边坡清筛机的分砟装置及控制方法与流程

本发明涉及铁路工程机械，特别地，涉及一种边坡清筛机的分砟装置及控制方法。

背景技术：

1、铁路有砟道床是支撑钢轨、分散列车动荷载、缓冲车辆冲击的核心基础设施，道砟在长期列车碾压、雨水冲刷、粉尘淤积作用下，会出现板结、粉化、排水通道堵塞等道床病害，直接降低线路弹性，诱发轨距扩大、高低偏差、晃车等行车安全隐患。因此，需要定期对道岔进行清筛养护，以恢复道床透水性和承载能力。

2、边坡清筛机是铁路天窗养护核心大型养路机械，主要承担道床边坡道砟挖掘、混砟振动筛分、污土输送抛弃、洁净道砟分层回填的全流程作业；相比人工清筛，边坡清筛机作业效率极高，可大幅提高铁路“天窗”作业利用率，满足铁路高效养护要求。在清筛作业过程中，核心施工指标为道床回填均匀度，清筛后的洁净道砟需要均匀回填至道床边坡，以恢复道床的标准断面形状和几何尺寸。若左右两侧回填道砟分布不均匀，会造成线路两侧道砟堆积厚度差异过大，道床横向承载刚度不一致，长期运营下线路沉降不均、几何尺寸超限。因此，如何实现清筛后道砟左右两侧的均匀分砟，是边坡清筛机设计中需要解决的关键技术问题。

3、目前，现有边坡清筛机通常采用分砟装置来实现洁净道砟的分配与回填，分砟装置主要通过分流板控制左右两侧的出料比例。然而，现有分砟装置在实际应用过程中存在以下不足：其一，分砟装置主要通过人工调节分流板来控制左右出料比例，缺乏对左右两侧分砟量的精确调节与实时监测功能，难以根据线路实际情况动态调整分砟比例；其二，边坡清筛机作业工况极为恶劣，施工作业现场存在高浓度粉尘，清筛机周围会形成大量扬尘，同时筛分装置在工作时产生高频激振，挖掘输送过程中道砟颗粒对装置产生持续的瞬时冲击，这些因素均会对传感器的测量精度与长期可靠性造成严重影响，导致常规传感器的反馈控制方案难以应用于边坡清筛机的均匀分砟。

技术实现思路

1、本发明提供一种边坡清筛机的分砟装置及控制方法，以解决现有分砟装置依靠人工调节分流板导致分砟精度低、无法实时监测左右分砟量，以及现有传感器反馈控制方案难以适应边坡清筛机高粉尘、高频激振、道砟瞬时冲击等恶劣作业工况，无法实现分砟比例自动精确调节的技术问题。

2、根据本发明的一个方面，提供一种边坡清筛机的分砟控制方法，边坡清筛机包括分砟装置，分砟装置包括第一分流通道、第二分流通道，以及布设于第一分流通道和第二分流通道之间的分流板，包括以下步骤：

3、获取第一分流通道内的第一流量数据和第二分流通道内的第二流量数据；

4、对第一流量数据和第二流量数据进行降噪处理，得到第一有效流量数据和第二有效流量数据；

5、根据第一有效流量数据和第二有效流量数据计算分砟流量偏差；

6、将分砟流量偏差与预设的均匀度合格阈值进行比较，根据比较结果调节分流板的角度；

7、当分砟流量偏差不大于均匀度合格阈值时，锁定分流板的当前角度；

8、当分砟流量偏差大于均匀度合格阈值时，根据分砟流量偏差计算目标偏转角度，且对单次调节角度设置上限阈值约束，以采用渐进式调节方式改变分流板的角度，直至分砟流量偏差不大于均匀度合格阈值。

9、进一步地，获取流量数据的具体步骤如下：

10、按设定频率实时采集第一采样通道内的物料重量数据和第二采样通道内的物料重量数据，以计算得到第一分流通道内的第一流量数据和第二分流通道内的第二流量数据，计算公式如下：

11、；

12、式中，ql为第一分流通道内的第一流量，qr为第二分流通道内的第二流量，δml为第一分流通道设定间隔时间内采集的物料重量变化量，δmr为第二分流通道设定间隔时间内采集的物料重量变化量。

13、进一步地，降噪处理采用一阶指数低通滤波平滑处理，将计算得到滤波后流量数据作为有效流量数据，计算公式为：

14、；

15、式中，q(k)为第k周期流量数据，qfilt (k)为滤波后流量，α为滤波平滑系数，qfilt(k-1)为上一周期滤波后流量。

16、进一步地，降噪处理还采用极限幅值剔除算法，具体为：

17、将当前周期的流量数据与设定的流量上下极限阈值进行比较，基于比较结果对流量数据进行处理；

18、当前周期的流量数据在设定的流量上下极限阈值内时，当前周期的流量数据即为有效流量数据；

19、当前周期的流量数据在设定的流量上下极限阈值外时，以上一周期的滤波后流量数据作为当前周期的有效流量数据。

20、进一步地，降噪处理还采用多周期均值稳量计算，具体为：

21、按预设时间窗口长度连续采集多个周期的滤波后流量数据，并做滑动均值运算，以均值作为有效流量数据。

22、进一步地，目标调节角度的计算公式为；

23、θ=k⋅δq；

24、式中，θ为目标偏转角度，k为比例调节系数，为分砟流量偏差。

25、进一步地，渐进式调节的具体步骤为：

26、根据目标偏转角度计算实际调节角度，计算公式如下：

27、；

28、式中，δθt为实际调节角度，θ为目标偏转角度，θprev为上一时刻分流板的实际偏转角度，δθmax为单次最大允许调节角度阈值，sign为符号函数；

29、根据实际调节角度计算最终偏转角度，计算公式如下：

30、；

31、式中，θout为最终偏转角度。

32、进一步地，分砟控制方法还包括步骤：

33、按设定周期对第一分流通道和第二分流通道进行振打作业，且在振打作业时停止流量数据获取以及角度调节；

34、在振打作业结束设定时间后，开始获取流量数据并进行角度调节，且当流量数据低于空载阈值时，执行零点平滑校正，以更新空载基准，零点平滑更新公式为：

35、 ；

36、式中，β为零点更新平滑系数，为更新空载零点，fi为当前实测载荷，fi,0(old)为原有空载零点。

37、根据本发明的另一方面，还提供了一种边坡清筛机的分砟装置，包括：

38、回料斗，用于布设于边坡清筛振动筛的出口下方；

39、第一导流机构，形成有与回料斗的第一出口连通的第一分流通道，用于输送道砟；

40、第二导流机构，形成有与回料斗的第二出口连通的第二分流通道，用于输送道砟；

41、分流板，布设于回料斗内并位于第一分流通道与第二分流通道之间，用于调节第一分流通道和第二分流通道的道砟流量；

42、第一称重机构，布设于第一分流通道内，用于采集第一分流通道的道砟重量；

43、第二称重机构，布设于第二分流通道内，用于采集第二分流通道的道砟重量；

44、执行机构，执行端与分流板连接，用于分流板的角度；

45、控制系统，分别与第一称重机构、第二称重机构和执行机构电连接，控制系统包括全自动控制模式，在全自动控制模式下，控制系统被配置为执行上述的边坡清筛机的分砟控制方法。

46、进一步地，控制系统还包括半自动控制模式：当控制系统处于半自动控制模式时，操作人员通过人机交互界面输入控制参数，控制系统根据控制参数生成辅助控制指令，驱动执行机构调节分流板；和/或控制系统还包括手动控制模式：当控制系统检测到故障发生时，切换至手动控制模式，控制系统停止工作，操作人员通过机械操作机构调节分流板角度。

47、本发明具有以下有益效果：

48、本发明的边坡清筛机的分砟控制方法，首先获取第一分流通道内的第一流量数据和第二分流通道内的第二流量数据，以对第一流量数据和第二流量数据进行降噪处理，得到第一有效流量数据和第二有效流量数据，通过降噪处理来适应边坡清筛机的高频激振及道砟瞬时冲击等恶劣工况，使基于传感反馈控制的自动精确调节在边坡清筛机实际作业中具备了工程可行性；然后根据第一有效流量数据和第二有效流量数据计算分砟流量偏差，并将分砟流量偏差与预设的均匀度合格阈值进行比较，当分砟流量偏差不大于均匀度合格阈值时，锁定分流板的当前角度；当分砟流量偏差大于均匀度合格阈值时，根据分砟流量偏差计算目标偏转角度，且对单次调节角度设置上限阈值约束，以采用渐进式调节方式改变分流板的角度，直至分砟流量偏差不大于均匀度合格阈值，通过渐进式调节避免出现分流板瞬时大幅摆动、道砟单侧窜料、回料斗堵料等问题，有效缩小道床左右回填厚度差值，避免线路出现横向受力不均、钢轨侧磨、后期沉降超限等病害，大幅降低线路后期养护整修工作量，显著提升有砟道床长期服役稳定性和清筛施工标准化水平；基于上述步骤，本方案在高粉尘、高频激振、道砟瞬时冲击的复合恶劣工况下，可长期稳定量化采集两侧道砟瞬时流量，彻底摒弃人工目视粗放判断模式下的观测滞后、主观误差，为智能闭环调控提供连续、高精度数据支撑，实现对两侧分砟量的精确调节与实时监测，可根据线路实际情况动态调整分砟比例，进而实现恶劣工况下的均匀分砟，从而实现全天窗周期稳定、均匀的道砟边坡回填作业，实用性强，适于广泛推广和应用。

49、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。