[发明专利]一种打磨单元偏转控制装置、系统及钢轨打磨车

说明书

本发明公开了一种打磨单元偏转控制装置、系统及钢轨打磨车，装置包括：偏转控制单元，在打磨车停车状态下控制打磨单元偏转，并完成偏转角度标定；数据获取单元，在标定过程中采集多组打磨单元实际偏转角度值，及其对应的执行机构行程反馈值；数据拟合单元，采用设定的函数拟合，根据打磨单元实际偏转角度值及对应的执行机构行程反馈值的多组数据组合得到函数的参数，将函数的参数传输至偏转控制单元；偏转控制单元在打磨车作业状态下采用设定的函数及数据拟合单元传输的参数对打磨单元进行偏转控制。本发明能解决现有打磨偏转控制方式由于打磨单元加工组装及结构弹性变形等原因容易引起误差，进而导致偏转角度控制精度低的技术问题。

技术领域

本发明涉及轨道工程机械领域，尤其涉及一种打磨单元偏转控制装置、系统及钢轨打磨车。

背景技术

随着铁路运量和载重的不断增加，钢轨表面和内部容易出现各种损伤和缺陷，如波磨、裂纹、剥离、压溃、点蚀和肥边等。如不进行及时修复，这些缺陷会加速恶化，从而带来高昂的钢轨更换成本。钢轨打磨是消除钢轨病害和修复钢轨廓形的主要手段，利用钢轨打磨技术进行线路维护已成为国内外轨道养护的共识，其应用越来越普及，也为铁路系统创造了很大的效益。

钢轨打磨车是用于对线路钢轨表面进行磨削加工，以消除钢轨表面缺陷(锈蚀、疲劳裂纹、不平顺、波磨、肥边、变形等)的设备。打磨车下部设有多个打磨小车，打磨小车在整车的牵引下在钢轨上进行连续打磨作业。每个打磨小车内部设有打磨单元100，打磨单元100为钢轨打磨车的核心机构。如附图1所示，打磨单元100由可旋转的偏转机构2(又称为摇篮)、打磨电机1、打磨砂轮(又称为打磨头3)、打磨下压油缸(即下压驱动机构7)、导向杆(即下压导柱4)、导向套(即下压导套5)及调节机构等组成。两组下压导柱4的上部通过连接架6相连，下压导柱4的下部固定连接于偏转机构2上。下压驱动机构7的一端连接至连接架6，另一端通过连接臂板10连接至打磨电机1的外表面。打磨电机1与打磨头3直联并驱动其高速旋转，同时打磨电机1安装在下压导套5上，通过控制下压驱动机构7来驱动下压导套5沿下压导柱4的轴向运动，实现打磨电机1的下压打磨作业，而调节机构用以保证打磨的位置、质量和效率并避开障碍物保证安全。随着铁路运行速度的不断提升，尤其是高速铁路的快速发展，对钢轨打磨车的作业精度要求越来越高，作业精度的核心在于打磨单元100的偏转控制和下压控制。尤其是对打磨单元偏转角度的精确调整控制是决定打磨质量的关键因素，直接影响着打磨后钢轨的廓形精度，而其控制精度的保证一直是一个技术难题。

打磨头3与钢轨200之间的接触为线型接触，每个砂轮在钢轨200上打磨形成一个光亮带(细长平面)，多个打磨头3通过不同的角度分布形成多个光亮带，从而覆盖整个钢轨200的轨面。偏转机构2设有转轴，可在偏转驱动机构8的驱动下，朝向钢轨内外侧产生所需的偏转角度。现有国铁打磨车打磨单元100的偏转角度范围一般为-25°～+70°，其角度偏转实现形式主要有两种：一种为偏转油缸(即偏转驱动机构8)一级偏转，另一种为摆动油缸(即摆动驱动机构9)+偏转电缸(即偏转驱动机构8)两级偏转。偏转油缸和偏转电缸内部自带行程传感器，通过长度的变化来确定打磨头3的偏转角度。其中，采用偏转油缸偏转方式的打磨单元100偏转结构如附图3所示，而采用摆动油缸+偏转电缸两级偏转方式的打磨单元100偏转结构如附图4所示。

如附图5所示，偏转机构2(即摇篮)的转动点为O点，偏转油缸(即偏转驱动机构8)在车架上的安装点为B点，偏转油缸在偏转机构2上的安装点为A点，OB的线段长b为固定值，OA的线段长a为固定值，AB线段长度L随着偏转油缸伸缩而产生变化。打磨电机1的偏转角度α为打磨电机重力垂线与旋转轴之间的夹角，打磨电机外偏角度为“-”，打磨电机内偏角度为“+”；α＝0°时，偏转油缸或偏转电缸的长度为L₀(此时∠AOB＝θ₀)。

根据上述余弦定理：

可得：

因此：