CN108004859A - 一种钢轨打磨电机落轨控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢轨打磨电机落轨控制系统，包括：打磨电机、下压油缸和行程传感器，通过下压油缸的伸缩杆带动打磨电机执行下压操作，通过安装在打磨电机上的打磨头执行钢轨的打磨作业，并通过行程传感器反馈下压油缸的行程。当行程传感器工作正常时，在打磨电机从开始下落到打磨头下压至钢轨的过程中，打磨电机依次执行快速下落、下压力匀速减少、PI调节下落至目标行程，及固定压力下落至钢轨的操作。本发明能够解决现有打磨电机恒压力落轨控制方式当持续作业后打磨电机下压导柱会因为积灰太多而造成阻力增大，最终导致打磨电机的落轨速度不一，从而影响打磨电机落点的同步性及起始段打磨效果的技术问题。

Description

一种钢轨打磨电机落轨控制系统

技术领域

本发明涉及铁路工程机械领域，尤其是涉及一种铁路钢轨打磨电机落轨控制系统。

背景技术

目前，国内所使用的钢轨打磨车都来自于进口或国内的合作工厂，造价昂贵，备品备件也价格高昂。其中，电气控制系统作为钢轨打磨车的核心部件，国外厂商一直采取技术封锁，并严禁转让，可供查询的打磨控制算法文献资料寥寥无几。目前，国内主要有中车株洲电力机车研究所、襄樊金鹰轨道车辆有限责任公司、中车北京二七机车有限公司等几家厂商对打磨车控制系统进行研究，其中襄樊金鹰轨道车辆有限责任公司和中车北京二七机车有限公司均是采取与国外合作联合研发生产的方式，其核心的电气控制系统和打磨控制算法均来自国外厂商。钢轨打磨，目前是世界公认的消除钢轨病害、修正钢轨轮廓、改善轮轨接触关系、减少钢轨接触应力和磨耗、提高列车运行的舒适性、有效延长钢轨使用寿命最有效、最重要的手段之一。钢轨打磨控制是钢轨打磨车的关键核心技术，如何控制钢轨打磨电机落轨将直接影响打磨质量和效果。

在现有技术中，与本发明申请最为相关的文献为本申请人于2017年02月22日申请，并于2017年06月20日公开，公开号为CN106868963A的中国发明申请公开了一种钢轨打磨偏转角度控制系统，包括偏转电机、下压导柱、打磨电机、偏转摇篮、伸缩油缸和摇架。打磨电机与偏转摇篮固定，下压导柱的下部与偏转摇篮固定，伸缩油缸的一端与偏转电机相连，伸缩油缸的另一端与偏转摇篮相连，偏转电机固定在摇架上。偏转摇篮与摇架可活动地连接，当伸缩油缸进行伸缩运动时，通过偏转摇篮带动打磨电机以偏转摇篮与摇架的连接点为轴进行偏转运动。该发明申请能够解决现有轨打磨偏转角度控制方式在打磨过程中打磨角度容易发生变化，导致光带不均匀、打磨轨廓不标准的技术问题。

现有钢轨打磨车的打磨电机下压采用液压方式实现，液压系统分高压和低压回路，所有打磨电机的低压压力为常量，高压则由各自对应的加压比例阀开度决定，当高压压力+电机重力>低压压力时打磨电机开始下落。现有技术中的打磨电机落轨过程一般采用高压比例阀打开一定程度即恒压力落轨控制方式，这种控制方式存在当持续进行打磨作业后，打磨电机的下压导柱会因为积灰太多而造成阻力增大，最终导致各个打磨电机的落轨速度不一，从而影响打磨电机落点的同步性，及起始段的打磨效果。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钢轨打磨电机落轨控制系统，以解决现有打磨电机恒压力落轨控制方式当持续作业后打磨电机下压导柱会因为积灰太多而造成阻力增大，最终导致打磨电机的落轨速度不一，从而影响打磨电机落点的同步性及起始段打磨效果的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种钢轨打磨电机落轨控制系统的技术实现方案，一种钢轨打磨电机落轨控制系统，包括：打磨电机、下压油缸和行程传感器，通过所述下压油缸的伸缩杆带动所述打磨电机执行下压操作，通过安装在所述打磨电机上的打磨头执行钢轨的打磨作业，并通过所述行程传感器反馈所述下压油缸的行程。当所述行程传感器工作正常时，在所述打磨电机从开始下落到所述打磨头下压至所述钢轨的过程中，所述打磨电机依次执行快速下落、下压力匀速减少、PI调节下落至目标行程，及固定压力下落至所述钢轨的操作。当所述行程传感器出现故障时，在所述打磨电机从开始下落到所述打磨头下压至所述钢轨的过程中，所述打磨电机依次执行快速下落、下压力匀速减少，及固定压力下落至所述钢轨的操作。

优选的，所述系统还包括控制模块和比例阀，所述控制模块与所述比例阀相连，所述比例阀与所述下压油缸相连，所述控制模块通过调整输出至所述比例阀的控制脉冲控制所述下压油缸的动作。在所述打磨电机执行PI调节下落至目标行程操作过程中，所述控制模块通过设置PI调节目标时间参数P[3]控制所述打磨电机的下落行程，同时对所述下压油缸施加的下压力进行PI控制。在该过程中的行程变化ΔL＝L-L2，L为所述打磨电机开始下落前设定的所述下压油缸的目标行程，L2为下压力匀速减少操作执行后所述下压油缸的行程。所述PI调节目标时间参数P[3]为所述打磨电机执行开始PI调节下落操作至下落至目标行程L的时间，所述PI调节目标时间参数P[3]设置为1.0-2.0S。

优选的，所述控制模块包括PI调节单元，所述系统包括两个以上的打磨电机，在所述打磨电机执行PI调节下落至目标行程操作过程中，所述PI调节单元通过对比设定的目标行程与所述行程传感器反馈的所述打磨电机的实际行程之间的误差行程计算输出至所述比例阀的控制量，以实现所有打磨电机的同步下落。

本发明还具体提供了另一种钢轨打磨电机落轨控制系统的技术实现方案，一种钢轨打磨电机落轨控制系统，包括打磨电机和下压油缸，通过所述下压油缸的伸缩杆带动所述打磨电机执行下压操作，通过安装在所述打磨电机上的打磨头执行钢轨的打磨作业。在所述打磨电机从开始下落到所述打磨头下压至所述钢轨的过程中，所述打磨电机依次执行快速下落、下压力匀速减少，及固定压力下落至所述钢轨的操作。

优选的，所述系统还包括控制模块和比例阀，所述控制模块与所述比例阀相连，所述比例阀与所述下压油缸相连，所述控制模块通过调整输出至所述比例阀的控制脉冲控制所述下压油缸的动作。

优选的，当所述控制模块接收到打磨开始指令并且所述打磨电机到达预定位置后，通过向所述比例阀输出一个较大占空比的控制脉冲确保所述打磨电机无论偏转0度还是达到最大偏转角度，所述下压油缸均能带动所述打磨电机克服静摩擦力并开始下落动作。

优选的，在所述打磨电机执行快速下落操作过程中，所述控制模块通过设置启动占空比参数P[0]控制所述比例阀的开度，并通过设置启动占空比持续时间参数P[1]控制所述比例阀的打开时间。所述启动占空比参数P[0]满足以下公式：

mgcosθ+k·P[0]≥C

其中，m为打磨电机与打磨头的总质量，g为重力加速度单位，θ为打磨电机的偏转角度，k为每1％占空比对应的下压油缸高压回路液压压力，C为打磨液压低压压力。

优选的，所述启动占空比参数P[0]设置为50-80％，所述占空比持续时间参数P[1]设置为100-300ms。

优选的，在所述打磨电机执行下压力匀速减少操作过程中，所述控制模块通过设置慢速占空比参数P[2]控制所述比例阀的开度，使输出至所述比例阀的控制脉冲占空比从P[0]匀速减少至P[2]，控制脉冲占空比在每个30-100ms的扫描周期内减少3％，所述慢速占空比参数P[2]设置为30-40％。

优选的，在所述打磨电机执行固定压力下落操作过程中，所述控制模块通过设置电机偏转压力补偿系数P[4]控制所述比例阀的开度，所述控制模块输出至所述比例阀的控制脉冲占空比PWM＝P[2]+P[4]·(1-cosθ)。其中，P[4]为所述打磨电机偏转角度θ时的压力补偿系数，P[2]为慢速占空比参数，P[4]满足所述下压油缸输出的压力保证所述打磨电机下落。

通过实施上述本发明提供的钢轨打磨电机落轨控制系统的技术方案，具有如下有益效果：

本发明通过采用分段方式控制钢轨打磨电机落轨过程大大优化了打磨电机落点的同步性能，以及起始段的打磨效果，能够确保打磨电机平缓落轨，解决落轨冲击电流大，作业起始段过度打磨而导致的钢轨擦伤，从而使得起始段平缓过渡，改善了整体打磨作业效果，减少了工务段对打磨作业起始段需单独再次打磨处理的工作量。

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是本发明所应用的钢轨打磨系统的结构示意图；

图2是本发明钢轨打磨电机落轨控制系统钢轨下落过程控制原理示意图；

图3是本发明钢轨打磨电机落轨控制系统的控制结构框图；

图4是本发明钢轨打磨电机落轨控制系统落轨控制过程的阶段示意图；

图5是本发明钢轨打磨电机落轨控制系统PI控制落轨过程的控制原理框图；

图6是基于本发明系统的钢轨打磨电机落轨控制方法一种具体实施例的程序流程简图；

图7是基于本发明系统的钢轨打磨电机落轨控制方法一种具体实施例的程序流程图；

图中：1-打磨电机，2-下压油缸，3-打磨头，4-伸缩杆，5-钢轨，6-行程传感器，7-控制模块，8-比例阀，9-PI调节单元，10-导柱，11-导套，12-偏转电机，13-偏转油缸，14-摇篮，15-上安装架，16-下安装架，17-摇架。

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：

PWM：Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制的简称；

PI：Proportion Integration，比例积分控制的简称；

PID：Proportion Integration Differential，比例积分微分控制的简称；

LED：Lighting Emitting Diode，发光二极管的简称。

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7所示，给出了本发明钢轨打磨电机落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。

如附图1所示，一种本发明应用的钢轨打磨系统的具体实施例，钢轨打磨系统安装在钢轨打磨车上，并包括：打磨电机1、下压油缸2、打磨头3、偏转电机8、导柱10、导套11、偏转电机12、偏转油缸13、摇篮14和摇架17。打磨电机1与导套11固定连接，一起上下动作。摇篮14包括上安装架15和下安装架16，上安装架15和下安装架16之间通过导柱10连接成一个整体。下压油缸2的一端与上安装架15固定，另一端固定在打磨电机1上，当下压油缸2的伸缩杆4伸出时打磨电机1下落，缩进时打磨电机1提升，打磨电机1沿着导柱10上下移动。下压油缸2的伸缩杆4带动打磨电机1执行下压操作，并以导柱8为支撑进行伸缩运动，通过打磨头3执行钢轨打磨作业。下压油缸2还设置有行程传感器6，通过行程传感器6反馈伸缩杆4的行程。打磨头3包括砂轮和法兰盘，砂轮通过螺丝固定在法兰盘上，法兰盘与打磨电机1的转子输出轴连接。打磨电机1通电后通过转子的转动来带动砂轮转动，实现对钢轨5的表面磨削。同时，偏转油缸13与下安装架16固定连接，偏转油缸13通过偏转摇篮14以实现对打磨电机1的打磨角度控制。系统通过实时对比当前反馈的偏转角度与预设的目标角度之间的误差，不断调整输出，实现对预定目标角度的有效可靠精准控制，从而实现打磨电机1对钢轨内侧、轨顶、外侧等多个表面的打磨维护功能。如附图1所示的钢轨打磨系统实施例仅为一种为了详细说明本实施例技术方案的结构示意，本发明钢轨打磨电机落轨控制系统应用的钢轨打磨系统还可以采用其它结构形式，如：去掉摇架12，偏转电机8采用偏转油缸等。

为了便于更好地理解本发明打磨电机1下落的具体控制过程，以下对打磨电机1的受力情况进行详细分析。

如附图2所示为打磨电机1的偏转角度为θ时在下落过程的受力情况，图中，l₀为下压油缸2的初始位置，l为下压油缸2的目标位置，Δl为下压油缸2(即伸缩杆4)的行程变化，伸缩杆4的行程即为打磨电机1的行程。打磨电机1共受4个力，分别为重力分力G＝mgcosθ，下压油缸2向下的液压加压力F1＝k·X(X为控制下压油缸2伸缩的比例阀PWM控制脉冲占空比，下压力与占空比成线性关系)，向上的低压压力F2＝C(固定值)，动摩擦力f＝μmgsinθ，则打磨电机1在垂直轨面的合力为：

F＝mgcosθ+k·X-μmgsinθ-C (1)

其中：

k—每1％占空比对应的高压回路液压压力；

m—打磨电机1加打磨头3(法兰盘及砂轮)的总质量；

g—重力加速度单位；

μ—下压油缸2与导柱10间的滑动摩擦系数；

C—打磨液压低压压力；

由于导柱10的动摩擦系数很小，动摩擦力相对于重力及液压力可忽略不计，即式(1)可简化为：

F＝mgcosθ+k·X-C (2)

只有当合力F≥0时，打磨电机1才会下落，否则打磨电机1将被提起。

因此，将打磨电机1的落轨控制过程分为如附图4所示的4个阶段：

阶段(过程)A：冲击(克服静摩擦力)阶段，即打磨电机1从静到动(打磨电机1从L0至L1)，较快速的下落过程；

阶段(过程)B：下压力(占空比)匀速减少过程(打磨电机1从L1至L2)；

阶段(过程)C：剩余行程的PI调节下落过程(打磨电机1从L2至目标行程L)；

阶段(过程)D：最后阶段的固定压力下落过程(打磨电机1从目标行程L至L3)。

实施例1

如附图2所示，一种钢轨打磨电机落轨控制系统的具体实施例，包括：打磨电机1、下压油缸2和行程传感器6，通过下压油缸2的伸缩杆4带动打磨电机1执行下压操作，通过安装在打磨电机1上的打磨头3执行钢轨5的打磨作业，并通过行程传感器6反馈下压油缸2的行程。当行程传感器6工作正常时，在打磨电机1从开始下落到打磨头3下压至钢轨5的过程中，打磨电机1依次执行快速下落、下压力匀速减少、PI调节下落至目标行程，及固定压力下落至钢轨5的操作。当行程传感器6出现故障时，在打磨电机1从开始下落到打磨头3下压至钢轨5的过程中，打磨电机1依次执行快速下落、下压力匀速减少，及固定压力下落至钢轨5的操作。

作为本实施例的另一种变形，当钢轨打磨电机落轨控制系统仅包括打磨电机1和下压油缸2，而不包括行程传感器6时，通过下压油缸2的伸缩杆4带动打磨电机1执行下压操作，通过安装在打磨电机1上的打磨头3执行钢轨5的打磨作业。在打磨电机1从开始下落到打磨头3下压至钢轨5的过程中，打磨电机1依次执行快速下落、下压力匀速减少，及固定压力下落至钢轨5的操作。

钢轨打磨电机落轨控制系统还包括控制模块7和比例阀8，控制模块7与比例阀8相连，比例阀8与下压油缸2相连，控制模块7通过调整输出至比例阀8的控制脉冲(输出至比例阀8的控制脉冲采用PWM控制信号)控制下压油缸2的动作。当控制模块7接收到打磨开始指令并且打磨电机1到达预定位置后，通过向比例阀8输出一个较大占空比(冲击占空比)的控制脉冲确保打磨电机1无论偏转0度还是达到最大偏转角度，下压油缸2均能带动打磨电机1克服静摩擦力并开始下落动作。

打磨电机1从静止到运动，必须要克服静摩擦力，同时由于有低压压力一直存在，故要使得打磨电机1下落，需要给定打磨电机1一个比较大的下压力，该下压力仅用于启动打磨电机1开始下落，同时时间不宜过长。因此，在打磨电机1执行快速下落操作过程中，控制模块7可以通过设置启动占空比参数P[0]控制高压回路的(加压)比例阀8的开度，并通过设置启动占空比持续时间(单位以ms计)参数P[1]控制确保打磨电机1能够动作的(加压)比例阀8的打开保持时间。启动占空比参数P[0]满足以下公式：

mgcosθ+k·P[0]≥C

其中，m为打磨电机1与打磨头3(包括法兰盘及砂轮)的总质量，g为重力加速度单位，θ为打磨电机1的偏转角度，k为每1％占空比对应的下压油缸2高压回路液压压力，C为打磨液压低压压力。P[0]确保即便在最大偏转角度(外偏转30°，内偏转50°)下打磨电机1也能够从静止状态开始动作。

启动占空比参数P[0]和启动占空比持续时间参数P[1]的测定方法为，在钢轨打磨车静止，打磨电机1停止的情况下，将打磨电机1的内偏转角度调整至最大位置，设置启动占空比参数P[0]的初始值为50％，对应于比例阀8一半的开度，设置占空比持续时间参数P[1]为200ms。如果打磨电机1不动作则缓慢增大启动占空比参数P[0]直到有下落动作，如果打磨电机1下落行程过多，则适当减小占空比持续时间参数P[1]，将启动占空比参数P[0]和占空比持续时间参数P[1]设置入控制模块7中。一般情况下，启动占空比参数P[0]设置为50-80％，占空比持续时间参数P[1]设置为100-300ms。

在打磨电机1执行下压力匀速减少操作过程中，控制模块7通过设置慢速占空比参数P[2]控制比例阀8的开度，使输出至比例阀8的控制脉冲占空比从P[0]匀速减少至P[2]，控制脉冲占空比在每个30-100ms的扫描周期内减少3％。

慢速占空比参数P[2]的测定方法为，在设置好启动占空比参数P[0]和占空比持续时间参数P[1]的前提下，初始化慢速占空比参数P[2]为30％，打磨电机1调整至偏转角度为0度的位置并开始下压打磨电机1，调整慢速占空比参数P[2]直至打磨电机1开始缓慢下落，调整后的慢速占空比参数P[2]设置入控制模块7中。一般情况下，慢速占空比参数P[2]设置为30-40％。

如附图3所示，在打磨电机1执行PI调节下落至目标行程操作过程中，控制模块7通过设置PI调节目标时间参数P[3]控制打磨电机1的下落行程，同时对下压油缸2施加的下压力进行PI控制。在该过程中打磨电机1的行程变化ΔL＝L-L2，L为打磨电机1开始下落前设定的下压油缸2的目标行程，L2为下压力匀速减少操作执行后下压油缸2的行程。PI调节目标时间参数P[3]为打磨电机1执行开始PI调节下落操作至下落至目标行程L的时间，PI调节目标时间参数P[3]，即从行程L2到行程L的预期时间，一般设置为1.0-2.0S。

PI调节目标时间参数P[3]的测定方法为，在钢轨打磨车静止的情况下，控制下压油缸2动作使打磨电机1下落，目测打磨电机1的下落过程，以打磨电机1落轨平缓为最终衡量指标，得到PI调节目标时间参数P[3]，并设置入控制模块7中。

如附图5所示，控制模块7进一步包括PI调节单元9，钢轨打磨电机落轨控制系统包括两个以上的打磨电机1(及相应的液压系统)，在打磨电机1执行PI调节下落至目标行程操作过程中，PI调节单元9通过对比设定的目标行程与行程传感器6反馈的打磨电机1的实际行程之间的误差行程计算输出至比例阀8的控制量，以实现所有打磨电机1的同步下落。

每个调整周期(即行程传感器6采集反馈行程数据的周期)需要调整下压油缸2的行程变化量。由总行程ΔL和总时间t可以计算出目标行程M：

M＝ΔL/t

目标行程就是一个平均行程，此处的时间t采用调节周期的个数来衡量，也就是计算每个周期应该要变化多少行程，实际每个周期变化了多少行程，两者之间存在误差，作为下一个周期调整的依据。如果上个周期调整快了，则下个周期应当放慢调整，才能保证同步。

当下压油缸2到达目标行程L时(此时离钢轨5还有一小段距离)，这时候将比例阀8的控制脉冲占空比保持为第2阶段的慢速PWM，参数为P[2]，偏转角度为θ时，进行一个压力的角度补偿。在打磨电机1执行固定压力下落操作过程中，控制模块7通过设置电机偏转压力补偿系数P[4]控制比例阀8的开度，控制模块7输出至比例阀8的控制脉冲占空比PWM＝P[2]+P[4]·(1-cosθ)。其中，P[4]为打磨电机1偏转角度θ时的压力补偿系数，P[2]为慢速占空比参数，P[4]满足下压油缸2输出的压力保证打磨电机1下落。

电机偏转压力补偿系数P[4]的测定方法为，当打磨电机1的偏转角度到最大，初始化电机偏转压力补偿参数P[4]＝10，缓慢调整P[4]直至打磨电机1开始下落，并将调整后的电机偏转压力补偿参数P[4]设置入控制模块7中。在打磨电机1固定压力下落操作步骤中，控制模块7输出至比例阀8的控制脉冲占空比PWM＝P[2]+P[4]·(1-cosθ)。其中，P[4]为打磨电机1偏转角度θ时的压力补偿参数，P[2]为慢速占空比参数，P[4]满足下压油缸2输出的压力保证打磨电机1下落。

实施例2

如附图6所示，本实施例描述的钢轨打磨电机落轨控制方法需要先判断行程传感器6是否存在故障，如果有故障则只执行步骤S11、S12和S14，如果无故障则执行步骤S11、S12、S13和S14，在行程传感器6发生故障时以落轨打磨效果不出现过度打磨为最终控制目标。结合上述对钢轨打磨电机落轨控制4个阶段(过程)的分析，控制模块7在收到打磨开始指令后，首先检测行程传感器6是否有故障，如果有故障则只执行步骤S11、S12和S14，如无故障则执行步骤S11、S12、S13和S14，每个步骤均输出PWM控制脉冲控制下压油缸2的下压力，时刻检测打磨电机1是否已经落轨，如果落轨则退出开始流程直接跳转至PID打磨控制流程调整打磨电机1在钢轨5上的打磨压力，实现恒功率打磨，如果收到结束指令，则打磨电机1需要迅速提起，具体过程如下所述。

如附图7所示，一种基于本发明系统的钢轨打磨电机落轨控制方法的具体实施例，包括以下步骤：

S01)判断打磨作业是否开始，如果开始则进入步骤S10)；

S40)如果打磨作业未开始，则判断打磨作业是否结束；

S41)若打磨作业结束，则提起打磨电机1，不向比例阀8发出控制脉冲，并清除打磨结束事件；

S50)若打磨作业未结束，则检测打磨电机1是否落轨，若打磨电机1未落轨，则返回(钢轨打磨控制作业主流程)；钢轨打磨控制作业主流程一般包括定时监控、LED指示灯处理、作业条件判断、条件满足进行落轨控制，及条件不满足打磨电机提起等子流程，本发明钢轨打磨电机落轨控制方法即为钢轨打磨控制作业主流程中的子流程；

S51)若打磨电机1已落轨，则进行PID控制打磨，并调节打磨压力，并返回(钢轨打磨控制作业主流程)；

S10)钢轨5打磨作业开始，判断行程传感器6是否出现故障；

如果判断行程传感器6工作正常，则依次执行以下步骤：

S11)打磨电机快速下落；

S12)打磨电机下压力匀速减少；

S13)打磨电机PI调节下落至目标行程；

S14)打磨电机以固定压力下落至钢轨5；

如果判断行程传感器6出现故障，则依次执行以下步骤：

S11)打磨电机快速下落；

S12)打磨电机下压力匀速减少；

S14)打磨电机以固定压力下落至钢轨5；

S20)判断打磨电机1是否落轨(通过接触到钢轨5后打磨电机1的负载电流产生突变进行落轨检测)，如果打磨电机1未落轨则返回(钢轨打磨控制作业主流程)；

S30)如果打磨电机1落轨，则清除打磨开始事件并置打磨电机落轨标志，并返回(钢轨打磨控制作业主流程)。

作为本实施例的另一种变形，当钢轨打磨电机落轨控制系统仅包括打磨电机1和下压油缸2，而不包括行程传感器6时，通过下压油缸2的伸缩杆4带动打磨电机1执行下压操作，通过安装在打磨电机1上的打磨头3执行钢轨5的打磨作业。钢轨打磨电机落轨控制方法包括以下步骤：

S01)判断打磨作业是否开始，如果开始则进入步骤S10)；

S40)如果打磨作业未开始，则判断打磨作业是否结束；

S41)若打磨作业结束，则提起打磨电机1，不向比例阀8发出控制脉冲，并清除打磨结束事件；

S50)若打磨作业未结束，则检测打磨电机1是否落轨，若打磨电机1未落轨，则返回；

S51)若打磨电机1已落轨，则进行PID控制打磨，并调节打磨压力，并返回；

S10)钢轨5打磨作业开始，依次执行以下步骤：

S11)打磨电机快速下落；

S12)打磨电机下压力匀速减少；

S14)打磨电机以固定压力下落至钢轨5；

S20)判断打磨电机1是否落轨(通过接触到钢轨5后打磨电机1的负载电流产生突变进行落轨检测)，如果打磨电机1未落轨则返回；

S30)如果打磨电机1落轨，则清除打磨开始事件并置打磨电机落轨标志，并返回。

步骤S11)进一步包括：

当控制模块7接收到打磨开始指令并且打磨电机1到达预定位置后，控制模块7通过向比例阀8输出一个较大占空比的控制脉冲确保打磨电机1无论偏转0度还是达到最大偏转角度，下压油缸2均能带动打磨电机1克服静摩擦力并开始下落动作。

在打磨电机1执行快速下落操作过程中，控制模块7通过设置启动占空比参数P[0]控制比例阀8的开度，并通过设置启动占空比持续时间参数P[1]控制比例阀8的打开时间。启动占空比参数P[0]满足以下公式：

mgcosθ+k·P[0]≥C

其中，m为打磨电机1与法兰盘及打磨头3的总质量，g为重力加速度单位，θ为打磨电机1的偏转角度，k为每1％占空比对应的下压油缸2高压回路液压压力，C为打磨液压低压压力。启动占空比参数P[0]设置为50-80％，占空比持续时间参数P[1]设置为100-300ms。

步骤S12)进一步包括：

在打磨电机1执行下压力匀速减少操作过程中，控制模块7通过设置慢速占空比参数P[2]控制比例阀8的开度，使输出至比例阀8的控制脉冲占空比从P[0]匀速减少至P[2]。控制脉冲占空比在每个30-100ms的扫描周期内减少3％，慢速占空比参数P[2]设置为30-40％。

步骤S13)进一步包括：

在打磨电机1执行PI调节下落至目标行程操作过程中，通过设置PI调节目标时间参数P[3]控制打磨电机1的下落行程，同时对下压油缸2施加的下压力进行PI控制。在该过程中的行程变化ΔL＝L-L2，L为打磨电机1开始下落前设定的下压油缸2的目标行程，L2为下压力匀速减少操作执行后下压油缸2的行程。PI调节目标时间参数P[3]为打磨电机1执行开始PI调节下落操作至下落至目标行程L的时间，PI调节目标时间参数P[3]设置为1.0-2.0S。

在打磨电机1执行PI调节下落至目标行程操作过程中，PI调节单元9通过对比设定的目标行程与行程传感器6反馈的打磨电机1的实际行程之间的误差行程计算输出至比例阀8的控制量，以实现两个以上打磨电机1的同步下落。

步骤S14)进一步包括：

在打磨电机1执行固定压力下落操作过程中，控制模块7通过设置电机偏转压力补偿参数P[4]控制比例阀8的开度，控制模块7输出至比例阀8的控制脉冲占空比PWM＝P[2]+P[4]·(1-cosθ)。其中，P[4]为打磨电机1偏转角度θ时的压力补偿参数，P[2]为慢速占空比参数，P[4]满足下压油缸2输出的压力保证打磨电机1下落。

通过实施本发明具体实施例描述的钢轨打磨电机落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钢轨打磨电机落轨控制系统首次从物理学角度深入分析了打磨电机偏转一定角度时的受力情况，结合工程应用，通过现场反复试验，首次提出了采用分段方式控制钢轨打磨电机落轨过程的技术方案，大大优化了打磨电机落点的同步性能，以及起始段的打磨效果，能够确保打磨电机平缓落轨，解决落轨冲击电流大，作业起始段过度打磨而导致的钢轨擦伤，从而使得起始段平缓过渡，改善了整体打磨作业效果，减少了工务段对打磨作业起始段需单独再次打磨处理的工作量；

(2)本发明具体实施例描述的钢轨打磨电机落轨控制系统通过对打磨电机下落受力情况进行分析，得出决定打磨电机下落时间和下落冲击力的重要因素，并通过软件对这些重要因素进行测定设置和实时监控，最终控制打磨电机落轨时间一致，同时下落到钢轨的冲击力尽可能小，保证下落过程的平缓一致，冲击小，打磨起始段打磨平缓，打磨效果优异。

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)

1.一种钢轨打磨电机落轨控制系统，包括打磨电机(1)、下压油缸(2)和行程传感器(6)，通过所述下压油缸(2)的伸缩杆(4)带动所述打磨电机(1)执行下压操作，通过安装在所述打磨电机(1)上的打磨头(3)执行钢轨(5)的打磨作业，并通过所述行程传感器(6)反馈所述下压油缸(2)的行程；其特征在于：当所述行程传感器(6)工作正常时，在所述打磨电机(1)从开始下落到所述打磨头(3)下压至所述钢轨(5)的过程中，所述打磨电机(1)依次执行快速下落、下压力匀速减少、PI调节下落至目标行程，及固定压力下落至所述钢轨(5)的操作；当所述行程传感器(6)出现故障时，在所述打磨电机(1)从开始下落到所述打磨头(3)下压至所述钢轨(5)的过程中，所述打磨电机(1)依次执行快速下落、下压力匀速减少，及固定压力下落至所述钢轨(5)的操作。

2.根据权利要求1所述的钢轨打磨电机落轨控制系统，其特征在于：所述系统还包括控制模块(7)和比例阀(8)，所述控制模块(7)与所述比例阀(8)相连，所述比例阀(8)与所述下压油缸(2)相连，所述控制模块(7)通过调整输出至所述比例阀(8)的控制脉冲控制所述下压油缸(2)的动作；在所述打磨电机(1)执行PI调节下落至目标行程操作过程中，所述控制模块(7)通过设置PI调节目标时间参数P[3]控制所述打磨电机(1)的下落行程，同时对所述下压油缸(2)施加的下压力进行PI控制；在该过程中的行程变化ΔL＝L-L2，L为所述打磨电机(1)开始下落前设定的所述下压油缸(2)的目标行程，L2为下压力匀速减少操作执行后所述下压油缸(2)的行程；所述PI调节目标时间参数P[3]为所述打磨电机(1)执行开始PI调节下落操作至下落至目标行程L的时间，所述PI调节目标时间参数P[3]设置为1.0-2.0S。

3.根据权利要求2所述的钢轨打磨电机落轨控制系统，其特征在于：所述控制模块(7)包括PI调节单元(9)，所述系统包括两个以上的打磨电机(1)，在所述打磨电机(1)执行PI调节下落至目标行程操作过程中，所述PI调节单元(9)通过对比设定的目标行程与所述行程传感器(6)反馈的所述打磨电机(1)的实际行程之间的误差行程计算输出至所述比例阀(8)的控制量，以实现所有打磨电机(1)的同步下落。

4.一种钢轨打磨电机落轨控制系统，包括打磨电机(1)和下压油缸(2)，通过所述下压油缸(2)的伸缩杆(4)带动所述打磨电机(1)执行下压操作，通过安装在所述打磨电机(1)上的打磨头(3)执行钢轨(5)的打磨作业；其特征在于：在所述打磨电机(1)从开始下落到所述打磨头(3)下压至所述钢轨(5)的过程中，所述打磨电机(1)依次执行快速下落、下压力匀速减少，及固定压力下落至所述钢轨(5)的操作。

5.根据权利要求1或4所述的钢轨打磨电机落轨控制系统，其特征在于：所述系统还包括控制模块(7)和比例阀(8)，所述控制模块(7)与所述比例阀(8)相连，所述比例阀(8)与所述下压油缸(2)相连，所述控制模块(7)通过调整输出至所述比例阀(8)的控制脉冲控制所述下压油缸(2)的动作。

6.根据权利要求2、3或5所述的钢轨打磨电机落轨控制系统，其特征在于：当所述控制模块(7)接收到打磨开始指令并且所述打磨电机(1)到达预定位置后，通过向所述比例阀(8)输出一个较大占空比的控制脉冲确保所述打磨电机(1)无论偏转0度还是达到最大偏转角度，所述下压油缸(2)均能带动所述打磨电机(1)克服静摩擦力并开始下落动作。

7.根据权利要求6所述的钢轨打磨电机落轨控制系统，其特征在于，在所述打磨电机(1)执行快速下落操作过程中，所述控制模块(7)通过设置启动占空比参数P[0]控制所述比例阀(8)的开度，并通过设置启动占空比持续时间参数P[1]控制所述比例阀(8)的打开时间；所述启动占空比参数P[0]满足以下公式：

mgcosθ+k·P[0]≥C

其中，m为打磨电机(1)与打磨头(3)的总质量，g为重力加速度单位，θ为打磨电机(1)的偏转角度，k为每1％占空比对应的下压油缸(2)高压回路液压压力，C为打磨液压低压压力。

8.根据权利要求7所述的钢轨打磨电机落轨控制系统，其特征在于：所述启动占空比参数P[0]设置为50-80％，所述占空比持续时间参数P[1]设置为100-300ms。

9.根据权利要求7或8所述的钢轨打磨电机落轨控制系统，其特征在于：在所述打磨电机(1)执行下压力匀速减少操作过程中，所述控制模块(7)通过设置慢速占空比参数P[2]控制所述比例阀(8)的开度，使输出至所述比例阀(8)的控制脉冲占空比从P[0]匀速减少至P[2]，控制脉冲占空比在每个30-100ms的扫描周期内减少3％，所述慢速占空比参数P[2]设置为30-40％。

10.根据权利要求9所述的钢轨打磨电机落轨控制系统，其特征在于：在所述打磨电机(1)执行固定压力下落操作过程中，所述控制模块(7)通过设置电机偏转压力补偿系数P[4]控制所述比例阀(8)的开度，所述控制模块(7)输出至所述比例阀(8)的控制脉冲占空比PWM＝P[2]+P[4]·(1-cosθ)；其中，P[4]为所述打磨电机(1)偏转角度θ时的压力补偿系数，P[2]为慢速占空比参数，P[4]满足所述下压油缸(2)输出的压力保证所述打磨电机(1)下落。