一种基于面积的钢轨打磨方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及铁路维护技术，尤其涉及一种基于面积的钢轨打磨方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着我国高速化、重载铁路的迅速发展，钢轨疲劳损伤日益严重，主要表现为轨头磨耗，包括垂直磨耗、侧面磨耗等，这些损伤若不能及时、准确的修复将降低钢轨的使用寿命。修复钢轨损伤的最有效途径是对钢轨进行修复性或预防性打磨，打磨参数越精准，越能有效消除钢轨轨面病害、修正轮廓、改善轮轨关系。
[0003]我国于上世纪八十年代引入钢轨打磨技术，目前一些铁路局已配备钢轨打磨车，钢轨打磨技术也正在逐渐成为一项基本的线路维护技术。但是国内在有关钢轨打磨技术的应用方面与国外水平存在较大的差距。原因是钢轨打磨车主要是从国外引进，由于国内外的钢材质量、钢轨铺设参数及使用条件存在差异，国外的一些打磨方式和标准不能照搬。国内打磨主要依赖于操作人员的经验，其主观性、随意性很大。如何精准打磨是提高钢轨打磨工艺质量的关键问题。
[0004]计算钢轨打磨量时，目前所采用的方法是以每个打磨磨头的打磨深度来衡量，即以打磨磨头与现场钢轨表面沿着弧段圆心的方向法线值的长度来计算。由于打磨磨头与现场钢轨表面接触时，不是一个点，而是一个面，各个打磨磨头之间存在相互耦合，因此法线值的计算方法所带来的打磨量误差极大，从而导致打磨不精确，带来两个问题:(1)或者将现场钢轨打磨量不足，从而导致打磨次数增加，浪费了打磨列车的能耗；(2)或者将现场钢轨打磨过度，从而降低钢轨的使用寿命。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于面积的钢轨打磨方法，该方法能有效提高钢轨打磨过程中的打磨精度。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于面积的钢轨打磨方法，包括以下步骤:
1)按钢轨截面轮廓的圆弧组成个数将钢轨打磨目标截面轮廓划分为多个打磨区域；
2)将现场钢轨测量的截面轮廓与打磨目标截面轮廓进行对齐；
3)计算对齐后现场钢轨各个打磨区域的钢轨打磨面积；
4)根据单个磨头的打磨量，计算现场钢轨各个打磨区域所需要的磨头数目；
5)将现场钢轨各个打磨区域的钢轨打磨面积根据所需的磨头数目进行面积等分，将打磨区域划分为一个面积相等的小块，每个小块的中心线角度即为每个钢轨打磨磨头的角度，所述每个小块的中心线为各打磨区域在圆弧上的面积等分点与对应圆心的连线。
[0007]按上述方案，所述钢轨为50轨、60轨或75轨。
[0008]按上述方案，所述步骤1)中根据现场钢轨打磨需求，将钢轨截面轮廓划分为A、B、C、D、E五个打磨区域，其中: 1.1)A区位于钢轨截面轮廓的最左边圆弧(以标准60轨为例，即左边R13圆弧段)，以钢轨截面轮廓的最左下角为坐标原点(0，0)，则A区圆弧圆心坐标为最左边圆弧的圆心坐标(以标准60轨为例，即14，20)，半径为最左边圆弧的半径(以标准60轨为例，即13);
1.2) B区为钢轨截面轮廓的左边第二段圆弧，以钢轨截面轮廓的最左下角为坐标原点(0，0)，则B区圆弧圆心坐标为左边第二个圆弧段的圆心坐标(以标准60轨为例，即29.14，-45.29)，半径为左边第二个圆弧的半径(以标准60轨为例，即80)。
[0009]1.3) C区位于钢轨截面轮廓的顶面圆弧(以标准60轨为例，即R300圆弧段)，以钢轨截面轮廓的最左下角为坐标原点(0，0)，则C区圆弧圆心坐标为顶面圆弧段的圆心坐标(以标准60轨为例，即37.04，-112.55)，半径为顶面圆弧的半径(以标准60轨为例，即300) ο
[0010]1.4)D区位于钢轨截面轮廓的右边第二个圆弧段(以标准60轨为例，即右边R80圆弧段)，以钢轨截面轮廓的最左下角为坐标原点(0，0)，则D区圆弧圆心坐标为右边第二个圆弧的圆心坐标(以标准60轨为例，即43.72，-45.29)，半径为右边第二个圆弧的半径(以标准60轨为例，即80)。
[0011]1.5)E区位于钢轨截面轮廓的最右边圆弧(以标准60轨为例，即右边R13圆弧段)，以钢轨截面轮廓的最左下角为坐标原点(0，0)，则E区圆弧圆心坐标为最右边圆弧的圆心坐标(以标准60轨为例，即58.84，20)，半径为最右边圆弧的半径(以标准60轨为例，即13)。
[0012]按上述方案，步骤2)中将现场钢轨测量的截面轮廓与打磨目标截面轮廓进行对齐，包括顶部对齐和左侧对齐；其中:
2.1)以钢轨截面轮廓的最左下角为坐标原点，将现场钢轨测量的截面轮廓与打磨目标截面轮廓在顶部以面积绝对值之和为0的方式对齐，即将现场钢轨测量的截面轮廓与打磨目标截面轮廓在Y轴上进行对齐。也即现场钢轨测量的截面轮廓与打磨目标截面轮廓在顶部交叉面积和为0时，两者顶部对齐完成。
[0013]2.2)将现场钢轨测量的截面轮廓与打磨目标截面轮廓在左侧以面积绝对值之和为0的方式对齐，即将现场钢轨测量的截面轮廓与打磨目标截面轮廓在X轴上进行对齐。也即现场钢轨测量的截面轮廓与打磨目标截面轮廓在左侧交叉面积和为0时，两者左侧对齐完成。
[0014]本发明产生的有益效果是:打磨磨头与现场钢轨表面接触时，不是一个点，而是一个面，各个打磨磨头之间存在相互耦合，因此单个磨头在进行打磨时，表现为磨头对钢轨的打磨过程是以面积的方式进行的，本发明方法极大的提高了钢轨打磨量的计算精度，从而避免了对钢轨的过度打磨或者打磨量不足等情况。
【附图说明】
[0015]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
图1为传统的钢轨打磨量表示方法示意图；
图2为本发明实施例中标准60轨的A/B/C/D/E区域划分示意图；
图3为现场钢轨测量的截面廓形与打磨目标截面廓形在顶部对齐和左侧未对齐的示意图； 图4为计算现场钢轨A区的钢轨打磨面积示意图；
图5为现场钢轨B区的钢轨打磨面积按照B区需要的磨头数目进行面积等分示意图； 图6为B区每个钢轨打磨磨头的角度示意图。
【具体实施方式】
[0016]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0017]如图1所示，图1是传统的钢轨打磨量表示方法示意图，其打磨量计算方法是，将现场钢轨测量的截面廓形与打磨目标截面廓形进行对齐。在A区，以(13.51，20.31)为圆心，半径为13，将现场钢轨测量的截面廓形与打磨目标截面廓形与圆心相连，计算现场钢轨测量的截面廓形与打磨目标截面廓形的法线值之差，即为该处的打磨量，如图1中的L即为点A处打磨量。B/C/D/E区域计算方法一致。
[0018]为避免法线值计算打磨量所带来的误差，本发明采用以下技术方案。
[0019]一种基于面积的钢轨打磨方法，包括以下步骤:
1)按钢轨截面轮廓的圆弧组成个数将钢轨打磨目标截面轮廓划分为多个打磨区域；将钢轨截面轮廓划分为A/B/C/D/E五个打磨区域，方便计算磨头的打磨面积，以标准60轨为具体实例，如图2所示。其中:
a)A区位于钢轨截面轮廓的左边R13圆弧，以标准60轨截面轮廓的最左下角为坐标原点(0，0)则A区圆弧圆心坐标为(14，20)，半径为13 ;A区的起点坐标是(1.03，20.63)，终点坐标是(11.08，32.65)0
[0020]b)B区位于钢轨