择输入为自动作业工况时，横移位移控制单元22根据位移传感器300的检测值及该位移传感器300相对应的收放装置的位移给定值，并利用PID控制算法对各收放装置单独进行精准位移控制。横移位移控制单元22根据经过PID计算后的输出信号直接控制各收放装置的比例阀，从而实现位移量的精准控制。

本发明具体实施例描述的技术方案提出了一种应用于换轨车的自动换轨控制系统，具有钢轨位置自动检测功能，其将图像检测装置获取的钢轨相对于道钉的位移偏差作为输入信号，采用基于PID控制的方式实现对各换轨装置的油缸横移量的精确、自动控制，能够实现铁路换轨的自动化作业，能够满足作业速度不低于8Km/h的自动换轨控制需求，大大提高了换轨效率。同时，系统具有作业安全保护功能，能够在检测机构误检、位移传感器损坏的情况下保证作业安全，防止误检、漏检等原因造成的作业安全事故发生。

实施例2

如附图2所示，一种基于上述系统的自动换轨控制方法的具体实施例，自动换轨控制系统包括设置在换轨车底部，用于对钢轨进行收放操作的换轨机构100，换轨机构100包括两个以上沿换轨车作业方向设置的收放装置，收放装置包括比例阀及与比例阀相连的油缸。自动换轨控制方法包括以下步骤：

A)图像检测装置200在换轨车作业走行过程中检测钢轨相对铁路道钉的位移量；

B)位移传感器300检测收放装置的油缸动作行程；

C)控制系统20获取钢轨相对铁路道钉的位移量，并根据位移传感器300的检测值对比例阀的电源和信号输入进行控制，从而实现油缸的动作控制；

D)控制系统20通过控制油缸的动作实现对钢轨的收放操作。

自动换轨控制方法还进一步包括开关控制输入过程，开关控制输入过程用于输入换轨车工况选择，换轨车工况包括手动作业、自动作业及走行工况。其中，手动作业工况为手动点对点进行各收放装置的控制；自动作业工况为控制系统20根据图像检测装置200的检测自动完成各收放装置的控制，实现自动换轨；走行工况为非作业状态。

自动换轨控制方法还包括作业安全保护控制流程，该流程进一步包括以下步骤：

控制系统20网络自检正常，进入下一步；

当检测到换轨车工况选择输入为手动作业工况时，控制系统20控制收放装置的比例阀电源开启，使得比例阀供电正常，并等待手动输入命令；

当检测换轨车工况选择输入为自动作业工况时，控制系统20进行位移检测数据分析，若未出现图像检测装置200的检测数据超出设定范围(设定的正常范围为：第一设定值＞图像检测值＞第二设定值)或位移传感器300出现异常，则控制系统20控制比例阀的电源开启，使得比例阀供电正常；

若出现图像检测装置200的检测数据超出设定范围(图像检测值＞第一设定值、图像检测值＜第二设定值中的任何一个)，则默认检测数据有误，控制系统20进入保护程序状态，比例阀供电失效，收放装置无法进行移动。

自动换轨控制方法还包括精准位移控制流程，该流程进一步包括以下步骤：

控制系统20网络自检正常，进入下一步；

当检测到换轨车工况选择输入为手动作业工况时，则控制系统20根据手动作业相关手动输入命令向收放装置输出相应的控制信号，比例阀接收到控制信号，若此时控制系统20未进入保护程序状态，则比例阀的输出动作，实现油缸的定量移动；

当检测到换轨车工况选择输入为自动作业工况时，控制系统20根据位移传感器300的检测值及该位移传感器300相对应的收放装置的位移给定值，并利用PID控制算法对各收放装置单独进行精准位移控制；如针对某一收放装置，执行e＝r–AIval，AIval为实时采集的横移油缸自带的位移传感器值，r为收放装置的移动量给定值，也称为横移量，其它机构按照相应控制算法类似计算；

控制系统20根据经过PID计算后的输出信号直接控制各收放装置的比例阀，从而实现位移量的精准控制。

本发明具体实施例描述的自动换轨控制方法通过安全保护控制(横移保护控制)、横移位移控制(精准位移控制)两个程序分别通过控制比例阀的供电电源和比例阀的信号输入来实现对换轨车的换轨机构100的控制，实现了位移的精度控制及作业安全保护。只有当安全保护控制、横移位移控制两个流程同时有效，控制系统方可完成对比例阀的控制，收放装置才可进行动作。且该两个流程的程序分别存储于控制系统20的两个不同位置，可独立运行并单独实现对比例阀的控制。

通过实施本发明具体实施例描述的自动换轨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自动换轨控制系统通过对收放装置横向位移的精准控制，可以实现换轨车换轨作业的高度自动化，减少换轨施工人员，节约人力成本；

(2)本发明具体实施例描述的自动换轨控制系统可以大大降低换轨机构的误动作，可以实现换轨作业的安全可靠、连续化作业；

(3)本发明具体实施例描述的自动换轨控制系统实现了换轨作业的自动化，换轨作业安全保护，可以提高作业速度，进一步提高作业效率。

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 (10)

1.一种自动换轨控制系统，其特征在于，包括：

设置在换轨车底部，用于对钢轨进行收放操作的换轨机构(100)，所述换轨机构(100)包括两个以上沿换轨车作业方向设置的收放装置，所述收放装置包括比例阀及与所述比例阀相连的油缸；

设置在所述收放装置上，用于在换轨车作业走行过程中检测钢轨相对铁路道钉位移量的图像检测装置(200)；

设置在所述收放装置上，用于检测所述油缸动作行程的位移传感器(300)；

与所述图像检测装置(200)、位移传感器(300)，以及所述比例阀分别相连的控制系统(20)，所述控制系统(20)获取钢轨相对铁路道钉的位移量，并根据所述位移传感器(300)的检测值对所述比例阀的电源和信号输入进行控制，从而实现所述油缸的动作控制。

2.根据权利要求1所述的自动换轨控制系统，其特征在于：所述换轨机构(100)包括沿换轨车作业方向从后至前依次设置的第六收放装置(6)、第五收放装置(5)、第四收放装置(4)、第三收放装置(3)、第二收放装置(2)和第一收放装置(1)；所述位移传感器(300)设置在所述第六收放装置(6)、第五收放装置(5)、第四收放装置(4)、第三收放装置(3)和第二收放装置(2)上；由所述第三收放装置(3)、第四收放装置(4)实现旧钢轨的起轨和分轨，由所述第一收放装置(1)、第二收放装置(2)、第五收放装置(5)和第六收放装置(6)实现新钢轨(13)的分轨和入槽。

3.根据权利要求2所述的自动换轨控制系统，其特征在于：所述图像检测装置(200)包括设置在所述第三收放装置(3)的左侧或右侧，用于检测所述旧钢轨位置的第一图像检测装置(10)，以及设置在所述第六收放装置(6)的左侧和右侧，用于检测所述新钢轨(13)位置的一对第二图像检测装置(11)。

4.根据权利要求2所述的自动换轨控制系统，其特征在于：所述图像检测装置(200)包括设置在所述第三收放装置(3)的左侧或右侧，用于检测所述旧钢轨位置的第一图像检测装置(10)，以及设置在所述第五收放装置(5)的左侧和右侧，用于检测所述新钢轨(13)位置的一对第二图像检测装置(11)。

5.根据权利要求2所述的自动换轨控制系统，其特征在于：所述图像检测装置(200)包括设置在所述第二收放装置(2)的左侧或右侧，用于检测所述旧钢轨位置的第一图像检测装置(10)，以及设置在所述第五收放装置(5)的左侧和右侧，用于检测所述新钢轨(13)位置的一对第二图像检测装置(11)。

6.根据权利要求2所述的自动换轨控制系统，其特征在于：所述图像检测装置(200)包括设置在所述第二收放装置(2)的左侧或右侧，用于检测所述旧钢轨位置的第一图像检测装置(10)，以及设置在所述第六收放装置(6)的左侧和右侧，用于检测所述新钢轨(13)位置的一对第二图像检测装置(11)。

7.根据权利要求1至6任一项所述的自动换轨控制系统，其特征在于：所述控制系统(20)还与开关控制输入端(400)相连，所述开关控制输入端(400)用于输入换轨车工况选择，换轨车工况包括手动作业、自动作业及走行工况；手动作业工况为手动点对点进行各收放装置的控制；自动作业工况为所述控制系统(20)根据所述图像检测装置(200)的检测自动完成各收放装置的控制，实现自动换轨；走行工况为非作业状态。

8.根据权利要求7所述的自动换轨控制系统，其特征在于：所述控制系统(20)包括横移保护控制单元(21)，当检测到换轨车工况选择输入为手动作业工况时，所述横移保护控制单元(21)控制所述收放装置的比例阀电源开启，使得所述比例阀供电正常，并等待手动输入命令；当检测换轨车工况选择输入为自动作业工况时，所述横移保护控制单元(21)进行位移检测数据分析，若未出现所述图像检测装置(200)的检测数据超出设定范围或所述位移传感器(300)出现异常，则所述横移保护控制单元(21)控制所述比例阀的电源开启，使得比例阀供电正常；若出现所述图像检测装置(200)的检测数据超出设定范围，则默认检测数据有误，所述横移保护控制单元(21)进入保护程序状态，所述比例阀供电失效，所述收放装置无法进行移动。

9.根据权利要求8所述的自动换轨控制系统，其特征在于：所述控制系统(20)包括横移位移控制单元(22)，当检测到换轨车工况选择输入为手动作业工况时，则所述横移位移控制单元(22)根据手动作业相关手动输入命令向所述收放装置输出相应的控制信号，所述比例阀接收到控制信号，若此时所述横移保护控制单元(21)未进入保护程序状态，则所述比例阀的输出动作，实现油缸的定量移动；当检测到换轨车工况选择输入为自动作业工况时，所述横移位移控制单元(22)根据所述位移传感器(300)的检测值及该位移传感器(300)相对应的所述收放装置的位移给定值，并利用PID控制算法对各收放装置单独进行精准位移控制；所述横移位移控制单元(22)根据经过PID计算后的输出信号直接控制各收放装置的比例阀，从而实现位移量的精准控制。

10.根据权利要求1至6，8或9任一项所述的自动换轨控制系统，其特征在于：所述自动换轨控制系统能满足作业速度不低于8Km/h的自动换轨控制。