CN105386375B - 一种基于面积的钢轨打磨方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于面积的钢轨打磨方法，该方法包括以下步骤：（1）将钢轨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）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。本发明方法极大的提高钢轨打磨的精度，可有效地降低打磨列车的能耗，减少不必要的钢轨打磨量，延长钢轨的使用寿命，具有重要的理论和现实意义。

Description

一种基于面积的钢轨打磨方法

技术领域

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

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。

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。

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

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。

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。

按上述方案，所述钢轨为50轨、60轨或75轨。

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）。

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）。

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）。

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）。

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。

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。

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

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

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。

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。

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。

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）。

b）B区位于钢轨截面轮廓的左边R80圆弧，以标准60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（29.14, -45.29），半径为80；B区的起点坐标是（11.08,32.65），终点坐标是（26.49, 34.67）。

c）C区位于钢轨截面轮廓的顶面R300圆弧，以标准60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（37.04, -112.55），半径为300；C区的起点坐标是（26.49, 34.67），终点坐标是（46.36, 34.67）。

d）D区位于钢轨截面轮廓的右边R80圆弧，以标准60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（43.72, -45.29），半径为80；D区的起点坐标是（46.36,34.67），终点坐标是（61.77, 32.65）。

e）E区位于钢轨截面轮廓的右边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E区圆弧圆心坐标为（58.84, 20），半径为13；E区的起点坐标是（61.77,32.65），终点坐标是（71.82, 20.63）。

（2）在计算A/B/C/D/E等5个区域的打磨面积之前，需要将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对齐。本发明采用的方法是将现场钢轨测量的截面廓形与打磨目标截面廓形在顶部以面积为0的方式对齐，即将现场钢轨测量的截面廓形与打磨目标截面廓形在Y轴上一致。也即现场钢轨测量的截面廓形与打磨目标截面廓形在顶部交叉面积和为0时，两者顶部对齐完成。图3是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，即顶部交叉面积和不为0，图2以标准60轨为具体实例显示了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对齐的情况，即顶部交叉面积和为0。

（3）根据步骤（1）所划分的A/B/C/D/E五个打磨区域和步骤（2）对齐后的现场钢轨测量的截面廓形与打磨目标截面廓形，计算现场钢轨各个打磨区域的钢轨打磨面积。以标准60轨为具体实例，如图4所示。将A区以一个像素为单位进行步进，划分成若干个细小的矩形（现场钢轨测量的截面廓形A区有多少个像素，A区就细化成多少个矩形区域），所有小矩形面积只和即为A区打磨面积，本发明采用微积分方法计算A区打磨面积。B/C/D/E区域的打磨面积计算方法与A区一致。

（4）根据步骤（3）所求取的现场钢轨各个打磨区域的钢轨打磨面积，除以打磨列车单个磨头的打磨量（单个磨头的打磨量由列车自身参数决定，是一个常数），得到现场钢轨各个打磨区域所需要的磨头数目。例如，B区的打磨面积根据步骤（3）计算得出为25mm²，如果单个磨头打磨量为2.5 mm²，则B区需要布置的磨头数量为10个。A/C/D/E区域所需的磨头数量计算方法与B区一致

（5）将现场钢轨各个打磨区域的钢轨打磨面积按照（4）所求取的各个打磨区域需要的磨头数目进行面积等分，划分为一个一个面积相等的小块。以B区为例，B区需要10个磨头打磨，则将B区的打磨面积以R80圆心为连接点，等分为10等分，如图5所示。A/C/D/E区域的面积等分方法与B区一致；

（6）以每个小块的中心线角度即为每个钢轨打磨磨头的角度，打磨列车将各个打磨磨头按照每个小块的中心线角度进行排列即可，以标准60轨为具体实例，结合B区情况，如图6所示。A/C/D/E区域的每个钢轨打磨磨头的角度计算方法与B区一致。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于面积的钢轨打磨方法，其特征在于，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；

步骤2）中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，包括顶部对齐和左侧对齐；具体如下：

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；

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；

3）计算对齐后现场钢轨各个打磨区域的钢轨打磨面积；所述钢轨打磨面积的计算方法如下：将单个打磨区域以一个像素为单位进行步进，划分成若干个细小的矩形区域，区域的数量与像素个数相等，所有小矩形面积之和即为单个打磨区域的打磨面积；

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。

2.根据权利要求1所述的基于面积的钢轨打磨方法，其特征在于，所述钢轨为50轨、60轨或75轨。

3.根据权利要求1所述的基于面积的钢轨打磨方法，其特征在于，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区为钢轨截面轮廓的最左边圆弧；最左边圆弧以钢轨截面轮廓的最左下角为坐标原点，则A区圆弧圆心坐标为最左边圆弧的圆心坐标，半径为最左边圆弧的半径；

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，则B区圆弧圆心坐标为左边第二个圆弧段的圆心坐标，半径为左边第二个圆弧的半径；

1.3）C区为钢轨截面轮廓的顶面圆弧，以钢轨截面轮廓的最左下角为坐标原点，则C区圆弧圆心坐标为顶面圆弧段的圆心坐标，半径为顶面圆弧的半径；

1.4）D区为钢轨截面轮廓的右边第二个圆弧段，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，半径为右边第二个圆弧的半径；

1.5）E区为钢轨截面轮廓的最右边圆弧，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，半径为最右边圆弧的半径。