1.本专利涉及钢轨打磨领域，具体说是高压水射流钢轨打磨系统及其打磨效率优化控制方法。
背景技术：
2.随着运营里程的累积，钢轨作为轮轨关系的承力部件，承受来自车辆各种复杂多变的载荷冲击及摩擦，致使其表面和内部出现波磨、裂纹、剥离、肥边等损伤和缺陷，严重影响了行车平稳性和安全性。众所周知，钢轨打磨是目前消除钢轨表面故障最为有效的措施。为了清除病害、修复廓形，延长钢轨寿命，改善轮轨关系，钢轨打磨修复作为铁路系统综合维修的主要手段被国内外普遍采用。现阶段普遍使用的钢轨打磨设备主要包括钢轨打磨车、道岔打磨车、钢轨铣磨车、小型打磨机具等。
3.传统钢轨打磨工艺主要依靠钢轨打磨车或工机具上安装的砂轮、磨头对钢轨廓形进行接触式打磨。目前，提出的基于高速磨料水射流的钢轨打磨工艺，区别于传统接触式钢轨打磨，可以有效避免造成粉尘、噪声污染，存在火灾隐患等问题。但当前的高速磨料水射流钢轨打磨车辆仍存在以下问题：
4.1)打磨工艺通常是由粗加工转为精加工。前期粗加工强度高而精度低，用于处理明显的波磨、肥边等；后期精加工强度低而精度高，精益求精。当前应用的磨料水射流钢轨打磨使用单一的磨料，打磨效率低。
5.2)当前的磨料水射流打磨工艺，水刀射流强度不可控。射流强度可控性差，易造成欠打磨或过打磨。
6.3)单驾驶室的车体布置，仅能实现单方向的打磨作业，且不利于打磨车换线，影响打磨效率。
技术实现要素：
7.本发明要解决的是当前应用的磨料水射流钢轨打磨使用单一的磨料，仅能实现单方向的打磨作业，打磨效率低的问题。
8.针对上述问题，本发明采用的技术方案是：一种高压水射流钢轨打磨系统，包括设置于轨道上的车体组件、前动力转向架及后动力转向架所述车体组件上设置有牵引系统、增压系统、检测系统、清洁系统、磨料供给系统、打磨系统及电气控制系统；所述牵引系统、增压系统、打磨系统、磨料供给系统及电气控制系统均设置于车体组件的中部；
9.所述磨料供给系统包括设置于打磨系统上方的磨料桶、磨料管路，磨料桶及电控转置阀；所述磨料桶包括细磨料桶、粗磨料桶，所述细磨料桶的下方设置一号固定磨料管路、粗磨料桶的下方设置二号固定磨料管路，一号固定磨料管路及二号固定磨料管路的下方设置可左右移动的电控转置阀,电控转置阀内部设置顺流阀及交叉阀,顺流阀及交叉阀均可与一号固定磨料管路及二号固定磨料管路连通对接,电控转置阀下方设置一号活动磨料管路及二号活动磨料管路，电控转置阀通过电动切换i位和ii位实现固定磨料管路和活
动磨料管路的连接组合切换；
10.所述打磨系统位于车体组件底部,包括多套独立的水射流打磨执行件；
11.所述增压系统包括用于储存水和对水的加压的增压水箱及为打磨系统提供磨料传输动力、清洁动力的空压机；空压机通过空气管路连接磨料桶、前清洁系统及后清洁系统，增压水箱通过水管路连接多套打磨执行件，连接多套打磨执行件与水管路连接的支路上均设置有电控流量阀；
12.所述检测系统包括分别设置于车体组件的车身底弟弟部的前端、后端的前检测系统、后检测系统，检测系统通过结构光三维成像对轨道开展数据采集，并传输至电气控制系统；
13.所述电气控制系统，位于车体组件中部，内置计算模块、控制模块，配备打磨系统分析、控制等功能所需的软硬件设备；其中，计算模块分析检测系统采集的数据，明确打磨模式后，基于控制模块调整牵引系统行驶状态、打磨系统打磨姿态以及电控流量阀的水刀射流强度。
14.进一步的，所述车体组件包括由多类梁组成的底盘、固定设置于底盘上部的车身、车身隔墙、驾驶室、司机位及工作室；
15.整个车身包括前驾驶室、前车身隔墙、工作室、后车身隔墙、后驾驶室，车身采用内走廊式，车身隔墙包括用于分隔前驾驶室和工作室的前车身隔墙、用于分隔后驾驶室和工作室的后车身隔墙；驾驶室包括前驾驶室及后驾驶室，司机位包括设置于前驾驶室内的前司机位及设置于后驾驶室内后司机位；工作室由前车身隔墙和后车身隔墙之间的空间构成。
16.进一步的，所述牵引系统包括设置于工作室内的柴油箱、柴油机、发电机组、液力传动箱、蓄电池及冷却系统，为打磨车提供牵引动力。
17.进一步的，所述打磨执行件包括液压缸、升降连接杆、打磨安装座、打磨安装座、大机械臂、小机械臂及水刀，基于上述构件的动态调节，使打磨系统呈现不同的打磨姿态；液压缸，安装于底盘，实现打磨执行件的升降，工作时下降，非工作时上升；升降连接杆与液压缸呈导轨滑块配合，连接液压缸与打磨安装座；打磨安装座与升降连接杆固定，与大机械臂呈旋转副连接；大机械臂，一端连接打磨安装座，另一端与小机械臂呈旋转副连接；小机械臂，一端连接大机械臂，另一端与水刀呈旋转副连接；水刀为打磨执行件的末端构件，连接有活动磨料管路和水管路；在水刀处磨料混入水射流。
18.进一步的，所述清洁系统包括前清洁系统及后清洁系统，前清洁系统及后清洁系统均与与空压机连接，通过吹扫实现轨道在打磨前后的清洁工作。
19.进一步的，所述车身上还设置车钩组件，所述车钩组件包括前车钩及后车钩，前车钩含缓冲装置，设置在打磨车前端，实现与其他轨道车之间的联挂；后车钩，含缓冲装置，设置在打磨车后端，实现与其他轨道车之间的联挂。
20.进一步的，所述前驾驶室下方设置有前排障器、后驾驶室下方设置有后排障器，所述前排障器、后排障器均为弹性橡胶材质，用于排除打磨车行驶方向上的障碍物。
21.进一步的，所述车体组件的前端和后端分别设置前车钩和后车钩。
22.本发明还提供了一种高压水射流钢轨打磨系统的打磨效率优化控制方法，包括：
23.a：当打磨车需要对前方的轨道进行检测及水射流打磨时，高压水射流钢轨打磨车
向前行驶，包括如下步骤：
24.(1)使用前驾驶室驾驶打磨车；
25.(2)前动力转向架和后动力转向架向前驱动；
26.(3)判断打磨车行驶方向，电控转置阀切换至i位，一号固定磨料管路和二号活动磨料管路连接，即粗磨料桶连接前端两侧的水刀；二号固定磨料管路和二号活动磨料管路连接，即细磨料桶连接后端两侧的水刀；
27.(4)前检测系统，对未打磨的钢轨进行状态检测，提供采集数据用于判断打磨模式；后检测系统，对已打磨的钢轨进行状态校验，判断经水射流打磨的轨道是否达标，若不达标，打磨车反向行驶；
28.(5)前清洁系统和后清洁系统，通过空气管路连接空压机，通过吹扫实现轨道在打磨前后的清洁工作；
29.(6)空压机的高压空气将粗磨料桶的磨料传输至前端两侧的水刀；将细号磨料桶的磨料传输至后端两侧的水刀；在水刀处将磨料混入水射流，实现前端两侧水刀粗加工，后端两侧的水刀精加工；
30.(7)增压水箱通过水管路将高压水传输至所有水刀；
31.(8)根据打磨模式，调整牵引系统行驶状态、调节打磨系统打磨姿态、调节电控流量阀独立控制水刀的射流强度，实现高压水射流钢轨打磨；
32.b：当打磨车需要对后方的轨道进行检测及水射流打磨时，高压水射流钢轨打磨车向后行驶，包括如下步骤：
33.(1)使用后驾驶室驾驶打磨车；
34.(2)前动力转向架和前动力转向架向后驱动；
35.(3)判断打磨车行驶方向，电控转置阀切换至ii位，一号固定磨料管路和二号活动磨料管路连接，即粗磨料桶连接后端两侧的水刀；二号固定磨料管路和一号活动磨料管路连接，即细磨料桶连接前端两侧的水刀；
36.(4)后检测系统，对未打磨的钢轨进行状态检测，提供采集数据用于判断打磨模式；前检测系统，对已打磨的钢轨进行状态校验，判断经水射流打磨的轨道是否达标，若不达标，打磨车反向行驶；
37.(5)前清洁系统和后清洁系统，通过空气管路连接空压机，通过吹扫实现轨道在打磨前后的清洁工作；
38.(6)空压机的高压空气将粗磨料桶的磨料传输至后端两侧的水刀；将细磨料桶的磨料传输至前端两侧的水刀；在水刀处将磨料混入水射流，实现后端两侧的水刀粗加工，前端两侧的水刀精加工；
39.(7)增压水箱通过水管路将高压水传输至所有水刀；
40.(8)根据打磨模式，调整牵引系统行驶状态、调节打磨系统打磨姿态、调节电控流量阀独立控制水刀的射流强度，实现高压水射流钢轨打磨。
41.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
42.1)将磨料桶划分储存和供给不同粗细磨料的区域空间。通过电控转置阀，使打磨车沿行驶方向时依次通过的打磨系统使用的磨料由粗至细，遵循打磨工艺由粗加工转为精加工的规律，前期采用强度高的粗打磨，用于处理明显的波磨、肥边等；后期采用精度高的
精打磨，实现打磨效率的优化。
43.2)针对当前的磨料水射流打磨工艺，水刀射流强度不可控的问题。在连接每把水刀的水管路前置电控流量阀，通过适应性调节，分别实现对于水刀射流强度的控制，避免欠打磨或过打磨，实现打磨效率的优化。
44.3)设置双驾驶室，实现双向打磨作业，提高打磨车在换线时的机动性。同时，如果检测系统采集数据判断已打磨的钢轨状态不满足要求，具备双向打磨功能的打磨车，可立即换向进行二次打磨，可高效实现“预检测—适应性打磨—校验—二次打磨”的功能闭环。
45.4)配备多套打磨系统的打磨执行件，每套打磨执行件可基于升降连接杆、打磨安装座、大机械臂、小机械臂、水刀的机构组成，独立实现多自由度的打磨姿态调节。
46.5)基于检测系统的三维成像技术采集数据，后通过计算模块分析检测系统采集的数据，指导调整打磨模式，适应性地调整牵引系统行驶状态、打磨系统打磨姿态以及电控流量阀的水刀射流强度，实现自适应、智能化打磨作业，进一步优化打磨效率。
附图说明
47.图1是本发明较佳实施例的整体结构示意图；
48.图2是本发明较佳实施例高压水射流钢轨打磨系统水管路连接示意图；
49.图3是本发明较佳实施例高压水射流钢轨打磨系统空气管路、磨料管路连接示意图(电控转置阀i位)；
50.图4是本发明较佳实施例高压水射流钢轨打磨系统空气管路、磨料管路连接示意图(电控转置阀ii位)；
51.图5是本发明较佳实施例的打磨系统结构示意图；
52.图6是本发明较佳实施例的打磨系统16套独立打磨执行件示意图；
53.图7是本发明较佳实施例的打磨系统不同工作状态示意图；
54.图8是本发明较佳实施例的作业流程图；
55.1—轨道、1-1-一号轨道、1-2-二号轨道、2—动力转向架、2-1—前动力转向架、2-2—后动力转向架、3—排障器、3-1—前排障器，3-2—后排障器，4—车钩、4-1—前车钩，4-2—后车钩，5—底盘、6—内走廊式车身、7—车身隔墙、7-1—前车身隔墙、7-2—后车身隔墙、8—驾驶室、8-1—前驾驶室、8-2—后驾驶室、9—司机位、9-1—前司机位，9-2—后司机位、10—工作室、11—牵引系统，12—电气柜、13—增压水箱、14—空压机、15—磨料桶，15-1—粗磨料桶、15-2—细磨料桶、16—清洁系统、16-1—前清洁系统、16-2—后清洁系统、17—检测系统、17-1—前检测系统，17-2—后检测系统，18—打磨系统，18-x-a-液压缸(x＝1～16)、18-x-b-升降连接杆(x＝1～16)，18-x-c-打磨安装座(x＝1～16)，18-x-d-大机械臂(x＝1～16)，18-x-e-小机械臂(x＝1～16)，18-x-f-水刀(x＝1～16)；19—电控流量阀(x＝1～16)；19-x—x#电控流量阀(x＝1～16)、20—水管路，21—空气管路、22—磨料管路，22-1—一号固定磨料管路，22-2—二号固定磨料管路；22-3—一号活动磨料管路；22-4—二号活动磨料管路；23—电控转置阀。
具体实施方式：
56.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
57.请参考图1-4，作为本发明的一个方面，提供了一种高压水射流钢轨打磨系统，包括设置于轨道1上的车体组件、前动力转向架2-1及后动力转向架2-2(前动力转向架和后动力转向架分别位于打磨车前部和后部)所述车体组件上设置有牵引系统、增压系统、检测系统、清洁系统、磨料供给系统、打磨系统及电气控制系统；所述牵引系统、增压系统、打磨系统、磨料供给系统及电气控制系统均设置于车体组件的中部；
58.所述磨料供给系统包括设置于打磨系统上方的磨料桶15、磨料管路22，磨料桶15及电控转置阀23；所述磨料桶15包括细磨料桶151(例如存放50目磨料)、粗磨料桶15-2(例如存放500目磨料)，所述细磨料桶15-1的下方设置一号固定磨料管路221、粗磨料桶152的下方设置二号固定磨料管路222(其“固定”是指管路中磨料的粗细是固定的)，一号固定磨料管路及二号固定磨料管路的下方设置可左右移动的电控转置阀23,电控转置阀23内部设置顺流阀231及交叉阀232,流阀231及交叉阀232均可与一号固定磨料管路及二号固定磨料管路连通对接,电控转置阀23下方设置一号活动磨料管路223及二号活动磨料管路224(一号活动磨料管路，输送高压空气和磨料，连接电控转置阀和前端两侧的8把水刀(1～4#水刀、9～12#水刀)，二号活动磨料管路，输送高压空气和磨料，连接电控转置阀和后端两侧的8把水刀(5～8#水刀、13～16#水刀)，其“活动”是指管路中磨料的粗细是切换、变化的)，电控转置阀23通过电动切换i位和ii位实现固定磨料管路和活动磨料管路的连接组合切换；
59.所述打磨系统位于车体组件底部,包括多套(优选为16套)独立的打磨执行件(18-1～16—1～16#打磨执行件)；
60.所述增压系统包括用于储存水和对水的加压的增压水箱13(包括上部水箱及下部增压泵，分别用于储存水和对水的加压)及为打磨系统提供磨料传输动力、清洁动力的空压机14；空压机14通过空气管路21连接磨料桶15、前清洁系统16-1及后清洁系统16-2，为打磨系统提供磨料传输的动力；通过空气管路清洁系统，为轨道打磨前后的清洁提供动力，增压水箱13通过水管路20连接多套打磨执行件，连接多套打磨执行件与水管路20连接的支路上均设置有电控流量阀19；通过对于水管路流量的电动调节，分别实现对于16把水刀射流强度的智能适应性控制。
61.所述检测系统包括分别设置于车体组件的车身底弟弟部的前端、后端的前检测系统17-1、后检测系统17-2，检测系统通过结构光三维成像对轨道开展数据采集，并传输至电气控制系统；前检测系统位于前驾驶室区域，设置于打磨车底盘底部、车身前端，基于结构光三维成像技术作业，打磨车向前行驶时，对未打磨的钢轨进行状态检测，打磨车向后行驶时，对已打磨的钢轨进行状态校验；后检测系统设置于打磨车底盘后端的底部；基于结构光三维成像技术作业，打磨车向后行驶时，对未打磨的钢轨进行状态检测；打磨车向前行驶时，对已打磨的钢轨进行状态校验；
62.所述电气控制系统12位于车体组件中部，内置计算模块、控制模块，配备打磨系统分析、控制等功能所需的软硬件设备；其中，计算模块分析检测系统采集的数据，明确打磨模式后，基于控制模块调整牵引系统行驶状态、打磨系统打磨姿态以及电控流量阀的水刀射流强度。
63.所述车体组件包括由多类梁组成的底盘5、固定设置于底盘上部的车身6、车身隔墙7、驾驶室8、司机位9及工作室10；
64.整个车身6包括前驾驶室8、前车身隔墙、工作室、后车身隔墙、后驾驶室，车身6采用内走廊式，车身隔墙包括用于分隔前驾驶室和工作室的前车身隔墙7-1、用于分隔后驾驶室和工作室的后车身隔墙7-2；驾驶室包括前驾驶室8-1及后驾驶室8-2，司机位包括设置于前驾驶室内的前司机位9-1及设置于后驾驶室内后司机位9-2；工作室10由前车身隔墙7-1和后车身隔墙7-2之间的空间构成。
65.所述牵引系统包括设置于工作室内的柴油箱、柴油机、发电机组、液力传动箱、蓄电池及冷却系统，为打磨车提供牵引动力。
66.所述打磨执行件包括液压缸、升降连接杆、打磨安装座、打磨安装座、大机械臂、小机械臂及水刀，基于上述构件的动态调节，使打磨系统呈现不同的打磨姿态；液压缸，安装于底盘，实现打磨执行件的升降，工作时下降，非工作时上升；升降连接杆与液压缸呈导轨滑块配合，连接液压缸与打磨安装座；打磨安装座与升降连接杆固定，与大机械臂呈旋转副连接；大机械臂，一端连接打磨安装座，另一端与小机械臂呈旋转副连接；小机械臂，一端连接大机械臂，另一端与水刀呈旋转副连接；水刀为打磨执行件的末端构件，连接有活动磨料管路和水管路；在水刀处磨料混入水射流。
67.所述清洁系统包括前清洁系统16-1及后清洁系统16-2，前清洁系统16-1及后清洁系统16-2均与与空压机连接，通过吹扫实现轨道在打磨前后的清洁工作。
68.所述车身上还设置车钩组件，所述车钩组件包括前车钩4-1及后车钩4-2，前车钩4-1含缓冲装置，设置在打磨车前端，实现与其他轨道车之间的联挂；后车钩4-2，含缓冲装置，设置在打磨车后端，实现与其他轨道车之间的联挂。
69.所述前驾驶室下方设置有前排障器3-1、后驾驶室下方设置有后排障器3-2，所述前排障器3-1、后排障器3-2均为弹性橡胶材质，用于排除打磨车行驶方向上的障碍物。
70.所述车体组件的前端和后端分别设置前车钩4-1和后车钩4-2(便于和其他牵引车辆挂接)。
71.请参考图3-8，上述高压水射流钢轨打磨系统的打磨效率优化控制方法，包括如下步骤：
72.步骤1：启动牵引系统；前、后动力转向架同步驱动，对应切换电控转置阀；
73.步骤2：启动增压水箱；内置增压泵作为高压发生设备为水箱内的水增压，用于水射流打磨；同步启动空压机，加压空气，为打磨车的空气制动提供动力；为打磨系统提供磨料传输的动力；为清洁系统提供动力；
74.步骤3：启动检测系统，基于结构光三维成像技术，对轨道开展数据采集、并传输至电气柜的计算模块；分别为对未打磨的钢轨进行状态检测和对已打磨的钢轨进行状态校验；同步启动清洁系统，与空压机连接，通过吹扫实现轨道在打磨前后的清洁工作；
75.步骤4：计算模块分析检测系统采集的数据，明确打磨模式；
76.步骤5：打磨模式明确后，调整牵引系统行驶状态、调节打磨系统打磨姿态、调节电控流量阀控制水刀射流强度，实现高压水射流钢轨打磨。
77.具体的，上述高压水射流钢轨打磨系统的打磨效率优化控制方法，包括
78.a：当打磨车需要对前方的轨道进行检测及水射流打磨时，高压水射流钢轨打磨车
向前行驶，包括如下步骤：
79.(1)使用前驾驶室驾驶打磨车；
80.(2)前动力转向架和后动力转向架向前驱动；
81.(3)判断打磨车行驶方向，电控转置阀切换至i位，一号固定磨料管路和一号活动磨料管路连接，即粗磨料桶(存放相对较粗磨料)连接前端两侧的8把水刀(1～4#水刀、9～12#水刀)；二号固定磨料管路和2#活动磨料管路连接，即细磨料桶(存放相对较细磨料)连接后端两侧的8把水刀(5～8#水刀、13～16#水刀)；
82.(4)前检测系统，对未打磨的钢轨进行状态检测，提供采集数据用于判断打磨模式；后检测系统，对已打磨的钢轨进行状态校验，判断经水射流打磨的轨道是否达标，若不达标，打磨车反向行驶；
83.(5)前清洁系统和后清洁系统，通过空气管路连接空压机，通过吹扫实现轨道在打磨前后的清洁工作；
84.(6)空压机的高压空气将粗磨料桶的磨料传输至前端两侧的8把水刀(1～4#水刀、9～12#水刀)；将细磨料桶的磨料传输至后端两侧的8把水刀(5～8#水刀、13～16#水刀)；在水刀处将磨料混入水射流，实现前端两侧的8把水刀(1～4#水刀、9～12#水刀)粗加工，后端两侧的8把水刀(5～8#水刀、13～16#水刀)精加工；
85.(7)增压水箱通过水管路将高压水传输至16把水刀(1～16#水刀)；
86.(8)根据打磨模式，调整牵引系统行驶状态、调节打磨系统(由液压缸、升降连接杆、打磨安装座、打磨安装座、大机械臂、小机械臂、水刀构成，基于上述构件的动态调节，使打磨系统呈现不同的打磨姿态)打磨姿态、调节电控流量阀独立控制16把水刀的射流强度，实现高压水射流钢轨打磨；
87.b：当打磨车需要对后方的轨道进行检测及水射流打磨时，高压水射流钢轨打磨车向后行驶，包括如下步骤：
88.(1)使用后驾驶室驾驶打磨车；
89.(2)前动力转向架和前动力转向架向后驱动；
90.(3)判断打磨车行驶方向，电控转置阀切换至ii位，一号固定磨料管路和二号活动磨料管路连接，即粗磨料桶(存放相对较粗磨料)连接后端两侧的8把水刀(5～8#水刀、13～16#水刀)；二号固定磨料管路和一号活动磨料管路连接，即细磨料桶(存放相对较细磨料)连接前端两侧的8把水刀(1～4#水刀、9～12#水刀)；
91.(4)后检测系统，对未打磨的钢轨进行状态检测，提供采集数据用于判断打磨模式；前检测系统，对已打磨的钢轨进行状态校验，判断经水射流打磨的轨道是否达标，若不达标，打磨车反向行驶；
92.(5)前清洁系统和后清洁系统，通过空气管路连接空压机，通过吹扫实现轨道在打磨前后的清洁工作；
93.(6)空压机的高压空气将粗磨料桶的磨料传输至后端两侧的8把水刀(5～8#水刀、13～16#水刀)；将细磨料桶的磨料传输至前端两侧的8把水刀(1～4#水刀、9～12#水刀)；在水刀处将磨料混入水射流，实现后端两侧的8把水刀(5～8#水刀、13～16#水刀)粗加工，前端两侧的8把水刀(1～4#水刀、9～12#水刀)精加工；
94.(7)增压水箱通过水管路将高压水传输至16把水刀(1～16#水刀)；
95.(8)根据打磨模式，调整牵引系统行驶状态、调节打磨系统(由液压缸、升降连接杆、打磨安装座、打磨安装座、大机械臂、小机械臂、水刀构成，基于上述构件的动态调节，使打磨系统呈现不同的打磨姿态)打磨姿态、调节电控流量阀独立控制16把水刀的射流强度，实现高压水射流钢轨打磨。
96.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的结构关系及原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。