钢轨在线高速成型铣削机理及定位控制策略研究

The mobile maintenance of the defects on the rail surface is an effective way to optimize the rail profile, which may improve the wheel-rail contact state and the rail operation quality. According to the inefficiency of rail maintenance, a high-speed rail milling processing method is introduced for the purpose of significantly improving the efficiency and quality of mobile maintenance. The mechanism of rail mobile high speed forming milling is revealed by theoretical analysis and computer simulation.An automatic positioning mechanism for the rail milling unit is built, and an effective control strategy and compensation measures are also developed to improve the positioning accuracy. The study will lay theoretical fundation for the new generation of the high speed mobile milling equipment for the rail.

对钢轨表面伤损进行移动式在线整修作业是优化钢轨轮廓面、改善轮轨接触状态、提高钢轨运营质量的有效途径。针对现有整修方式效率低下的不足，提出钢轨在线高速铣削方法，将显著提高钢轨在线整修的作业效率及加工质量。在充分研究和掌握钢轨移动式在线整修设备运动规律及动静态特性的基础上，针对钢轨特殊材料及移动式在线干铣削的加工要求，研究高速铣削机理的特殊性变化规律；为解决钢轨复杂轮廓面的成型铣削难题，用理论分析及计算机仿真的方法揭示钢轨复杂曲面高速成型铣削机理；建立钢轨在线铣削单元自动定位机理，提出有效的控制策略及补偿措施，为新一代移动式钢轨在线高速铣削设备的研制奠定理论基础。

对钢轨表面进行移动式在线整修作业是优化钢轨轮廓面、改善轮轨接触状态、提高钢轨运营质量的有效途径。钢轨整修方式由单一的打磨方式逐渐向铣磨及铣削等多种方式发展，由低速向高速发展，钢轨在线高速铣削将是钢轨整修技术发展的潜在方向之一。项目围绕钢轨在线高速成型铣削机理及定位控制策略展开理论及应用研究，主要研究内容如下：（1）对钢轨铣磨车的铣削刀组进行建模，利用最优化理论及最小二乘法原理，计算出目标轮廓为60N钢轨轮廓时钢轨铣磨车的铣削轮廓和铣削精度；建立了铣削精度评价指标，从铣削范围、铣削刀粒数量、铣削刀粒样式、分段点设定等多角度，对钢轨铣磨车的铣削刀组进行了优化;针对轨道曲线路段内、外钢轨非对称性铣磨需求，提出轨道曲线路段的非对称铣磨方法,提高列车曲线路段的通过能力。（2）采用金属切削仿真软件建立了钢轨材料铣削仿真模型，分析铣削过程中切削力及切削温度的变化规律；（3）利用扫描电子显微镜对铣磨车典型磨损刀具进行了磨损形态和磨损机理分析，钢轨铣磨车所用刀粒的磨损和破损存在多种方式，主要包括前刀面月牙洼磨损、后刀面沟槽磨损、切削刃崩塌、刀具表层脱落、刀具材料烧结、刀具折断等多种形态，且刀具的磨损程度都较为严重，存在几种磨损形态同时出现现象，且存在一定的联系；（4）建立铣磨车磨削装置控制力控制系统的数学模型，采用滑模控制方法抑制外界扰动，实现了系统无超调控制，快速响应，保证系统具有较高的稳态精度、良好的动静态性能和鲁棒性。（5）根据在线铣磨车定位原理设计出移动式钢轨成型打磨试验台并进行了功能型式试验，达到预期效果。项目的研究为钢轨在线高速铣削技术应用进行了有益探索，为移动式钢轨在线高速铣削设备的研制奠定了理论基础。