一种高压水射流钢轨的打磨距离精确控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高压水射流钢轨的打磨距离精确控制方法及系统，方法包括：在开始作业前，选定打磨的距离控制精度参数；获取待打磨钢轨的工况参数，根据待打磨钢轨的工况参数确定初始靶距和理想喷头位置；获取钢轨表面振动数据、钢轨表面实时轮廓数据和钢轨打磨车的运动数据；根据钢轨表面振动数据、钢轨表面实时轮廓数据、钢轨打磨车的运动数据和距离控制精度参数确定喷头调整加速度的横向和纵向控制参数；根据横向和纵向控制参数控制喷嘴的移动。本发明专利技术采用Newmark

【技术实现步骤摘要】
一种高压水射流钢轨的打磨距离精确控制方法及系统


[0001]本专利技术属于钢轨打磨控制系统领域，更具体地，涉及一种使用高压水射流钢轨的打磨距离精确控制方法及系统。

技术介绍

[0002]随着我国经济快速增长，铁路运输发挥着越来越重要的作用，铁路系统的钢轨的疲劳、磨损等问题日趋严重。钢轨打磨是线路修理工作的重要内容，通过打磨可以改善轮轨接触关系，预防和延缓接触疲劳、磨耗、波形磨耗等钢轨病害的产生。如不及时对损伤的钢轨进行修复，损伤的钢轨将影响运输过程中的轮轨接触，进一步加剧钢轨的损伤，不仅严重威胁了铁路系统的安全，还大大增加了后续维护修复的成本，因此必须定期对钢轨进行修复。
[0003]目前钢轨主要修复方式有人工修复和钢轨修复车修复：人工修复主要采用焊补等方式，钢轨修复车修复有钢轨打磨车修复和钢轨铣磨车修复。但钢轨修复车修复过程中，都存在着损耗快、污染高、通用性差等缺点，采用高压水射流打磨钢轨，不会对钢轨表面造成热损伤，也不会产生熔渣污染。
[0004]为了解决上述技术问题，授权公告号为CN212553400U(对比文件1)的技术公开了一种轨道超高压磨料射流与纯水射流联合打磨装置，包括行走单元、控制终端，以及安装在行走单元上的装置总成、磨料射流单元和纯水射流单元。本技术的有益效果为：将磨料射流与纯水射流联合起来，在保留钢轨硬化层的同时，提高了打磨质量。磨料水射流打磨技术拥有更低的打磨量和更精确的加工精度，磨料水射流技术属于冷加工方式，不会产生热效应，可有效避免温度变化对轨道材料性能产生的影响，进一步提高了加工精度。
[0005]但上述技术的磨料射流单元和纯水射流单元中的喷嘴不能进行灵活调节，不能通过调整不同的喷头数量、角度、速度等参数，不能让喷嘴广泛适用于不同类型的钢轨，导致作业效率不高，通用性不强。同时即便在克服上述缺点后，钢轨修复车在行驶和工作过程中，由于路况等外部因素的影响，会发生振动，导致喷头与钢轨间的距离发生变化，因此研发一种能精确控制工作距离的系统十分重要。
[0006]为解决上述技术问题，对比文件2公开了一种钢轨打磨偏转角度控制方法，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、摇架和控制单元。控制单元实时获取当前打磨电机的反馈角度与通过上位机预设的目标角度之间的误差角度，并根据误差角度不断调整所述偏转电机动作，使打磨电机偏转至预设的目标角度，最终使打磨电机按照预设的目标角度进行打磨作业。本专利技术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。
[0007]对比文件3公开了一种钢轨廓形打磨车控制系统及其控制方法，属于铁路运输
，本专利技术为解决现有大型钢轨打磨车无法在低温环境下工作，小型打磨车存在效率低、精度差和操作难度大的问题。它包括：主控模块，输入设定的打磨参数，控制动力模块行
进至需打磨钢轨所在位置，控制打磨悬臂模块中的打磨电机进行横向、纵向和角度的调节，并控制打磨悬臂模块对钢轨进行打磨，实现对打磨电机横向、纵向和角度三个自由度的控制调节，解决了作业效率不高，通用性不强的问题。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种高压水射流钢轨的打磨距离精确控制方法及系统，采用Newmark
‑
β求解喷头调整加速度，不直接进行喷头位置的补偿，可对喷头振动的两个自由度方向调整，保证打磨钢轨的连续性和一致性。
[0009]为实现上述目的，按照本专利技术的一方面，提供一种高压水射流钢轨的打磨距离精确控制方法，包括：
[0010]在开始作业前，选定打磨的距离控制精度参数；
[0011]获取待打磨钢轨的工况参数，根据待打磨钢轨的工况参数确定初始靶距和理想喷头位置；
[0012]获取钢轨表面振动数据、钢轨表面实时轮廓数据和钢轨打磨车的运动数据；
[0013]根据钢轨表面振动数据、钢轨表面实时轮廓数据、钢轨打磨车的运动数据和距离控制精度参数确定喷头调整加速度的横向和纵向控制参数；
[0014]根据横向和纵向控制参数控制喷嘴的移动。
[0015]进一步地，所述根据钢轨表面振动数据、钢轨表面实时轮廓数据、钢轨打磨车的运动数据和距离控制精度参数确定喷头调整加速度的横向和纵向控制参数，包括：
[0016]根据钢轨表面振动数据，确定钢轨因振动产生的位移偏差量；
[0017]根据钢轨表面实时轮廓数据，确定的喷头靶距变化量；
[0018]根据钢轨打磨车的运动数据，确定喷头的位置偏差量；
[0019]根据所述位移偏差量、喷头靶距变化量、位置偏差量和距离控制精度参数确定喷头调整加速度的横向和纵向控制参数。
[0020]进一步地，所述根据所述位移偏差量、喷头靶距变化量、位置偏差量和距离控制精度参数确定喷头调整加速度的横向和纵向控制参数，包括：
[0021]根据位移偏差量、喷头靶距变化量、位置偏差量确定喷头横向、纵向两个方向的偏差，若喷头横向、纵向两个方向的偏差的平方和大于距离控制精度参数；
[0022]建立喷头的动力学响应特性和理想喷头位置偏移的函数，基于Newmark
‑
β法求解喷头调整的加速度。
[0023]进一步地，所述根据位移偏差量、喷头靶距变化量、位置偏差量确定喷头横向、纵向两个方向的偏差，包括：
[0024]ΔX＝dx+δx+VxΔt
[0025]ΔY＝dy+δy+VyΔt
[0026]其中，δx,δy为钢轨因振动产生的位移偏差量，dx,dy为喷头靶距变化量，VxΔt,VyΔt为在一段时间Δt内喷头因随着车辆运动而产生的位置偏差量。
[0027]进一步地，所述建立喷头的动力学响应特性和理想喷头位置偏移的函数，基于Newmark
‑
β法求解喷头调整的加速度，包括：
[0028]ΔX＝dx+δx+VxΔt
[0029]ΔY＝dy+δy+VyΔt
[0030]Γ(ΔX,ΔY)＝Γ(t)
[0031]Δx
i
＝0.5a
xi
t
i2
,Δy
i
＝0.5a
yi
t
i2
[0032][0033]其中，δx,δy为钢轨因振动产生的位移偏差量，dx,dy为喷头靶距变化量，VxΔt,VyΔt为在一段时间Δt内喷头因随着车辆运动而产生的位置偏差量，a
xi
，a
yi
分别是经过第i
‑
1次调整后，基于Newmark
‑
β法计算得到的当前位置的加速度在横向、纵向两个方向的分量，Δx
i
，Δy
i
为第i次调整的位移量；R
i
为依据当前加速度调整喷头后与理想喷头位置的偏差；t
i
为每次进行加速度调整的周期；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压水射流钢轨的打磨距离精确控制方法，其特征在于，包括：在开始作业前，选定打磨的距离控制精度参数；获取待打磨钢轨的工况参数，根据待打磨钢轨的工况参数确定初始靶距和理想喷头位置；获取钢轨表面振动数据、钢轨表面实时轮廓数据和钢轨打磨车的运动数据；根据钢轨表面振动数据、钢轨表面实时轮廓数据、钢轨打磨车的运动数据和距离控制精度参数确定喷头调整加速度的横向和纵向控制参数；根据横向和纵向控制参数控制喷嘴的移动。2.根据权利要求1所述的一种高压水射流钢轨的打磨距离精确控制方法，其特征在于，所述根据钢轨表面振动数据、钢轨表面实时轮廓数据、钢轨打磨车的运动数据和距离控制精度参数确定喷头调整加速度的横向和纵向控制参数，包括：根据钢轨表面振动数据，确定钢轨因振动产生的位移偏差量；根据钢轨表面实时轮廓数据，确定的喷头靶距变化量；根据钢轨打磨车的运动数据，确定喷头的位置偏差量；根据所述位移偏差量、喷头靶距变化量、位置偏差量和距离控制精度参数确定喷头调整加速度的横向和纵向控制参数。3.根据权利要求2所述的一种高压水射流钢轨的打磨距离精确控制方法，其特征在于，所述根据所述位移偏差量、喷头靶距变化量、位置偏差量和距离控制精度参数确定喷头调整加速度的横向和纵向控制参数，包括：根据位移偏差量、喷头靶距变化量、位置偏差量确定喷头横向、纵向两个方向的偏差，若喷头横向、纵向两个方向的偏差的平方和大于距离控制精度参数；建立喷头的动力学响应特性和理想喷头位置偏移的函数，基于Newmark
‑
β法求解喷头调整的加速度。4.根据权利要求3所述的一种高压水射流钢轨的打磨距离精确控制方法，其特征在于，所述根据位移偏差量、喷头靶距变化量、位置偏差量确定喷头横向、纵向两个方向的偏差，包括：ΔX＝dx+δx+VxΔtΔY＝dy+δy+VyΔt其中，δx,δy为钢轨因振动产生的位移偏差量，dx,dy为喷头靶距变化量，VxΔt,VyΔt为在一段时间Δt内喷头因随着车辆运动而产生的位置偏差量。5.根据权利要求3所述的一种高压水射流钢轨的打磨距离精确控制方法，其特征在于，所述建立喷头的动力学响应特性和理想喷头位置偏移的函数，基于Newmark
‑
β法求解喷头调整的加速度，包括：ΔX＝dx+δx+VxΔtΔY＝dy+δy+VyΔtΓ(ΔX,ΔY)＝Γ(t)Δx
i
＝0.5a
xi
t
i2
,Δy
i
＝0.5a
yi
t
i2
其中，δx,δy为钢轨因振动产生的位移偏差量，dx,dy为喷头靶距变化量，VxΔt,VyΔt为在一段时间Δt内喷头因随着车辆运动而产生的位置偏差量，a
xi
，a
yi
分别是经过第i
‑
1次调整后，基于Newmark
‑
β法计算得到的当前位置的加速度在横向、纵向两个方向的分量，Δx
i
，Δy
i
为第i次调整的位移量；R
i
为依据当前加速度调整喷头后与理想喷头位置的偏差；ti为每次进行加速度调整的周期；若R
i
不大于距离控制精度参数，则以此时求解得到的加速度a
xn
和a
yn
(n＝1,2，
…
，i)，作为喷头调整加速度的横向和纵向控制参数。6.根据权利要求5所述的一种高压水射流钢轨的打...

【专利技术属性】
技术研发人员：李登，张旭，罗文悦，巫世晶，龙新平，张浩，殷勤，张琨，刘辉，张银龙，何翔，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司沈阳奥拓福科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：