一種鋼軌銑削作業(yè)控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及鐵路養(yǎng)路工程機械電氣系統(tǒng)控制領域，尤其是涉及一種應用于鋼軌銑磨車的鋼軌銑削作業(yè)控制方法。
【背景技術】
[0002]鋼軌銑磨車是一種適用于鋼軌預防性及整治性維護作業(yè)的鐵路養(yǎng)護機械，通過對鋼軌的銑磨作業(yè)可以實現(xiàn)以下目標:提高鋼軌縱向平順性和橫斷面輪廓質量(減少鋼軌磨耗，改善輪軌接觸幾何狀態(tài)，減少輪軌相對磨耗)；提高鋼軌使用壽命；降低鋼軌維修成本和再利用成本；降低運行噪音提高路網(wǎng)運行安全和運營效率。鋼軌銑磨車是一種移動式銑削和磨削機械，機械本身在自走行過程中通過絲杠、伺服電機、驅動電機等控制單元驅動仿形銑盤、仿形磨盤對線路上固定的鋼軌進行銑削和磨削加工。
[0003]我國鐵路經(jīng)過多次大提速，列車運行速度已大幅提高，這對鋼軌的平順度等指標提出了苛刻要求。為滿足此要求，需定期對鋼軌表面進行修復作業(yè)，以消除鋼軌的側磨、波磨、碾壓層、裂縫、剝離等缺陷，恢復軌頭工作部分的設計形狀，提高鋼軌使用壽命，降低運行噪音，提高列車的運行安全性。傳統(tǒng)的大型鋼軌整修設備以鋼軌打磨列車為主，該車通過以打磨電機和砂輪組成的磨削作業(yè)系統(tǒng)進行鋼軌整修，存在作業(yè)控制不精確，作業(yè)精度低，無集塵裝置，環(huán)境污染嚴重，只能在干線鐵路使用等缺點。用戶需求功能更強、效率更高、更環(huán)保的解決方案。鋼軌銑磨車是在此背景下產(chǎn)生的一種新型鋼軌在線整修設備，創(chuàng)新地使用了銑作業(yè)與磨作業(yè)結合的修復方式，能在運行中對鋼軌進行動態(tài)銑磨，具有作業(yè)控制精確，作業(yè)效率高，環(huán)境污染較小等優(yōu)點。
[0004]國際上生產(chǎn)制造鋼軌銑磨車廠家僅有奧地利的Linsinger公司及MFL公司兩家，其整車設計、制造技術對中國進行封鎖，只限制出口整車產(chǎn)品到中國市場。整機進口國外鋼軌銑磨車的價格昂貴，且無自主知識產(chǎn)權，無法與我國鐵路發(fā)展趨勢相適應，更無法實現(xiàn)鋼軌的預防性及整治性維護作業(yè)。目前國內(nèi)尚無相關鋼軌銑磨車電氣控制系統(tǒng)研發(fā)或生產(chǎn)廠商。鋼軌銑磨車整車受控對象多、控制精度要求高，內(nèi)部包含多個子系統(tǒng)，且各子系統(tǒng)之間功能及應用條件不同，因此需采用不同的受控設備及控制方法。國內(nèi)對鋼軌銑磨作業(yè)控制技術還處于研宄階段，沒有定型的控制方案，目前應用較多的是采用恒功率銑磨作業(yè)方案來實現(xiàn)銑削、磨削作業(yè)。恒功率控制方案是指銑削或磨削作業(yè)過程中將銑削或磨削進給量作為輸入，將銑削或磨削作業(yè)的主軸電機的輸出電流作為反饋信號進行調(diào)節(jié)輸入，當線路有凸起時主電機輸出電流增大，需要減小進給量，當線路有凹陷時主電機輸出電流減小，需要增大進給量，從而實現(xiàn)銑磨裝置的相對鋼軌的跟隨控制。
[0005]恒功率銑磨作業(yè)方案從理論上講可以實現(xiàn)鋼軌銑、磨作業(yè)時銑、磨裝置對鋼軌的隨動控制，消除短波誤差，并保持原有長波軌擴形狀，起到鋼軌防御性維護的目的。但是恒功率控制有其根本性弊端，一是給定理論切削量后，實際切削量難以檢測，造成對應理論切削量下對應的準確功率難以確定；二是在確定理論切削量下對應的準確功率后對采用電流反饋控制理論對控制系統(tǒng)的實時性要求過高，從而在鋼軌具有凸起、凹陷時系統(tǒng)響應時間與作業(yè)效率形成矛盾，即作業(yè)走行慢時系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間充分，實際恒定銑削、磨削功率精度高、誤差小，即作業(yè)走行快時系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間短，實際恒定銑削、磨削功率精度低、誤差大，從而造成波浪銑削、磨削現(xiàn)狀，無法滿足作業(yè)后線路平順性的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種鋼軌銑削作業(yè)控制方法，解決現(xiàn)有恒功率銑磨作業(yè)控制方式難以檢測實際切削量，給定理論切削量下功率難以恒定，系統(tǒng)調(diào)節(jié)響應慢，銑磨作業(yè)精度低、誤差大，無法滿足作業(yè)后線路平順性要求的技術問題。
[0007]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明具體提供了一種鋼軌銑削作業(yè)控制方法的技術實現(xiàn)方案，鋼軌銑削作業(yè)控制系統(tǒng)包括銑盤、側向定位傳感器、銑盤框架、定位靴、Z向升降油缸和主軸電機。所述主軸電機帶動所述銑盤進行銑削作業(yè)，所述銑盤通過銑盤框架設置在鋼軌銑削作業(yè)車的中下部。所述Z向升降油缸的固定端設置在所述鋼軌銑削作業(yè)車下方的Y向導軌底部，所述Z向升降油缸的活動端與所述銑盤框架連接，所述Z向升降油缸能與所述銑盤沿垂向上下運動。所述定位靴設置在所述Z向升降油缸的固定端的后下方，所述側向定位傳感器通過固定裝置與所述銑盤相連。
[0008]所述控制方法包括以下步驟:
[0009]SlOl:對所述銑盤進行垂向和側向定位，所述銑盤對鋼軌進行銑削作業(yè)；
[0010]S102:檢測并調(diào)節(jié)所述定位靴的壓力值，實現(xiàn)所述定位靴的壓力恒定；
[0011]S103:控制所述主軸電機的旋轉速度恒定；
[0012]S104:通過所述定位靴的壓力值和所述側向定位傳感器的檢測值調(diào)節(jié)所述銑盤的作業(yè)零點，實現(xiàn)所述銑盤的垂向和側向跟隨控制。
[0013]優(yōu)選的，所述鋼軌銑削作業(yè)控制系統(tǒng)還包括弦線傳感器，所述弦線傳感器的一端設置在所述銑盤框架的上部，另一端與所述Z向升降油缸的固定端相連。
[0014]所述步驟SlOl進一步包括所述銑盤的粗定位過程，該過程包括以下步驟:
[0015]所述弦線傳感器測量所述Z向升降油缸的伸長位移，確定所述銑盤的下降距離，并將測量結果反饋至銑削作業(yè)主控制器，再由所述銑削作業(yè)主控制器控制電液伺服閥，實現(xiàn)所述銑盤的垂向運動。當所述銑盤下降到所述鋼軌軌面上方設定的高度時，確定所述鋼軌的軌廓和軌距，完成對所述銑盤的粗定位。
[0016]優(yōu)選的，所述鋼軌銑削作業(yè)控制系統(tǒng)還包括角度傳感器和伺服機構二，所述角度傳感器設置在所述銑盤的下部，能與所述銑盤同步運動。所述伺服機構二分別帶動Z軸電機和Y軸電機。
[0017]所述步驟SlOl進一步包括所述銑盤的精定位過程，該過程包括以下步驟:
[0018]當所述鋼軌銑削作業(yè)控制系統(tǒng)完成所述鋼軌軌廓和軌距的測量后，所述銑盤與所述Z向升降油缸同步下降，所述角度傳感器打開并壓在所述鋼軌上，所述角度傳感器在所述銑盤的帶動下同步下降。當所述弦線傳感器檢測到定位靴離所述鋼軌的軌面達到設定距離時，所述Z向升降油缸停止下降，所述銑盤垂向定位成功。所述伺服機構二驅動所述銑盤在Y向向所述鋼軌的內(nèi)側移動，完成對所述銑盤的精定位。
[0019]優(yōu)選的，所述鋼軌銑削作業(yè)控制系統(tǒng)還包括前高度定位傳感器和后高度定位傳感器，所述前高度定位傳感器和后高度定位傳感器通過所述固定裝置與所述銑盤的下部相連，并位于所述銑盤沿所述鋼軌水平方向的兩側。
[0020]所述步驟SlOl進一步包括所述銑盤的完成定位過程，該過程包括以下步驟:
[0021]所述銑盤在所述伺服機構二的帶動下沿垂向下降至所述銑盤的下邊緣到軌面的高度達到設定距離時，所述銑盤在垂向停止運動，實現(xiàn)垂向定位。在垂向定位完成后，所述銑盤沿Y向向外移動，至所述側向定位傳感器的中位，則Y向定位完成，并完成對所述銑盤的最終定位。
[0022]優(yōu)選的，所述定位靴包括前定位靴壓力傳感器和后定位靴壓力傳感器，所述鋼軌銑削作業(yè)控制系統(tǒng)還包括油缸控制模塊和伺服機構一。
[0023]所述步驟SlOl進一步包括鋼軌銑削作業(yè)恒壓力控制過程，該過程包括以下步驟:
[0024]所述油缸控制模塊控制所述伺服機構一驅動所述Z向升降油缸輸出恒定的壓力，所述前定位靴壓力傳感器和后定位靴壓力傳感器將所述定位靴的垂向位移轉換為壓力。所述油缸控制模塊根據(jù)設定的壓力值和銑削作業(yè)過程中所述Z向升降油缸輸出的壓力值進行PID調(diào)節(jié)。當所述鋼軌上存在有凸起或凹陷時，所述Z向升降油缸的垂向位移變化引起所述前定位靴壓力傳感器和后定位靴壓力傳感器的位移變化，所述前定位靴壓力傳感器和后定位靴壓力傳感器檢測壓力值的變化，并通過所述油缸控制模塊調(diào)節(jié)所述伺服機構一的輸出，進而使所述Z向升降油缸輸出恒定的壓力。
[0025]優(yōu)選的，所述鋼軌銑削作業(yè)控制系統(tǒng)還包括運動控制模塊和單電機驅動模塊，所述步驟SlOl進一步包括所述主軸電機恒轉速控制過程，該過程包括以下步驟:
[0026]所述運動控制模塊控制所述單電機驅動模塊驅動所述主軸電機維持恒定的轉速，所述主軸電機帶動所述銑盤對所述鋼軌進行銑削作業(yè)。所述運動控制模塊根據(jù)設定的轉速值、進給速度值以及銑削作業(yè)過程中所述主軸電機反饋的轉速值進行PID調(diào)節(jié)，所述主軸電機恒線速度運行。當設定的轉速值、進給量增加時，所述主軸電機的輸出功率下降，所述主軸電機的轉速上升。當設定的轉速值、進給量減小時，所述主軸電機的輸出功率上升，所述主軸電機的轉速下降。
[0027]優(yōu)選的，所述鋼軌銑削作業(yè)控制系統(tǒng)還包括雙電機驅動模塊，所述步驟SlOl進一步包括所述銑盤的Z/Y向跟隨控制控制過程，該過程包括以下步驟:
[0028]所述運動控制模塊控制所述雙電機驅動模塊驅動所述伺服機構二維持恒