走行控制方法、走行机构及钢轨铣磨车与流程

1.本技术涉及铁路养护技术领域，具体涉及一种走行控制方法、走行机构及钢轨铣磨车。


背景技术：

2.随着铁路运营里程的增加和列车运行速度的提升，带来的钢轨表面损伤问题开始越来越突出，其中常见的损伤有钢轨滚动接触疲劳裂纹、波磨和曲线上端钢轨侧磨。及时、快速、有效地整修钢轨表面损伤，是大型养路机械迫切需要解决的问题。
3.目前，在线钢轨整修技术主要有钢轨打磨和钢轨铣磨两种。钢轨打磨可以较好地消除顶面伤损，但伤损较严重时，需要多遍次的打磨，且打磨质量不易控制，作业效率低；作业时容易产生飞溅的火花、金属粉尘和噪声，污染空气、恶化作业环境等；打磨作业准备时间较长。钢轨铣磨则可以较快地铣削掉钢轨的表面伤损，适合消除顶面波磨、裂纹和剥离掉块等伤损。对较严重的表面伤损，也可以通过切削量的设置而实现一遍铣磨，其钢轨表面平顺度恢复较好，作业效率较高。
4.相关现有技术中，钢轨铣磨车作业精度高、走行工况复杂，因此，需要对液压系统的恒速走行进行精度控制。现有的钢轨铣磨车的走行控制，控制精度不高，影响了对钢轨的铣磨质量。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术缺陷之一，本技术实施例中提供了一种走行控制方法、走行机构及钢轨铣磨车。
6.根据本技术实施例的第一个方面，提供了一种走行机构的走行控制方法，所述走行机构设有主液压马达、从液压马达和液压泵；所述方法包括：当接收到启动指令时，根据启动指令启动主液压马达和从液压马达；控制液压泵输出恒压给所述主液压马达和所述从液压马达；对所述主液压马达与所述从液压马达进行速度闭环控制，并限制所述主液压马达的扭矩和所述从液压马达的扭矩分别不超过扭矩预设值；对所述主液压马达与所述从液压马达进行扭矩闭环控制，并限制所述主液压马达的转速和所述从液压马达的转速分别不超过转速预设值。
7.采用本技术实施例中提供的走行机构的走行控制方法，通过对主液压马达和从液压马达采用速度同步，并限制主液压马达和从液压马达的扭矩，可以防止车轮打滑，提高了稳定性。通过对主液压马达和从液压马达采用扭矩同步速度限制控制，保证了输出扭矩一致，对主液压马达采用速度闭环控制，保证了走行速度稳定，最终实现了对走行机构的走行进行恒速走行的精度控制。
8.上述技术方案中，所述对所述主液压马达与所述从液压马达进行速度闭环控制，具体包括：获取所述主液压马达的主实时转速；根据所述主实时转速控制所述从液压马达的转速，使得所述从液压马达与所述主液压马达转速同步。
9.上述技术方案中，所述对所述主液压马达与所述从液压马达进行扭矩闭环控制，具体包括：获取所述主液压马达的主实时输出扭矩；根据所述主实时输出扭矩控制所述从液压马达的扭矩，使得所述主液压马达与所述从液压马达扭矩同步。
10.上述技术方案中，所述控制液压泵输出恒压给所述主液压马达和所述从液压马达，之后还包括：获取所述主液压马达的转速设定值；根据所述转速设定值控制所述主液压马达的转速。
11.上述技术方案中，走行机构的走行控制方法还包括：当所述主液压马达的实际转速未到达所述转速设定值时，从所述扭矩闭环控制切换至所述速度闭环控制；当所述主液压马达的实际转速到达所述转速设定值时，从所述速度闭环控制切换至所述扭矩闭环控制。
12.走行机构的走行控制方法，所述走行机构的走行控制方法还包括：在执行所述扭矩闭环控制的过程中执行前馈控制；和/或在执行所述转速闭环控制的过程中执行前馈控制。
13.根据本技术实施例的第二个方面，提供了一种走行机构，包括：主液压马达，连接有主驱动轴；从液压马达，连接有从动轴，所述主液压马达与所述从液压马达均设有摆角传感器、转速传感器和压力传感器，所述摆角传感器适于检测对应的液压马达的摆角信号并发送，所述转速传感器适于检测对应的所述液压马达的转速信号并发送，所述压力传感器适于检测对应的所述液压马达的进油压力信号和出油压信号并发送；液压泵，输出恒压给所述主液压马达和所述从液压马达并回液；电子设备，与所述摆角传感器、所述转速传感器和所述压力传感器分别通讯连接，以接收所述摆角传感器发送的所述摆角信号、所述转速传感器发送的所述转速信号和所述压力传感器发送的进油压力信号和出油压力信号，所述电子设备根据所述摆角信号、所述转速信号和所述进油压力信号、所述出油压力信号对所述主液压马达与所述从液压马达进行速度闭环控制，并限制所述主液压马达的扭矩和所述从液压马达的扭矩分别不超过扭矩预设值，且所述电子设备对所述主液压马达与所述从液压马达进行扭矩同步控制，并限制所述主液压马达的转速和所述从液压马达的转速分别不超过转速预设值。
14.采用本技术实施例中提供的走行机构，通过电子设备实现上述的走行机构的走行控制方法，使得该走行机构能够实现恒速走行的精度控制，提高了对轨道进行打磨的质量。
15.上述技术方案中，所述从液压马达设置为多个；其中，所述液压泵具有输油口和回油口，所述主液压马达和每个所述从液压马达均具有进油口和出油口，所述进油口与所述输油口连接，所述出油口与所述回油口连接，所述主液压泵和每个所述从液压马达均连接有一个齿轮箱，所述从动轴设于所述齿轮箱上。
16.根据本技术实施例的第三个方面，提供了一种电子设备，包括：存储器；处理器；以及计算机程序；其中，所述计算机程序存储在所述存储器中，所述处理器执行所述存储器中存储的所述计算机程序，以实现如上所述的走行机构的走行控制方法。
附图说明
17.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
图1为本技术的一实施例提供的走行机构的走行控制方法的流程图；图2为本技术一实施例提供的走行机构的走行控制方法中的对主液压马达与从液压马达进行速度闭环控制的具体流程图；图3为本技术一实施例提供的走行机构的走行控制方法的对主液压马达与从液压马达进行扭矩闭环控制的具体流程图；图4为本技术另一实施例提供的走行机构的走行控制方法的流程图；图5为本技术再一实施例提供走行机构的走行控制方法的流程图；图6为本技术的实施例提供的走行机构的走行控制方法的液压马达控制的示意图；图7为本技术的实施例提供的走行机构的液压控制示意图；图8为本技术的实施例提供的电子设备的方框图。
18.附图标记说明：101、摆角传感器；103、转速传感器；105、进油口；107、出油口；110、主液压马达；120、从液压马达；130、液压泵；131、输油口；133、回油口；140、齿轮箱；150、电机；160、高压蓄能器；170、低压蓄能器；200、电子设备；210、存储器；220、处理器。
具体实施方式
19.为了使本技术实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本技术的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
20.在实现本技术的过程中，发明人发现，由于钢轨铣磨车作业精度高、走行工况复杂，因此，除了需要对液压系统的走行进行精度控制，还需要对走行进行稳定性控制，以进一步提高对钢轨的铣磨质量。目前对于铣轨车，高精度的低恒速控制对整个铣削作业至关重要，因此低恒速液压走行控制技术是铣磨车的核心技术之一。目前国内大机生产厂家还未有此类似的低恒速控制技术应用，属于国内空白。
21.针对上述问题，图1为本技术实施例提供的走行机构的走行控制方法的流程图，图7为本技术的实施例提供的走行机构的液压控制示意图，如图1和图7所示，本技术实施例中提供了一种走行机构的走行控制方法，走行机构设有主液压马达110、从液压马达120和液压泵130；该方法包括：步骤s101：当接收到启动指令时，根据启动指令启动主液压马达和从液压马达；步骤s103：控制液压泵输出恒压给主液压马达和从液压马达；步骤s105：对主液压马达与从液压马达进行速度闭环控制，并限制主液压马达的扭矩和从液压马达的扭矩分别不超过扭矩预设值；步骤s107：对主液压马达与从液压马达进行扭矩闭环控制，并限制主液压马达的转速和从液压马达的转速分别不超过转速预设值。
22.上述的行走设备包括电机150、液压泵130、主液压马达110和从液压马达120。其中，主液压马达110和从液压马达120只是为了方便区分而进行命名的，可以同称为液压马
达。通过控制电机150，就可以启动主液压马达110和从液压马达120。电机150驱动液压泵130转动，液压泵130对主液压马达110和从液压马达120以恒压输入液压油。对主液压马达110与从液压马达120进行速度闭环控制，使得从液压马达120的转速根据主液压马达110的转速来调节，从而使得主液压马达110驱动的主动轴与从液压马达120驱动的从动轴的转速可以达到同步，使得行走设备的行走更稳定。当主动轴与从动轴同步转动，并通过监控主液压马达110的扭矩和从液压马达120的扭矩，使得实时测得的扭矩分别不超过扭矩预设值，就不会发生打滑现象，从而达到了精确控制行走设备恒速行走的目的。
23.图2为本实施例提供的走行机构的走行控制方法中的对主液压马达与从液压马达进行速度闭环控制的具体流程图，如图2所示，对主液压马达与从液压马达进行速度闭环控制，具体包括：步骤s201：获取主液压马达的主实时转速；步骤s203：根据主实时转速控制从液压马达的转速，使得从液压马达与主液压马达转速同步。
24.上述的主液压马达110设有转速传感器，可以实时获取主液压马达的转速，为了方便描述，对主液压马达110的转速命名为主实时转速。相应地，可对从液压马达120的转速命名为从实时转速。
25.通过对主实时转速的信息进行处理，然后将主实时转速的信息转换成对从液压马达的转速的控制信息，并使得从液压马达120的转速与主液压马达110的转速达到同步，实现了主液压马达110与从液压马达120之间的速度闭环控制。
26.图3为本实施例提供的走行机构的走行控制方法的对主液压马达与从液压马达进行扭矩闭环控制的具体流程图，如图3所示，对主液压马达与从液压马达进行扭矩闭环控制，具体包括：步骤s301：获取主液压马达的主实时输出扭矩；步骤s303：根据主实时输出扭矩控制从液压马达的扭矩，使得主液压马达与从液压马达扭矩同步。
27.为了方便描述，对主液压马达110的扭矩命名为主实时输出扭矩。相应地，可对从液压马达120的扭矩命名为从实时输出扭矩，表述不同，均为马达扭矩。上述的主液压马达110设有摆角传感器101和压力传感器，摆角传感器101可采集液压马达的摆角信息，压力传感器可实时获取主液压马达的压力。通过摆角信息和压力差值信息，可以计算得出主实时输出扭矩。
28.马达扭矩计算公式：t=(vg
×
δp
×
η/20
×
π)
×
a单位：nm。
29.上式中，t为马达扭矩，vg(cm3)为马达排量，δp(bar)为压差，η为效率，a（%）为马达摆角。
30.通过摆角传感器101可以获得马达摆角，通过压力传感器可以获得压力，通过对将获得的上述数据进行计算，就可以得到实时输出扭矩。通过对主实时输出扭矩的信息进行处理，然后将主实时输出扭矩的信息转换成对从液压马达的扭矩的控制信息，并使得从液压马达120的扭矩与主液压马达110的扭矩达到同步，实现了主液压马达110与从液压马达120之间的扭矩闭环控制。
31.图4为本技术另一种实施例提供的走行机构的走行控制方法的流程图，如图4所
示，控制液压泵输出恒压给主液压马达和从液压马达，之后还包括：步骤s401：获取主液压马达的转速设定值；步骤s403：根据转速设定值控制主液压马达的转速。
32.上述的步骤中，首选获取走行速度指令，根据走行速度指令、齿轮箱速比和轮径计算得出转速设定值。具体的计算公式如下：n=vs
×
(i/60
×
π
×
r)
×
1000单位：rpm。其中，走行速度指令vs(千米/小时)，齿轮箱速比i，轮径r。例如，输入走行速度指令vs=1.8千米/小时，齿轮箱速比i=268.64，轮径r=0.92m，对应获取的转速设定值为2788rmp。
33.将转速设定值的信息转换为控制主液压马达按一定转速转动的控制信息，使得主液压马达110的转速可以逐渐接近转速预设定值，使得在起步阶段，可以实现对从液压马达120的转速闭环控制。
34.图5为本技术再一实施例提供走行机构的走行控制方法的流程图，如图5所示，走行机构的走行控制方法还包括：步骤s501：当主液压马达的实际转速未到达转速设定值时，从扭矩闭环控制切换至速度闭环控制；步骤s503：当主液压马达的实际转速到达转速设定值时，从速度闭环控制切换至扭矩闭环控制。
35.上述的步骤在走行机构的起步阶段时，主液压马达110的转速逐渐增加，此时，主液压马达110的转速未达到转速设定值，通过对主液压马达110与从液压马达120实现速度闭环控制，可以起到走行速度稳定的效果。
36.主液压马达110的实际转速到达转速设定值，走行机构进入走行阶段，此时，主液压马达110的转速已达到转速设定值，通过对主液压马达110与从液压马达120从速度闭环控制切换到扭矩闭环控制，能够保证主液压马达110的输出扭矩与从液压马达120的输出扭矩一致。
37.图6为本技术的实施例提供的走行机构的走行控制方法的液压马达控制的示意图，如图6所示，走行机构的走行控制方法还包括：在执行所述扭矩闭环控制的过程中执行前馈控制；和/或在执行所述转速闭环控制的过程中执行前馈控制。
38.具体的，扭矩闭环控制与转速闭环控制分别经过前馈控制后，进行马达摆角闭环控制。该前馈控制为放大控制，可以提高系统的响应特性。其中，控制马达摆角可实现对马达转速和马达扭矩的控制。如果增加扭矩闭环控制经过前馈控制，相比现有技术中单一的速度控制经过前馈控制，进一步提高了系统的相应特性，使得该走行机构的走行控制方法整体上的控制精度更高，可靠性更高。
39.本技术的实施例还提供了一种走行机构，如图7所示，该走行机构包括：主液压马达110、从液压马达120、液压泵130和电子设备，主液压马达110连接有主驱动轴；从液压马达120连接有从动轴，主液压马达110与从液压马达120均设有摆角传感器101、转速传感器103和压力传感器，摆角传感器101适于检测对应的液压马达的摆角信号并发送，转速传感器103适于检测对应的液压马达的转速信号并发送，压力传感器适于检测对应的液压马达的进油信号和出油信号并发送。液压泵130输出恒压给主液压马达110和从液压马达120并回液。电子设备与摆角传感器101、转速传感器103和压力传感器分别通讯连接，以接收摆角传感器101发送的摆角信号、转速传感器103发送的转速信号和压力传感器发送的进油压力
信号和出油压力信号，电子设备根据摆角信号、转速信号、进油压力信号和出油压力信号对主液压马达110与从液压马达120进行速度闭环控制，并限制主液压马达110的扭矩和从液压马达120的扭矩分别不超过扭矩预设值，且电子设备对主液压马达110与从液压马达120进行扭矩同步控制，并限制主液压马达110的转速和从液压马达120的转速分别不超过转速预设值。
40.该走行机构可以应用于铣磨车，用于对轨道进行铣磨作业，该铣磨车可以实现高精度的低恒速液压走行。该走行机构还包括有电机150和伺服电磁阀，伺服电磁阀与电子设备通讯连接，可通过电子设备控制伺服电磁阀。电机150与液压泵130连接，使得电机150可以驱动液压泵130转动。液压泵130设有转速传感器103和压力传感器，转速传感器103可以实时检测液压泵130的转速，压力传感器可实时检测液压泵130输出的液压油的压力。液压泵130具有输油口131和回油口133，液压马达具有进油口105和出油口107，且进油口105设有高压蓄能器160，高压蓄能器160带有压力传感器，可检测进油口105的液压油的实时压力。同样地，出油口107设有低压蓄能器170，低压蓄能器170带有压力传感器，可检测出油口107的液压油的实时压力。进油口105与出油口107的压差可用于控制液压马达的转速和扭矩。其中，进油口105与输油口131连接，出油口107与回油口133连接。主液压泵130和从液压马达120均连接有一个齿轮箱140，从动轴设于齿轮箱140上。
41.继续结合图6所示，从液压马达120设置为多个。例如从动液压马达设置为三个。每个进油口105与输油口131连接，每个出油口107与回油口133连接。液压泵130带转速传感器103和压力传感器，伺服电磁阀带位置反馈，液压马达带摆角传感器101和转速传感器103，马达进油口105高压蓄能器160带压力传感器，马达出油口107低压蓄能器170带压力传感器。整车可配置一套液压泵130站和四套液压马达，通过液压马达驱动齿轮箱140实现四轴轴同步低恒速走行。
42.可以预知，通过设置多个从液压马达120，使得通过一个液压泵130可驱动多个驱动轴，实现了多轴走行机构的走行的精确控制，控制步骤如下所述。
43.步骤1：电机150驱动液压泵130建压，恒压输出；步骤2：第一个驱动轴设定为主动轴，其它的驱动轴2、3、4设定为从动轴；步骤3：电子设备接收速度指令、方向指令、启动指令；步骤4：当走行条件满足时，电子设备发送前馈指令值给所有的液压马达，使得液压马达旋转，驱动整车走行；步骤5：电子设备实时采集所有的马液压达的摆角开度、旋转速度、进油口压力、出油口压力，计算出液压马达的实时输出扭矩；步骤6：电子设备根据速度指令计算出马达的转速设定值，将转速设定值作为速度指令发送给主液压马达110进行速度闭环控制；步骤7：电子设备把主液压马达110的实际速度值作为转速指令同时发送给所有从液压马达120进行速度闭环控制；步骤8：电子设备监控从液压马达120的输出扭矩和主液压马达110的输出扭矩，进行速度同步扭矩限制控制；步骤9：当主液压马达110的实际转速到达转速设定值时，从液压马达120从速度控制模式切换至扭矩控制模式；
步骤10：电子设备把主液压马达110的实际输出扭矩值作为扭矩指令同时发送给所有从液压马达120进行扭矩闭环控制；步骤11：电子设备监控从液压马达120的输出转速，进行扭矩同步速度限制控制；步骤12：主动轴工作在速度闭环控制模式下，从动轴工作在扭矩闭环控制模式下。
44.本技术实施例还提供了一种电子设备200，图8为本实施例提供的电子设备的方框图，如图8所示，该电子设备200包括：存储器210、处理器220以及计算机程序；其中，计算机程序存储在存储器210中，处理器220执行存储器210中存储的计算机程序，以实现如上的走行机构的走行控制方法。
45.本实施例中提供的电子设备200，由于用于实现上述的走行机构的走行控制方法，因此其具有本技术中任一实施例的走行机构的走行控制方法的全部有益效果。
46.本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序；计算机程序被处理器执行以实现如上的走行机构的走行控制方法。
47.本实施例中提供的计算机可读存储介质，由于用于实现上述的走行机构的走行控制方法，因此其具有本技术中任一实施例的走行机构的走行控制方法的全部有益效果。
48.本技术具有以下优点：1、通过在多个液压马达之间进行速度闭环控制和扭矩闭环控制，实现了对马达摆角和转速的精确控制。
49.2、在起步阶段对主液压马达和从液压马达采用速度同步，并限制主液压马达和从液压马达的扭矩，可以防止车轮打滑，提高了稳定性。
50.3、在走行阶段对主液压马达和从液压马达采用扭矩同步速度限制控制，保证了输出扭矩一致，对主液压马达采用速度闭环控制，保证了走行速度稳定。4、通过前馈控制提高系统的响应特性。
51.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。本技术实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言java和直译式脚本语言javascript等。
52.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
53.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
54.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计
算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
55.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
56.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
57.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
58.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
59.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。