一种钢轨铣削作业控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及铁路养路工程机械电气系统控制领域，尤其是涉及一种应用于钢轨铣磨车的钢轨铣削作业控制方法。
【背景技术】
[0002]钢轨铣磨车是一种适用于钢轨预防性及整治性维护作业的铁路养护机械，通过对钢轨的铣磨作业可以实现以下目标:提高钢轨纵向平顺性和横断面轮廓质量(减少钢轨磨耗，改善轮轨接触几何状态，减少轮轨相对磨耗)；提高钢轨使用寿命；降低钢轨维修成本和再利用成本；降低运行噪音提高路网运行安全和运营效率。钢轨铣磨车是一种移动式铣削和磨削机械，机械本身在自走行过程中通过丝杠、伺服电机、驱动电机等控制单元驱动仿形铣盘、仿形磨盘对线路上固定的钢轨进行铣削和磨削加工。
[0003]我国铁路经过多次大提速，列车运行速度已大幅提高，这对钢轨的平顺度等指标提出了苛刻要求。为满足此要求，需定期对钢轨表面进行修复作业，以消除钢轨的侧磨、波磨、碾压层、裂缝、剥离等缺陷，恢复轨头工作部分的设计形状，提高钢轨使用寿命，降低运行噪音，提高列车的运行安全性。传统的大型钢轨整修设备以钢轨打磨列车为主，该车通过以打磨电机和砂轮组成的磨削作业系统进行钢轨整修，存在作业控制不精确，作业精度低，无集尘装置，环境污染严重，只能在干线铁路使用等缺点。用户需求功能更强、效率更高、更环保的解决方案。钢轨铣磨车是在此背景下产生的一种新型钢轨在线整修设备，创新地使用了铣作业与磨作业结合的修复方式，能在运行中对钢轨进行动态铣磨，具有作业控制精确，作业效率高，环境污染较小等优点。
[0004]国际上生产制造钢轨铣磨车厂家仅有奥地利的Linsinger公司及MFL公司两家，其整车设计、制造技术对中国进行封锁，只限制出口整车产品到中国市场。整机进口国外钢轨铣磨车的价格昂贵，且无自主知识产权，无法与我国铁路发展趋势相适应，更无法实现钢轨的预防性及整治性维护作业。目前国内尚无相关钢轨铣磨车电气控制系统研发或生产厂商。钢轨铣磨车整车受控对象多、控制精度要求高，内部包含多个子系统，且各子系统之间功能及应用条件不同，因此需采用不同的受控设备及控制方法。国内对钢轨铣磨作业控制技术还处于研宄阶段，没有定型的控制方案，目前应用较多的是采用恒功率铣磨作业方案来实现铣削、磨削作业。恒功率控制方案是指铣削或磨削作业过程中将铣削或磨削进给量作为输入，将铣削或磨削作业的主轴电机的输出电流作为反馈信号进行调节输入，当线路有凸起时主电机输出电流增大，需要减小进给量，当线路有凹陷时主电机输出电流减小，需要增大进给量，从而实现铣磨装置的相对钢轨的跟随控制。
[0005]恒功率铣磨作业方案从理论上讲可以实现钢轨铣、磨作业时铣、磨装置对钢轨的随动控制，消除短波误差，并保持原有长波轨扩形状，起到钢轨防御性维护的目的。但是恒功率控制有其根本性弊端，一是给定理论切削量后，实际切削量难以检测，造成对应理论切削量下对应的准确功率难以确定；二是在确定理论切削量下对应的准确功率后对采用电流反馈控制理论对控制系统的实时性要求过高，从而在钢轨具有凸起、凹陷时系统响应时间与作业效率形成矛盾，即作业走行慢时系统调节时间充分，实际恒定铣削、磨削功率精度高、误差小，即作业走行快时系统调节时间短，实际恒定铣削、磨削功率精度低、误差大，从而造成波浪铣削、磨削现状，无法满足作业后线路平顺性的要求。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钢轨铣削作业控制方法，解决现有恒功率铣磨作业控制方式难以检测实际切削量，给定理论切削量下功率难以恒定，系统调节响应慢，铣磨作业精度低、误差大，无法满足作业后线路平顺性要求的技术问题。
[0007]为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种钢轨铣削作业控制方法的技术实现方案，钢轨铣削作业控制系统包括铣盘、侧向定位传感器、铣盘框架、定位靴、Z向升降油缸和主轴电机。所述主轴电机带动所述铣盘进行铣削作业，所述铣盘通过铣盘框架设置在钢轨铣削作业车的中下部。所述Z向升降油缸的固定端设置在所述钢轨铣削作业车下方的Y向导轨底部，所述Z向升降油缸的活动端与所述铣盘框架连接，所述Z向升降油缸能与所述铣盘沿垂向上下运动。所述定位靴设置在所述Z向升降油缸的固定端的后下方，所述侧向定位传感器通过固定装置与所述铣盘相连。
[0008]所述控制方法包括以下步骤:
[0009]SlOl:对所述铣盘进行垂向和侧向定位，所述铣盘对钢轨进行铣削作业；
[0010]S102:检测并调节所述定位靴的压力值，实现所述定位靴的压力恒定；
[0011]S103:控制所述主轴电机的旋转速度恒定；
[0012]S104:通过所述定位靴的压力值和所述侧向定位传感器的检测值调节所述铣盘的作业零点，实现所述铣盘的垂向和侧向跟随控制。
[0013]优选的，所述钢轨铣削作业控制系统还包括弦线传感器，所述弦线传感器的一端设置在所述铣盘框架的上部，另一端与所述Z向升降油缸的固定端相连。
[0014]所述步骤SlOl进一步包括所述铣盘的粗定位过程，该过程包括以下步骤:
[0015]所述弦线传感器测量所述Z向升降油缸的伸长位移，确定所述铣盘的下降距离，并将测量结果反馈至铣削作业主控制器，再由所述铣削作业主控制器控制电液伺服阀，实现所述铣盘的垂向运动。当所述铣盘下降到所述钢轨轨面上方设定的高度时，确定所述钢轨的轨廓和轨距，完成对所述铣盘的粗定位。
[0016]优选的，所述钢轨铣削作业控制系统还包括角度传感器和伺服机构二，所述角度传感器设置在所述铣盘的下部，能与所述铣盘同步运动。所述伺服机构二分别带动Z轴电机和Y轴电机。
[0017]所述步骤SlOl进一步包括所述铣盘的精定位过程，该过程包括以下步骤:
[0018]当所述钢轨铣削作业控制系统完成所述钢轨轨廓和轨距的测量后，所述铣盘与所述Z向升降油缸同步下降，所述角度传感器打开并压在所述钢轨上，所述角度传感器在所述铣盘的带动下同步下降。当所述弦线传感器检测到定位靴离所述钢轨的轨面达到设定距离时，所述Z向升降油缸停止下降，所述铣盘垂向定位成功。所述伺服机构二驱动所述铣盘在Y向向所述钢轨的内侧移动，完成对所述铣盘的精定位。
[0019]优选的，所述钢轨铣削作业控制系统还包括前高度定位传感器和后高度定位传感器，所述前高度定位传感器和后高度定位传感器通过所述固定装置与所述铣盘的下部相连，并位于所述铣盘沿所述钢轨水平方向的两侧。
[0020]所述步骤SlOl进一步包括所述铣盘的完成定位过程，该过程包括以下步骤:
[0021]所述铣盘在所述伺服机构二的带动下沿垂向下降至所述铣盘的下边缘到轨面的高度达到设定距离时，所述铣盘在垂向停止运动，实现垂向定位。在垂向定位完成后，所述铣盘沿Y向向外移动，至所述侧向定位传感器的中位，则Y向定位完成，并完成对所述铣盘的最终定位。
[0022]优选的，所述定位靴包括前定位靴压力传感器和后定位靴压力传感器，所述钢轨铣削作业控制系统还包括油缸控制模块和伺服机构一。
[0023]所述步骤SlOl进一步包括钢轨铣削作业恒压力控制过程，该过程包括以下步骤:
[0024]所述油缸控制模块控制所述伺服机构一驱动所述Z向升降油缸输出恒定的压力，所述前定位靴压力传感器和后定位靴压力传感器将所述定位靴的垂向位移转换为压力。所述油缸控制模块根据设定的压力值和铣削作业过程中所述Z向升降油缸输出的压力值进行PID调节。当所述钢轨上存在有凸起或凹陷时，所述Z向升降油缸的垂向位移变化引起所述前定位靴压力传感器和后定位靴压力传感器的位移变化，所述前定位靴压力传感器和后定位靴压力传感器检测压力值的变化，并通过所述油缸控制模块调节所述伺服机构一的输出，进而使所述Z向升降油缸输出恒定的压力。
[0025]优选的，所述钢轨铣削作业控制系统还包括运动控制模块和单电机驱动模块，所述步骤SlOl进一步包括所述主轴电机恒转速控制过程，该过程包括以下步骤:
[0026]所述运动控制模块控制所述单电机驱动模块驱动所述主轴电机维持恒定的转速，所述主轴电机带动所述铣盘对所述钢轨进行铣削作业。所述运动控制模块根据设定的转速值、进给速度值以及铣削作业过程中所述主轴电机反馈的转速值进行PID调节，所述主轴电机恒线速度运行。当设定的转速值、进给量增加时，所述主轴电机的输出功率下降，所述主轴电机的转速上升。当设定的转速值、进给量减小时，所述主轴电机的输出功率上升，所述主轴电机的转速下降。
[0027]优选的，所述钢轨铣削作业控制系统还包括双电机驱动模块，所述步骤SlOl进一步包括所述铣盘的Z/Y向跟随控制控制过程，该过程包括以下步骤:
[0028]所述运动控制模块控制所述双电机驱动模块驱动所述伺服机构二维持恒