申请/专利权人：中铁物总运维科技有限公司

申请日：2023-11-10

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN117488606B

主分类号：E01B31/17

分类号：E01B31/17;E01B35/00;G01B11/24;G01L5/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.21#授权;2024.02.23#实质审查的生效;2024.02.02#公开

摘要：本发明公开一种固定式钢轨廓形智能打磨设备及其测量控制系统，针对具有钢轨传输辊道，多套打磨单元、以及用于钢轨竖直定位及横向定位的液压定位机构的固定式钢轨廓形智能打磨设备；将线激光轮廓测量仪与钢轨打磨设备有机结合，将线激光轮廓测量仪实时测量钢轨轨头的数据，与设计廓形进行对比和计算，自动控制打磨机的各数控轴的运行和打磨电机的转速，设备全自动运行。同时设置压力传感器，预防因打磨压力过大造成砂轮爆裂。本发明测量控制系统大幅度降低了铁路铺设现场打磨的工作量，提高了钢轨廓形打磨的效率，延长钢轨的使用寿命，保证铁路运输安全。

主权项：1.一种固定式钢轨廓形智能打磨设备测量控制系统，其特征在于：应用于具有钢轨传输辊道，多套打磨单元、以及用于钢轨竖直定位及横向定位的液压定位机构的固定式钢轨廓形智能打磨设备；包括测量部分与控制部分；其中，测量部分包括测速编码器，激光轮廓测量仪、打磨压力传感器与光电传感器；控制部分包括CNC数控系统主机、变频调速系统、总线模块、IO接口模块、485接口模块、编码器接口模块；所述测量部分中，测速编码器安装于固定式钢轨廓形智能打磨设备两侧钢轨出入口处的钢轨传输辊道上，测量钢轨的传送速度和移动距离；激光轮廓测量仪安装于固定式钢轨廓形智能打磨设备两侧出入口处，实时测量钢轨轨头的轮廓数据，并将得到的测量数据传输至CNC数控系统主机；打磨压力传感器安装于打磨单元上，实时测量砂轮打磨过程中所受钢轨的压力大小；光电传感器沿钢轨传输方向布置多个，分别位于钢轨传输辊道入口侧、用于打磨砂轮位置及钢轨传输辊道出口侧，用来感知钢轨头尾输送是否到达光电传感器所处位置；控制部分中，变频调速系统包括打磨砂轮电机变频调速器和传输辊道电机变频调速器，设置于1#控制柜内，分别用来控制打磨砂轮电机以及传输辊道电机的启停、运转方向及转速；总线模块安装于2#控制柜内，CNC数控系统主机通过总线模块及网线与固定式钢轨廓形智能打磨设备中各伺服电机驱动器相连，用于控制各伺服电机的运行；IO接口模块安装于2#控制柜内，用来接收光电传感器的信号、固定式钢轨廓形智能打磨设备中各运动副极限位置信号，以及液压式压紧定位组件中液压油缸的启停；485接口模块安装于2#控制柜内，CNC数控系统主机通过485接口模块对各变频调速器进行控制；编码器接口模块安装于3#控制箱内，用于连接和驱动测速编码器，将测速编码器采集的数据传送给CNC数控系统主机；CNC数控系统主机主要用来：A、CNC数控系统主机接收打磨压力传感器测得的压力信号，当检测到压力大于或等于预设极限值时，表明钢轨弯曲过大，此时CNC数控系统向打磨单元发送控制信号，提升砂轮，保证砂轮的压力不超过极限值；B、CNC数控系统主机根据编码器测量的位移数据结合光电传感器的感知信号进行综合判断，准确感知钢轨的头尾及运行情况，进而向各个钢轨运行位置处的液压式压紧定位组件中液压油缸发送控制信号，控制相应液压油缸的开合；C、CNC数控系统主机将测量得到的轨头轮廓数据与设计的轨头廓形进行比较，实时计算出轨头各修磨段需要去除的余量，生成打磨单元中各运动副相应的控制轨迹，分配到打磨加工参数中，进而由打磨单元自动将轨头修磨成设计的廓形；D、CNC数控系统主机根据接收的测速编码器速度数据，控制钢轨的传送速度，使之与钢轨热轧的生产速度保持一致；E、CNC数控系统根据砂轮的直径自动提高砂轮的转速，保证砂轮外沿的线速度控制在一定的范围内，磨削的去除率保持恒定；当应用于具有用于打磨砂轮工作面的修形机构的固定式钢轨廓形智能打磨设备时，CNC数控系统主机接收由上位机发送的修磨指令，控制修磨机构对砂轮工作面进行打磨，使砂轮工作面的截面线呈所需要的打磨曲线；所需打磨曲线的生成按照钢轨的目标廓形各点坐标，砂轮与钢轨的位置关系，修形用金刚石磨轮与砂轮的位置关系和砂轮特性，计算出打磨出目标廓形需要的砂轮外圆周面截面线的坐标，从而获得砂轮工作面的截面线在修形机构两直线导轨的控制参数，以便于控制修形用金刚石磨轮对砂轮进行修形；上述所需打磨曲线的生成方法具体为：1根据输入的钢轨目标廓形，生成钢轨设计数模参数，为目标廓形上各点的平面直角坐标；2将步骤1中生成的钢轨设计数模参数沿目标廓形的法线转换为极坐标体系；3确定打磨砂轮与待打磨钢轨廓形的空间关系；待打磨钢轨移动方向为X轴，待打磨钢轨断面垂直于X轴；打磨砂轮进给轴Z轴为廓形曲线的法向，打磨砂轮沿自身旋转轴转动的转动轴为A轴，绕Z轴转动的转动轴为C轴；按工艺设计确定砂轮打磨的位置、遍次和顺序，确定砂轮的A轴偏转角、C轴偏转角和工艺目标廓形；其中多个砂轮多遍次打磨需设定不同的A轴偏角；4、根据步骤3得到的砂轮与钢轨的空间位置关系，生成钢轨磨削参数的前置参数；前置参数包括砂轮半径、宽度、宽度单边安全余量，宽度单边余量、砂轮轴线偏转角、砂轮轴线摆转角；通过生成的钢轨磨削前置参数，计算生成砂轮回转中心坐标，用于打磨控制时砂轮在Z轴的位置换算；通过上述步骤3与步骤4将目标廓形的打磨余量分解到多个砂轮、多个遍次上；在打磨过程中，对于每个砂轮，其前置参数的变量仅有砂轮半径，在控制上为直线导轨的进给轴变量，是一维的，不受后续步骤计算的曲线影响；5计算打磨砂轮需要修整截面形状坐标依据确定的前置参数进行坐标换算，将磨削线投影至砂轮截面；通过步骤3与4分解后的单遍次砂轮，针对各砂轮设计的目标廓形坐标系位于钢轨断面，需要通过坐标换算将其投影到砂轮截面，即两轴砂轮修磨机构中金刚石磨轮可以修磨的平面；由于修磨电机的输出轴与砂轮的转轴平行，因此将修磨共磨面简化为投影至砂轮截面的直角坐标系的x轴和y轴；将上述得到的投影至砂轮截面的坐标值传送至数控系统主机，由CNC数控系统主机发出指令通过伺服系统控制修形用金刚石磨轮的启停，并控制直线导轨按给定的坐标进给，自动完成砂轮的修形。

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