CN111809462B - 基于钢轨智能打磨方法的钢轨打磨车 - Google Patents

基于钢轨智能打磨方法的钢轨打磨车 Download PDF

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Abstract

基于钢轨智能打磨方法的钢轨打磨车，包括车体，该车体上设置动力系统、打磨系统、检测系统以及用于实现钢轨智能打磨的推荐打磨策略的算法系统；所述车体为动力系统、打磨系统、检测系统的安装平台，该车体包括车架，该车架上设置司机室、设备室、动力室、转向架及车厢间连接装置。一列所述基于钢轨智能打磨方法的钢轨打磨车包括一节、两节或多节车厢，在所述车架的两端各设有一个司机室。本发明所述打磨车综合地考虑了检测系统与打磨系统的适应性匹配，对检测系统输出的检测数据与打磨作业控制系统中的预设打磨模式提出了明确的要求，选用的输入检测数据可最为直接地表征钢轨需要打磨的状态且检测采用频率适中，使得数据量与计算量得到优化。

Description

基于钢轨智能打磨方法的钢轨打磨车
技术领域
本发明涉及一种基于钢轨智能打磨方法的钢轨打磨车，属于铁路机械设计与制造技术领域。
背景技术
钢轨打磨车是用于对钢轨进行维护的大型养路机械设备，可修复钢轨的廓形与波磨，有效延长钢轨的使用寿命，改善行车平稳性和安全性，在铁路领域已得到广泛应用。目前，使用钢轨打磨车进行打磨作业时，打磨策略的制定完全由操作人员根据自身经验进行决策，在此过程中有时会参照车载或手持式廓形与波磨检测装置的检测结果，而更多的时候是单凭操作人员目测观察的情况确定而不使用检测装置；这对操作人员的技能要求很高。
所谓钢轨智能打磨技术，就是根据对钢轨廓形与波磨的结果自动生成推荐的打磨策略的方法。通过钢轨智能打磨技术，可以让钢轨打磨作业摆脱对操作人员经验与技能的过多依赖，使打磨策略的制定有据可依的同时降低操作人员的工作难度。目前国内外已有多种不同形式的钢轨打磨车，其中有配备有车载廓形与波磨检测装置的，也有不配备检测系统的。配备车载廓形与波磨检测装置的钢轨打磨车，其检测系统与打磨系统均为相互独立，没有关联；检测系统输出廓形与波磨检测数据，也未考虑与打磨作业中关注的关键参数相匹配。
目前国内外已有部分关于钢轨智能打磨技术的理论研究工作，但基本仅限于针对某一个特定轨道截面的廓形检测结果形成适用于该截面的钢轨打磨策略，而没有考虑到与钢轨打磨的作业特点，没有与具体的钢轨打磨车进行适应性匹配，更没有考虑到检测系统与打磨系统的关联。此外，现有的钢轨智能打磨技术的相关研究，都没有引入波磨检测的数据，没有考虑针对钢轨波磨的修正策略而仅考虑了针对钢轨廓形的修复策略。
发明内容
本发明为一种基于钢轨智能打磨方法的钢轨打磨车，可以解决目前钢轨打磨作业中对操作人员经验与技能依赖过多的情况，使打磨策略有据可依的同时降低操作人员的工作难度，同时可减少操作人员的工作量，提高钢轨打磨作业效率。
基于钢轨智能打磨方法的钢轨打磨车，包括车体，该车体上设置动力系统、打磨系统、检测系统以及用于实现钢轨智能打磨的推荐打磨策略的算法系统；所述车体为动力系统、打磨系统、检测系统的安装平台，该车体包括车架，该车架上设置司机室、设备室、动力室、转向架及车厢间连接装置。一列所述基于钢轨智能打磨方法的钢轨打磨车包括一节、两节或多节车厢，在所述车架的两端各设有一个司机室。
所述动力系统为所述基于钢轨智能打磨方法的钢轨打磨车提供走行动力，并为所述打磨系统与所述检测系统提供工作所需的动力。
动力系统通常采用内燃动力，由柴油发动机或柴油发电机组及其附属设备；也可采用接触网或第三轨取电作为动力。
所述打磨系统包括打磨装置与打磨作业控制系统。打磨装置是钢轨打磨车的核心执行机构，所述打磨装置包括多个磨头，所述多个磨头按照规律组合，所述磨头的打磨角度根据钢轨廓形调整，并对正线钢轨或道岔进行磨削。
一列钢轨打磨车设置一个、两个或多个打磨装置，其中每节车厢设置一个、两个或三个打磨装置；每个打磨装置上设置4个、8个、10个或其他数量的磨头，整列车总共设置8个、 10个、16个、20个、24个、48个、96个或其他数量的磨头，左右两侧磨头数量相同。
打磨作业控制系统包括打磨作业控制系统主机，该打磨作业控制系统主机连接输入输出模块及两端司机室内的打磨控制触屏，用于实现对打磨装置动作的控制及对打磨装置工作状态的实时监测。
所述检测系统包括廓形检测装置、波磨检测装置及安装在一端司机室内的检测系统主机与显示屏。廓形检测装置与波磨检测装置安装在车架下方或者转向架上，对钢轨的廓形与波磨进行检测。检测系统主机对廓形检测装置与波磨检测装置的原始检测数据进行处理与分析，并将分析和处理后的检测结果以图示与数值结合的方式在显示器上显示，或将分析和处理后的检测结果以文本文档的形式输出。
优选的是，所述基于钢轨智能打磨方法的钢轨打磨车所依赖的钢轨智能打磨控制方法，包括对廓形检测装置与波磨检测装置输出数据的要求，对打磨作业控制系统中预设打磨模式的要求，以及由输入的整个作业区段线路的廓形检测数据与波磨检测数据得到适用于作业区段线路的推荐打磨策略的算法系统。该推荐打磨策略的算法系统集成安装在检测系统主机上，或作为一个功能模块集成在检测系统自身的功能中，或集成在打磨作业控制系统主机上，或作为一个功能模块集成在打磨作业控制系统自身的功能中。
本发明所述基于钢轨智能打磨方法的钢轨打磨车区别于现有的钢轨打磨车的特点在于：
1)具备可实现钢轨智能打磨技术的软件系统，该系统可通过对输入的整个作业区段线路的廓形检测数据与波磨检测数据得到适用于作业区段线路的推荐打磨策略，并将打磨策略以文本文档形式输出。
2)钢轨打磨车的打磨作业控制系统主机与检测系统主机通过通讯相连接，通过打磨控制触屏操作便可读取并直接调用由用于实现钢轨智能打磨技术的软件系统输出的打磨控制策略文档。
3)检测系统输出至用于实现钢轨智能打磨技术的软件系统的检测数据与钢轨打磨车的作业特性及打磨装置的结构与性能参数进行了适应性匹配，包括：廓形检测数据采用极坐标形式输出且廓形检测点的角度坐标与钢轨打磨车常用打磨角度相对应；波磨检测数据选用长波波深与短波波深这两项被用作钢轨打磨质量评判标准的参数；廓形检测断面及波磨检测点的采样频率根据钢轨打磨车的作业速度与常用作业里程等综合考虑设定，确保输出的检测数据量足够且不过多。
4)打磨作业控制系统中预置了一组预设打磨模式，这组预设打磨模式根据钢轨智能打磨技术的特点进行了适应性的匹配，对不同角度范围与不同打磨压力范围进行了组合，确保通过选择一种预设打磨模式便可实现针对某一特定角度范围以某一特定打磨压力进行打磨，进而使得打磨策略可以简单地用一系列需依次执行的预设打磨模式的编号来表示。
本发明所述基于钢轨智能打磨方法的钢轨打磨车所运用的钢轨智能打磨方法与现有的钢轨智能打磨技术的区别在于：
1)综合地考虑了检测系统与打磨系统的适应性匹配，对检测系统输出的检测数据与打磨作业控制系统中的预设打磨模式提出了明确的要求，选用的输入检测数据可最为直接地表征钢轨需要打磨的状态且检测采用频率适中，使得数据量与计算量得到优化。
2)引入波磨检测装置的检测数据，考虑了针对钢轨波磨的修正策略，同时也避免了车载波磨装置的功能被浪费。
3)根据整个作业区段线路的检测数据综合处理得到的适用于整个作业区段的钢轨打磨策略，而不是针对某一廓形截面得到针对于该截面的打磨策略，符合钢轨打磨车的作业特点，即现有技术中的钢轨打磨车是根据每一处钢轨截面的情况实时调整打磨模式。而本发明所述的基于钢轨智能打磨方法的钢轨打磨车综合考虑一定长度的线路的整体情况采用统一的打磨模式进行作业。
本发明还具有下列替代方案：
1)本发明所述的基于钢轨智能打磨方法的钢轨打磨车，为8头、10头、16头、20头、24 头、48头、96头或具有其他数量磨头的钢轨打磨车，由一节、两节或多节车厢组成；为内燃动力，或接触网或第三轨取电为动力。
2)用于实现钢轨智能打磨方法的软件系统集成安装在检测系统主机上，或作为一个功能模块集成于检测系统自身的功能中，或集成在打磨作业控制系统主机上，或作为一个功能模块集成在打磨作业控制系统自身的功能中。
3)用于实现钢轨智能打磨方法的软件系统，其输入数据为整个作业区段线路的廓形检测数据与波磨检测数据，输出数据为用一系列需依次执行的预设打磨模式的编号来表示推荐打磨策略。
所述基于钢轨智能打磨方法的钢轨打磨车，由车体结构、动力系统、打磨系统、检测系统等部分以及用于实现钢轨智能打磨技术的软件系统组成。
所述的用于实现钢轨智能打磨的软件系统，可通过对输入的整个作业区段线路的廓形检测数据与波磨检测数据得到适用于作业区段线路的推荐打磨策略，并将打磨策略以文本文档形式输出。
所述钢轨打磨车的打磨作业控制系统主机与检测系统主机通过通讯相连接，通过打磨控制触屏操作读取并直接调用由用于实现钢轨智能打磨的软件系统输出的打磨控制策略文档。
所述检测系统输出至用于实现钢轨智能打磨的软件系统的检测数据与钢轨打磨车的作业特性及打磨装置的结构与性能参数进行适应性匹配，包括：廓形检测数据采用极坐标形式输出且廓形检测点的角度坐标与钢轨打磨车常用打磨角度相对应；波磨检测数据选用长波波深与短波波深这两项被用作钢轨打磨质量评判标准的参数；廓形检测断面及波磨检测点的采样频率根据钢轨打磨车的作业速度与常用作业里程等综合考虑设定，确保输出的检测数据量足够且不过多。
打磨作业控制系统中预置一组预设打磨模式，这组预设打磨模式根据钢轨智能打磨技术的特点进行适应性的匹配，进而使得打磨策略能够简单地用一系列需依次执行的预设打磨模式的编号来表示。
本发明另一方面提供一种智能钢轨打磨方法，根据廓形与波磨检测装置的检测结果，自动输出推荐打磨策略的方法，包括：
步骤A：检测待打磨钢轨段的廓形和波磨参数；
步骤B：根据所述廓形和波磨参数与打磨系统中预设的打磨策略比对；
步骤C：打磨控制系统根据步骤B中的比对结果输出推荐的打磨策略；
步骤D：根据推荐的打磨策略对待打磨钢轨段进行打磨。
钢轨智能打磨方法包括依次执行以下步骤S1-步骤S7：
步骤S1为对输入的廓形检测数据的处理方法：对于整个作业区段内全部的廓形检测数据，求得每个角度θi处对应的廓形偏差值Δρi的平均值以及标准差，得到数据组[(θ1,Δρ1A,σ1), (θ2,Δρ2A,σ2),…,(θi,ΔρiA,σi),…,(θn,ΔρnA,σn)]，其中ΔρiA为角度θi处对应的廓形偏差值Δρi的平均值，σiA为角度θi处对应的廓形偏差值Δρi标准差，记σi(i＝2,…,n)的平均值为σA。
步骤S2为对输入的廓形检测数据的分区间处理：根据钢轨打磨车特性及通常的单次作业里程，选取一个适当的距离X作为单个区间长度，对各长度区间内每一侧钢轨的钢轨廓形数据进行处理，求得每个角度θi处对应的偏差值Δρi的平均值，得到数据组[k,(θ1,Δρ1kA),(θ2, Δρ2kA),…,(θi,ΔρikA),…,(θn,ΔρnkA)]，其中k为区间序号，ΔρikA为第k个区间内角度θi处对应的廓形偏差值Δρi的平均值。
步骤S3为对输入的波磨检测数据的处理方法：对于整个作业区段内全部的波磨数据，求得短波波深zs与长波波深zl的平均值zsA与zlA，以及短波波深及长波波深超标数据占总数据的比例δs与δl。
步骤S4为对于整个作业区段的打磨压力的选取方法：打磨压力的选取由σiA与zsA、zlA、δs、δl共同确定。设置判断条件与阈值，进而确定应当选用的打磨压力的等级。
步骤S5为对于整个作业区段的打磨角度及相应角度的打磨遍数的选取方法:打磨角度及相应角度的打磨遍数的选取由ΔρiA(i＝1,2,…,n)确定。对于每一个角度范围或是轨面区域，对该角度范围或轨面区域内的全部角度对应的廓形偏差值的平均值综合考量，设置判断条件与阈值，进而确定对每个角度范围或轨面区域的打磨遍数。
步骤S6为对于需要进行额外打磨的特殊区段的识别及打磨角度的选取方法：对于每个长度区间内的数据，比较每个角度范围内各角度θi处对应的廓形偏差值的平均值ΔρikA与整个作业区段上相同数据ΔρiA的差异，设置判断条件与阈值，进而确定该区间线路是否存在某一角度范围与整个作业区段线路的整体情况差异过大而需要进行额外的打磨。
步骤S7为推荐钢轨打磨模式编组的生成：将打磨角度及相应角度的打磨遍数、打磨压力进行组合，形成一组推荐钢轨打磨模式编组。包括对于整个作业区段线路的推荐打磨模式编组，以及需进行额外打磨的特殊区段的位置及相应的打磨模式。
附图说明
图1为本发明所述基于钢轨智能打磨方法的钢轨打磨车的一优选实施例的整体结构示意图，本实施例中的钢轨打磨车具有16个打磨头；
图2为图1所示实施例的检测数据的文档截图；
图3为图1所示实施例中用于实现钢轨智能打磨的软件系统界面图示；
图4为图3所示软件系统输出的打磨策略文档截图；
图5为本发明所述基于钢轨智能打磨方法的钢轨打磨车的另一优选实施例的整体结构示意图，本实施例中的钢轨打磨车具有48个打磨头；
图1-图5中数字标记的含义是：
1 A1车 2 A2车 3车厢间连接装置 4车架
5司机室 6设备室 7动力室 8转向架
9柴油发动机及其附属设备 10八头打磨装置
11打磨作业控制系统主机、输入输出模块 12打磨控制触屏
13廓形检测装置 14波磨检测装置 15检测系统主机与显示屏。
具体实施方式
实施例1.1:一列16头钢轨打磨车。如附图1所示，该钢轨打磨车由A1车(1)、A2车(2) 两节车组成，其中A1车、A2车的车体结构、动力系统、打磨系统完全相同，A1车(1)上设有检测系统，用于实现钢轨智能打磨技术的软件系统集成在检测系统主机中。
A1车(1)与A2车(2)由车厢间连接装置(3)相连。A1车与A2车车体结构均包括车架(4)、司机室(5)、设备室(6)、动力室(7)、转向架(8)。
A1车(1)与A2(2)车动力系统均包括柴油发动机及其附属设备(9)，安装在动力室内。
打磨系统包括打磨装置与打磨作业控制系统。A1车与A2车各设置有1个八头打磨装置 (10)，安装在车架下方，整列车共16个打磨头。打磨作业控制系统包括分布在两节车司机室与设备室电气柜内的打磨作业控制系统主机、输入输出模块(11)及两车司机室内的打磨控制触屏(12)。通过打磨控制触屏实现对打磨装置动作的控制及对打磨装置工作状态的实时监测。
检测系统包括安装在A1车车架下方的廓形检测装置(13)、波磨检测装置(14)及安装在A1车司机室内的检测系统主机与显示屏(15)。用于实现钢轨智能打磨技术的软件系统集成在检测系统主机中。
检测系统输出至用于实现钢轨智能打磨技术的软件系统的检测数据文档如附图2所示，单个检测点的数据格式[x,Δρ1,Δρ2,…,Δρi,…,Δρ16,zs,zl]。其中，x为公里标数据，即此检测数据测量的钢轨截面相对于检测起始点(即作业区段起始点)的相对坐标值，单位为m。Δρi为实测廓形与标准廓形在角度θi处的偏差值，单位为mm；θi与该钢轨打磨车的常用打磨角度相对应，单位为°。zs、zl分别为在以x为起点长度为标准采样窗长度的区间内的短波波深与长波波深的数值。
用于实现钢轨智能打磨技术的软件系统可读取检测系统输出的检测数据文档，并输出推荐的打磨策略；生成推荐打磨策略的软件界面如附图3所示，生成的推荐打磨策略文档如附图 4所示。
实施例2.1：一列48头钢轨打磨车。如附图5所示，该钢轨打磨车由B1车(1’)、A车(2’)、 B2车(3’)三节车组成；B1车、A车、B2车均由车体结构、动力系统、打磨系统等组成；B1车上设有检测系统，用于实现钢轨智能打磨技术的软件系统集成在检测系统主机中。
B1车与A车之间、A车与B2车之间由车厢间连接装置(4’)相连。B1车、A车、B2车车体结构均由车架(5’)、设备室(6’)、动力室(7’)、转向架(8’)等组成；B1车与A车之间及A车与B2车之间均由车厢间连接装置(4’)相连。B1车与B2车端部设有司机室(9’)、A 车上设有工作间(10’)。
B1车、A车、B2车动力系统均包括柴油发动机及其附属设备(11’)，并安装在动力室内，其中B1车、B2车动力系统为整列车的打磨系统提供动力，A车的动力系统为整列车的走行提供动力。
打磨系统由打磨装置与打磨作业控制系统组成。B1车、A车、B2车各设置有2个8头打磨装置(12’)，安装在车架下方，整列车共48个打磨头。打磨作业控制系统主要由分布在B1 车、B2车司机室与三节车设备室电气柜内的打磨作业控制系统主机、输入输出模块等(13’) 及B1车、B2车司机室内的打磨控制触屏(14’)组成。通过打磨控制触屏可实现对打磨装置动作的控制及对打磨装置工作状态的实时监测。
检测系统由安装在B1车前端转向架上的廓形检测装置(15’)、波磨检测装置(16’)及安装在B1车司机室内的检测系统主机与显示屏(17’)组成。用于实现钢轨智能打磨技术的软件系统集成在检测系统主机中。
上述实施例的积极效果是：
1)具备可实现钢轨智能打磨技术的软件系统，该系统可通过对输入的整个作业区段线路的廓形检测数据与波磨检测数据得到适用于作业区段线路的推荐打磨策略，并将打磨策略以文本文档形式输出。
2)钢轨打磨车的打磨作业控制系统主机与检测系统主机通过通讯相连接，通过打磨控制触屏操作便可读取并直接调用由用于实现钢轨智能打磨技术的软件系统输出的打磨控制策略文档。
3)检测系统输出至用于实现钢轨智能打磨技术的软件系统的检测数据与钢轨打磨车的作业特性及打磨装置的结构与性能参数进行了适应性匹配，确保输出的检测数据量足够且不过多。
4)打磨作业控制系统中预置了一组预设打磨模式，这组预设打磨模式根据钢轨智能打磨技术的特点进行了适应性的匹配，进而使得打磨策略可以简单地用一系列需依次执行的预设打磨模式的编号来表示。

Claims (5)

1.基于钢轨智能打磨方法的钢轨打磨车，包括车体，该车体上设置动力系统、打磨系统、检测系统，其特征在于：所述车体还设置用于实现钢轨智能打磨的推荐打磨策略的算法系统；所述车体为动力系统、打磨系统、检测系统的安装平台，该车体包括车架，该车架上设置司机室、设备室、动力室、转向架及车厢间连接装置；所述打磨系统包括打磨装置与打磨作业控制系统；打磨作业控制系统包括打磨作业控制系统主机，该打磨作业控制系统主机连接输入输出模块及两端司机室内的打磨控制触屏，用于实现对打磨装置动作的控制及对打磨装置工作状态的实时监测；所述钢轨打磨车的打磨作业控制系统主机与检测系统主机通过通讯相连接，通过打磨控制触屏操作读取并直接调用由用于实现钢轨智能打磨的软件系统输出的打磨控制策略文档；所述检测系统输出至用于实现钢轨智能打磨的软件系统的检测数据与钢轨打磨车的作业特性及打磨装置的结构与性能参数进行适应性匹配，包括：廓形检测数据采用极坐标形式输出且廓形检测点的角度坐标与钢轨打磨车常用打磨角度相对应；波磨检测数据选用长波波深与短波波深这两项被用作钢轨打磨质量评判标准的参数；廓形检测断面及波磨检测点的采样频率根据钢轨打磨车的作业速度与常用作业里程等综合考虑设定，确保输出的检测数据量足够且不过多；打磨作业控制系统中预置一组预设打磨模式，这组预设打磨模式根据钢轨智能打磨技术的特点进行适应性的匹配，进而使得打磨策略能够简单地用一系列需依次执行的预设打磨模式的编号来表示；所述检测系统包括廓形检测装置、波磨检测装置及安装在一端司机室内的检测系统主机与显示屏。
2.如权利要求1所述的基于钢轨智能打磨方法的钢轨打磨车，其特征在于：所述打磨装置包括多个磨头，所述多个磨头的打磨角度根据钢轨廓形调整，对正线钢轨或道岔进行磨削。
3. 如权利要求1或2所述的基于钢轨智能打磨方法的钢轨打磨车，其特征在于：检测系统输出至用于实现钢轨智能打磨技术的软件系统的检测数据文档中，单个检测点的数据格式[x, Δρ 1 , Δρ 2 ,…, Δρ i ,…, Δρ 16 , z s ,z l ]；其中，x为公里标数据，即此检测数据测量的钢轨截面相对于检测起始点的相对坐标值，单位为m；Δρ i 为实测廓形与标准廓形在角度θ i 处的偏差值，单位为mm；θ i 与该钢轨打磨车的常用打磨角度相对应，单位为°；z s 、z l 分别为在以x为起点长度为标准采样窗长度的区间内的短波波深与长波波深的数值。
4.如权利要求3所述的基于钢轨智能打磨方法的钢轨打磨车，其特征在于：用于实现钢轨智能打磨技术的软件系统读取检测系统输出的检测数据文档，并通过其内部运算输出推荐的打磨策略。
5.如权利要求1所述的基于钢轨智能打磨方法的钢轨打磨车，其特征在于：打磨系统包括打磨装置与打磨作业控制系统，打磨装置安装在车架下方，打磨作业控制系统包括分布在两端司机室与每节车设备室电气柜内的打磨作业控制系统主机、输入输出模块等及两端司机室内的打磨控制触屏，通过打磨控制触屏可实现对打磨装置动作的控制及对打磨装置工作状态的实时监测。
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