一種自動換軌控制系統的制作方法

本發明涉及軌道工程機械技術領域，尤其是涉及一種應用于換軌車的自動換軌控制系統。

背景技術：

在鐵路工程領域，鐵路鋼軌達到一定壽命期限需要及時進行更換，我國目前鐵路大修或者整修，進行鐵路換軌作業時，主要是采用在天窗點內采用人工換軌或者機械換軌的方式。人工換軌方法需要施工人數多、作業效率低、勞動強度大，容易發生安全事故，在大修施工中已經運用的越來越少。而機械換軌是采用換軌設備或者換軌車對鋼軌進行更換，現有換軌車通過人為方式操作各作業機構，通過開關直接作用于某個機構，實現對新舊鋼軌點對點的控制，從而達到換軌的效果。這兩種換軌方式都存在作業效率低下、人工勞動強度大，且要求人力較多的技術缺陷。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種自動換軌控制系統，以解決現有鐵路換軌施工作業方式基本靠人力或人工現場控制，人工勞動強度大，且需要較多工作人員的技術問題。

為了實現上述發明目的，本發明具體提供了一種自動換軌控制系統的技術實現方案，一種自動換軌控制系統，包括：

設置在換軌車底部，用于對鋼軌進行收放操作的換軌機構，所述換軌機構包括兩個以上沿換軌車作業方向設置的收放裝置，所述收放裝置包括比例閥及與所述比例閥相連的油缸；

設置在所述收放裝置上，用于在換軌車作業走行過程中檢測鋼軌相對鐵路道釘位移量的圖像檢測裝置；

設置在所述收放裝置上，用于檢測所述油缸動作行程的位移傳感器；

與所述圖像檢測裝置、位移傳感器，以及所述比例閥分別相連的控制系統，所述控制系統獲取鋼軌相對鐵路道釘的位移量，并根據所述位移傳感器的檢測值對所述比例閥的電源和信號輸入進行控制，從而實現所述油缸的動作控制。

優選的，所述換軌機構包括沿換軌車作業方向從后至前依次設置的第六收放裝置、第五收放裝置、第四收放裝置、第三收放裝置、第二收放裝置和第一收放裝置。所述位移傳感器設置在所述第六收放裝置、第五收放裝置、第四收放裝置、第三收放裝置和第二收放裝置上。由所述第三收放裝置、第四收放裝置實現舊鋼軌的起軌和分軌，由所述第一收放裝置、第二收放裝置、第五收放裝置和第六收放裝置實現新鋼軌的分軌和入槽。

優選的，所述圖像檢測裝置包括設置在所述第三收放裝置的左側或右側，用于檢測所述舊鋼軌位置的第一圖像檢測裝置，以及設置在所述第六收放裝置的左側和右側，用于檢測所述新鋼軌位置的一對第二圖像檢測裝置。

優選的，所述圖像檢測裝置包括設置在所述第三收放裝置的左側或右側，用于檢測所述舊鋼軌位置的第一圖像檢測裝置，以及設置在所述第五收放裝置的左側和右側，用于檢測所述新鋼軌位置的一對第二圖像檢測裝置。

優選的，所述圖像檢測裝置包括設置在所述第二收放裝置的左側或右側，用于檢測所述舊鋼軌位置的第一圖像檢測裝置，以及設置在所述第五收放裝置的左側和右側，用于檢測所述新鋼軌位置的一對第二圖像檢測裝置。

優選的，所述圖像檢測裝置包括設置在所述第二收放裝置的左側或右側，用于檢測所述舊鋼軌位置的第一圖像檢測裝置，以及設置在所述第六收放裝置的左側和右側，用于檢測所述新鋼軌位置的一對第二圖像檢測裝置。

優選的，所述控制系統還與開關控制輸入端相連，所述開關控制輸入端用于輸入換軌車工況選擇，換軌車工況包括手動作業、自動作業及走行工況。手動作業工況為手動點對點進行各收放裝置的控制。自動作業工況為所述控制系統根據所述圖像檢測裝置的檢測自動完成各收放裝置的控制，實現自動換軌。走行工況為非作業狀態。

優選的，所述控制系統包括橫移保護控制單元，當檢測到換軌車工況選擇輸入為手動作業工況時，所述橫移保護控制單元控制所述收放裝置的比例閥電源開啟，使得所述比例閥供電正常，并等待手動輸入命令。當檢測換軌車工況選擇輸入為自動作業工況時，所述橫移保護控制單元進行位移檢測數據分析，若未出現所述圖像檢測裝置的檢測數據超出設定范圍或所述位移傳感器出現異常，則所述橫移保護控制單元控制所述比例閥的電源開啟，使得比例閥供電正常。若出現所述圖像檢測裝置的檢測數據超出設定范圍，則默認檢測數據有誤，所述橫移保護控制單元進入保護程序狀態，所述比例閥供電失效，所述收放裝置無法進行移動。

優選的，所述控制系統包括橫移位移控制單元，當檢測到換軌車工況選擇輸入為手動作業工況時，則所述橫移位移控制單元根據手動作業相關手動輸入命令向所述收放裝置輸出相應的控制信號，所述比例閥接收到控制信號，若此時所述橫移保護控制單元未進入保護程序狀態，則所述比例閥的輸出動作，實現油缸的定量移動。當檢測到換軌車工況選擇輸入為自動作業工況時，所述橫移位移控制單元根據所述位移傳感器的檢測值及該位移傳感器相對應的所述收放裝置的位移給定值，并利用pid控制算法對各收放裝置單獨進行精準位移控制。所述橫移位移控制單元根據經過pid計算后的輸出信號直接控制各收放裝置的比例閥，從而實現位移量的精準控制。

優選的，所述自動換軌控制系統能滿足作業速度不低于8km/h的自動換軌控制。

通過實施上述本發明提供的自動換軌控制系統的技術方案，具有如下有益效果：

(1)本發明通過對收放裝置橫向位移的精準控制，可以實現換軌車換軌作業的高度自動化，減少換軌施工人員，節約人力成本；

(2)本發明可以大大降低換軌機構的誤動作，可以實現換軌作業的安全可靠、連續化作業；

(3)本發明實現了換軌作業的自動化，換軌作業安全保護，可以提高作業速度，進一步提高作業效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的實施例。

圖1是本發明自動換軌控制系統一種具體實施例的結構組成示意圖；

圖2是基于本發明系統的自動換軌控制方法一種具體實施例的程序流程示意圖；

圖3是本發明自動換軌控制系統一種具體實施例的控制結構框圖；

圖中：1-第一收放裝置，2-第二收放裝置，3-第三收放裝置，4-第四收放裝置，5-第五收放裝置，6-第六收放裝置，7-分軌導框，8-前轉向架，9-后轉向架，10-第一圖像檢測裝置，11-第二圖像檢測裝置，12-承軌槽，13-新鋼軌，14-內放舊鋼軌，15-外放舊鋼軌，16-控制點，20-控制系統，21-橫移保護控制單元，22-橫移位移控制單元，100-換軌機構，200-圖像檢測裝置，300-位移傳感器，400-開關控制輸入端。

具體實施方式

為了引用和清楚起見，將下文中使用的技術名詞、簡寫或縮寫記載如下：

換軌車：一種利用計算機系統控制的自動換軌鐵設備；

pid控制：比例、積分、微分控制的簡稱；

換軌機構：一種用于換軌車上，能夠夾持鋼軌并進行上下、左右移動的裝置；

圖像檢測裝置：一種用于基于圖像處理技術對鐵路道釘位置進行檢測的裝置。

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發明保護的范圍。

如附圖1至附圖3所示，給出了本發明自動換軌控制系統的具體實施例，下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。

實施例1

如附圖1所示，一種自動換軌控制系統的具體實施例，包括：

設置在換軌車底部，用于對鋼軌進行收放操作的換軌機構100，換軌機構100包括兩個以上沿換軌車作業方向(如附圖1中a所示的方向)設置的收放裝置，收放裝置包括比例閥及與比例閥相連的油缸；

設置在收放裝置上，用于在換軌車作業走行過程中檢測鋼軌相對鐵路道釘位移量的圖像檢測裝置200；

設置在收放裝置上，用于檢測油缸動作行程的位移傳感器300；

與圖像檢測裝置200、位移傳感器300，以及比例閥分別相連的控制系統20，控制系統20獲取鋼軌相對鐵路道釘的位移量，并根據位移傳感器300的檢測值對比例閥的電源和信號輸入進行控制，從而實現油缸的動作控制。

在附圖1中，分軌導框7、后轉向架9、第六收放裝置6、第五收放裝置5、第四收放裝置4、第三收放裝置3、第二收放裝置2、第一收放裝置1和前轉向架8沿換軌車作業方向從后至前依次設置在換軌車的底部，12為承軌槽，13為新鋼軌，14為內放舊鋼軌，15為外放舊鋼軌，16為鋼軌在收放裝置上的控制點，l為鋼軌的左側，r為鋼軌的右側。其中，由第三收放裝置3、第四收放裝置4實現舊鋼軌的起軌和分軌，由第一收放裝置1、第二收放裝置2、第五收放裝置5和第六收放裝置6實現新鋼軌13的分軌和入槽。

圖像檢測裝置200進一步包括設置在第三收放裝置3(或第二收放裝置2)的左側或右側，用于檢測舊鋼軌位置的第一圖像檢測裝置10，以及設置在第六收放裝置6(或第五收放裝置5)的左側和右側，用于檢測新鋼軌13位置的一對第二圖像檢測裝置11。位移傳感器300進一步設置在第六收放裝置6、第五收放裝置5、第四收放裝置4、第三收放裝置3和第二收放裝置2上。

如附圖3所示，控制系統20還與開關控制輸入端400相連，開關控制輸入端400用于輸入換軌車工況選擇，換軌車工況包括手動作業、自動作業及走行工況。手動作業工況為手動點對點進行各收放裝置的控制。自動作業工況為控制系統20根據圖像檢測裝置200的檢測自動完成各收放裝置的控制，實現自動換軌。走行工況為非作業狀態。

控制系統20還進一步包括橫移保護控制單元21，當檢測到換軌車工況選擇輸入為手動作業工況時，橫移保護控制單元21控制收放裝置的比例閥電源開啟，使得比例閥供電正常，并等待手動輸入命令。當檢測換軌車工況選擇輸入為自動作業工況時，橫移保護控制單元21進行位移檢測數據分析，若未出現圖像檢測裝置200的檢測數據超出設定范圍或位移傳感器300出現異常，則橫移保護控制單元21控制比例閥的電源開啟，使得比例閥供電正常。若出現圖像檢測裝置200的檢測數據超出設定范圍，則默認檢測數據有誤，橫移保護控制單元21進入保護程序狀態，比例閥供電失效，收放裝置無法進行移動。

控制系統20還進一步包括橫移位移控制單元22，當檢測到換軌車工況選擇輸入為手動作業工況時，則橫移位移控制單元22根據手動作業相關手動輸入命令向收放裝置輸出相應的控制信號，比例閥接收到控制信號，若此時橫移保護控制單元21未進入保護程序狀態，則比例閥的輸出動作，實現油缸的定量移動。當檢測到換軌車工況選擇輸入為自動作業工況時，橫移位移控制單元22根據位移傳感器300的檢測值及該位移傳感器300相對應的收放裝置的位移給定值，并利用pid控制算法對各收放裝置單獨進行精準位移控制。橫移位移控制單元22根據經過pid計算后的輸出信號直接控制各收放裝置的比例閥，從而實現位移量的精準控制。

本發明具體實施例描述的技術方案提出了一種應用于換軌車的自動換軌控制系統，具有鋼軌位置自動檢測功能，其將圖像檢測裝置獲取的鋼軌相對于道釘的位移偏差作為輸入信號，采用基于pid控制的方式實現對各換軌裝置的油缸橫移量的精確、自動控制，能夠實現鐵路換軌的自動化作業，能夠滿足作業速度不低于8km/h的自動換軌控制需求，大大提高了換軌效率。同時，系統具有作業安全保護功能，能夠在檢測機構誤檢、位移傳感器損壞的情況下保證作業安全，防止誤檢、漏檢等原因造成的作業安全事故發生。

實施例2

如附圖2所示，一種基于上述系統的自動換軌控制方法的具體實施例，自動換軌控制系統包括設置在換軌車底部，用于對鋼軌進行收放操作的換軌機構100，換軌機構100包括兩個以上沿換軌車作業方向設置的收放裝置，收放裝置包括比例閥及與比例閥相連的油缸。自動換軌控制方法包括以下步驟：

a)圖像檢測裝置200在換軌車作業走行過程中檢測鋼軌相對鐵路道釘的位移量；

b)位移傳感器300檢測收放裝置的油缸動作行程；

c)控制系統20獲取鋼軌相對鐵路道釘的位移量，并根據位移傳感器300的檢測值對比例閥的電源和信號輸入進行控制，從而實現油缸的動作控制；

d)控制系統20通過控制油缸的動作實現對鋼軌的收放操作。

自動換軌控制方法還進一步包括開關控制輸入過程，開關控制輸入過程用于輸入換軌車工況選擇，換軌車工況包括手動作業、自動作業及走行工況。其中，手動作業工況為手動點對點進行各收放裝置的控制；自動作業工況為控制系統20根據圖像檢測裝置200的檢測自動完成各收放裝置的控制，實現自動換軌；走行工況為非作業狀態。

自動換軌控制方法還包括作業安全保護控制流程，該流程進一步包括以下步驟：

控制系統20網絡自檢正常，進入下一步；

當檢測到換軌車工況選擇輸入為手動作業工況時，控制系統20控制收放裝置的比例閥電源開啟，使得比例閥供電正常，并等待手動輸入命令；

當檢測換軌車工況選擇輸入為自動作業工況時，控制系統20進行位移檢測數據分析，若未出現圖像檢測裝置200的檢測數據超出設定范圍(設定的正常范圍為：第一設定值＞圖像檢測值＞第二設定值)或位移傳感器300出現異常，則控制系統20控制比例閥的電源開啟，使得比例閥供電正常；

若出現圖像檢測裝置200的檢測數據超出設定范圍(圖像檢測值＞第一設定值、圖像檢測值＜第二設定值中的任何一個)，則默認檢測數據有誤，控制系統20進入保護程序狀態，比例閥供電失效，收放裝置無法進行移動。

自動換軌控制方法還包括精準位移控制流程，該流程進一步包括以下步驟：

控制系統20網絡自檢正常，進入下一步；

當檢測到換軌車工況選擇輸入為手動作業工況時，則控制系統20根據手動作業相關手動輸入命令向收放裝置輸出相應的控制信號，比例閥接收到控制信號，若此時控制系統20未進入保護程序狀態，則比例閥的輸出動作，實現油缸的定量移動；

當檢測到換軌車工況選擇輸入為自動作業工況時，控制系統20根據位移傳感器300的檢測值及該位移傳感器300相對應的收放裝置的位移給定值，并利用pid控制算法對各收放裝置單獨進行精準位移控制；如針對某一收放裝置，執行e＝r–aival，aival為實時采集的橫移油缸自帶的位移傳感器值，r為收放裝置的移動量給定值，也稱為橫移量，其它機構按照相應控制算法類似計算；

控制系統20根據經過pid計算后的輸出信號直接控制各收放裝置的比例閥，從而實現位移量的精準控制。

本發明具體實施例描述的自動換軌控制方法通過安全保護控制(橫移保護控制)、橫移位移控制(精準位移控制)兩個程序分別通過控制比例閥的供電電源和比例閥的信號輸入來實現對換軌車的換軌機構100的控制，實現了位移的精度控制及作業安全保護。只有當安全保護控制、橫移位移控制兩個流程同時有效，控制系統方可完成對比例閥的控制，收放裝置才可進行動作。且該兩個流程的程序分別存儲于控制系統20的兩個不同位置，可獨立運行并單獨實現對比例閥的控制。

通過實施本發明具體實施例描述的自動換軌控制系統的技術方案，能夠產生如下技術效果：

(1)本發明具體實施例描述的自動換軌控制系統通過對收放裝置橫向位移的精準控制，可以實現換軌車換軌作業的高度自動化，減少換軌施工人員，節約人力成本；

(2)本發明具體實施例描述的自動換軌控制系統可以大大降低換軌機構的誤動作，可以實現換軌作業的安全可靠、連續化作業；

(3)本發明具體實施例描述的自動換軌控制系統實現了換軌作業的自動化，換軌作業安全保護，可以提高作業速度，進一步提高作業效率。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制。雖然本發明已以較佳實施例揭示如上，然而并非用以限定本發明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明的精神實質和技術方案的情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍。