一种中间驱动的整体式钢轨激光强化车的制作方法

本发明属于钢轨激光强化技术领域，更具体地，涉及一种中间驱动的整体式钢轨激光强化车。

背景技术：

我国高铁、城际、市域铁路以及城市轨道交通快速发展，运营里程以达到巨大的规模，在铁路提速的背景下，列车直接的承载基础设施——钢轨，担负着巨大的运营压力，由于轮轨作用，钢轨在服役期间会产生严重的磨损，明显缩减钢轨的使用寿命，每年都要因此进行大量钢轨的更换，造成巨大的经济损失，因此提高钢轨使用寿命对我国铁路及城市轨道交通的运营养护维修具有巨大的意义。

目前，增加钢轨耐磨性，提高钢轨表面硬度，延长钢轨使用寿命的方式主要有两种：第一种，在钢轨生产过程中，进行淬火工艺处理；第二种，在钢轨使用中出现磨损时，通过打磨设备对钢轨缺陷部位进行修型打磨。第一种方式是从钢轨的原始性能方面对其耐磨性进行加强，但会存在风、雾冷却不均匀导致钢轨表面硬度不均匀的情况，易产生轨面剥落、擦伤等失效，影响钢轨的使用寿命。第二种方式是从钢轨的服役状态方面对磨损进行修复，使用小型设备或大型养路机械借助砂轮对钢轨进行打磨修型，减小磨损对钢轨寿命的影响，但打磨修型只是修复钢轨轮廓，减小磨损对列车运行平稳性造成的不良影响，无法从根本上提高钢轨的耐磨性能，无法对既有的钢轨进行强化，延长钢轨使用寿命的效果有限。

为了解决上述问题，出现了用激光对钢轨进行加工维修的装置。如专利zl02100096.4公开了一种“铁路轨道激光维修车”，包括牵引机控制车和激光加工车，多辆激光维修车可组成激光维修列车；其原理主要是通过激光将合金粉末融化在钢轨表面上形成合金层，以填补钢轨的磨损、剥离、掉块等缺陷。专利zl201010114198.8公开了“一种钢轨表面在线处理的移动式激光加工装置”，用于钢轨表面的激光强韧化处理及修复，具体包括：双工位激光移动式激光加工装置、两套激光加工头、两套激光束运动执行机构、控制系统和导光系统。

但第一件专利采用铁路轨道车作为牵引控制车对整个车组进行驱动，铁路轨道车采用的是柴油电机，其运行速度不稳定，产生的振动大，激光强化作业精度低，且激光器固定在作业车底板的轨道上，只能进行一维运动，无法跟随车辆的状态变化而调整激光头以对准轨头，无法保障强化的准确度。第二件专利的驱动电机只有一台，传动机构有两套，动力源的可靠性较低，存在能源供应不足，续航能力弱的问题，其激光加工头无法根据钢轨线型实时调整激光加工头的姿态。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种中间驱动的整体式钢轨激光强化车，通过设置平板车和设置在平板车底部的驱动小车实现加工装置的不依赖于轨道车的自由移动，实现作业区域将机械臂移动至合适加工位置，且对驱动小车的速度和运动轨迹的精确控制能够保证加工过程中平稳准确移动加工装置；同时在作业间设置可多角度转动伸缩并锁定的机械臂，并将机械臂的头部固定激光发射头，通过所述机械臂的转动伸缩使得所述激光发射头对准钢轨进行精确的激光加工。

为了实现上述目的，本发明提供一种中间驱动的整体式钢轨激光强化车，包括激光发生器，还包括驱动小车、端部设有挂钩的平板车和设于所述平板车上的若干个隔间；

所述隔间包括操作间和设置在所述平板车端部可开口的作业间，所述驱动小车顶部的控制结构穿过所述平板车设于所述操作间内，底部的驱动轮置于所述平板车的底部，以在作业区域将作业间内的设备移动至合适加工位置，所述作业间内设置能够可多角度转动伸缩并锁定的机械臂，所述机械臂的头部设有激光发射头，以通过所述机械臂的转动伸缩使得所述激光发射头对准钢轨进行精确的激光加工。

进一步地，所述隔间还包括发电间、压力间和光源间，相邻两个所述隔间之间均设有隔板，且所述发电间和压力间为一个整体并与其他隔间断开设置。

进一步地，所述驱动小车上设有使得所述驱动小车的驱动轮在其非工作状态下高于钢轨面的升降机构。

进一步地，所述发电间内设置至少一台发电机组和若干根分别与其他隔间设备相连的电缆线。

进一步地，所述压力间设有液压站、至少一台用于为所述激光发生器循环制冷的水冷机和至少一台空压机，所述光源间内设置空调用于保障光源间内的温度稳定，使激光发生器工作可靠。

进一步地，机械臂包括若干个可转动并带锁紧功能的关节和若干个臂段，相邻两个臂段之间设置一个可转动并带锁紧功能的关节。

进一步地，所述机械臂上设有可实时获取钢轨图像的视觉传感机构。

进一步地，相邻的两个所述隔间之间设有分隔板，前后两部分车体中间设置中断空间。

进一步地，所述分隔板采用隔音、隔振材料制成。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明的中间驱动的整体式钢轨激光强化车，通过设置平板车和设置在平板车底部的驱动小车实现加工装置的不依赖于轨道车的自由移动，实现作业区域将机械臂移动至合适加工位置，且对驱动小车的速度和运动轨迹的精确控制能够保证加工过程中平稳准确移动加工装置；同时在作业间设置可多角度转动伸缩并锁定的机械臂，并将机械臂的头部固定激光发射头，通过所述机械臂的转动伸缩使得所述激光发射头对准钢轨进行精确的激光加工。

(2)本发明的中间驱动的整体式钢轨激光强化车，整体式车身的结构更加牢固可靠，高度更低，车身与平板车一体化的焊接，可以有效减少整体振动，保障更好的激光强化精度。

(3)本发明的中间驱动的整体式钢轨激光强化车，平板车顶部设置若干个隔间，相邻隔间之间通过分隔板隔开，实现各隔间之间的相互独立，车体前后两部分中间设置中断空间，发电间和压力间为一个整体并与其他隔间断开设置，用于减小发电间和操作间的振动和噪声对操作间的影响，以减弱发电机组振动向后方车体的传递，以提高激光加工的稳定性和精确性。

(4)本发明的中间驱动的整体式钢轨激光强化车，发电间内设置至少一台发电机组和若干根分别与其他隔间设备相连的电缆线，用于发电并为驱动小车及其他隔间的设备提供电力支持，从而最大程度的提高了激光强化车的自主供电性能和续航能力，可用于长时间的激光加工工作。

附图说明

图1是本发明实施例中中间驱动的整体式钢轨激光强化车的正视图；

图2是本发明实施例中中间驱动的整体式钢轨激光强化车的俯视图；

图3是本发明实施例中中间驱动的整体式钢轨激光强化车在驱动小车驱动下机器人强化作业的示意图；

图4是本发明实施例中作业间断面机器人布置图；

图5是本发明实施例中作业间断面机器人电柜布置图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-发电机组；2-车门；3-水冷机；4-液压站；5-第四分隔板；6-第一空调室内机；7-操作台；8-第二空调室内机；9-机器人；10-车厢皮；11-机器人电柜；12-第六分隔板；13-激光发生器；14--第二空调室外机；15-第五分隔板；16-第一空调室外机；17-驱动小车；18-第三分隔板；19-空压机；20-第二分隔板；21-平板车；22-第一分隔板；23-挂钩；24-对开门；25-电气柜。

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，以下结合附图及实施例，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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是本发明实施例中中间驱动的整体式钢轨激光强化车的正视图。

图2是本发明实施例中中间驱动的整体式钢轨激光强化车的俯视图。如图1和图2所示，中间驱动的整体式钢轨激光强化车包括设置在底部的平板车21以及设置在平板车顶部的若干个隔间，隔间包括发电间、压力间、操作间、光源间和作业间。平板车21的端部远离作业间的一端设置有挂钩23，挂钩23可与轨道车连接匹配，通过轨道车与挂钩23连接继而连接平板车21，用轨道车牵引平板车21至指定的作业区域，同时将平板车21上的发电间、压力间、操作间、光源间和作业间带动至作业区域。平板车21的底部设有驱动小车17，驱动小车17用于精确调节平板车21的运动轨迹和运动速度，当轨道车将平板车21移动至作业区域后，轨道车与平板车21分离，驱动小车17开启，通过驱动小车17对平板车21精确控制，从而使得激光加工更加精准。

设置在平板车21上的相邻隔间之间设有分隔板，且车厢皮10和分隔板形成相互独立的空间，隔间之间设有联通车门，从而又在隔间之间形成联通，便于各隔间之间的检修；优选地，分隔板采用隔音、隔振材料制成，从而使得各隔间相互形成独立的空间避免相互干扰。

分隔板包括第一分隔板22、第二分隔板20、第三分隔板18、第四分隔板5、第五分隔板15、第六分隔板12和对开门24，第一分隔板22和第二分隔板20之间的空间为发电间，发电间内设置至少一台发电机组和若干根分别与其他隔间设备相连的电缆线，发电机组用于发电并为驱动小车17及其他隔间的设备提供电力支持，从而最大程度的提高了激光强化车的自主供电性能和续航能力，可用于长时间的激光加工工作。

第二分割板20和第三分隔板18之间的空间为压力间，压力间内设有至少一台水冷机3、液压站5、至少一台空压机19，水冷机用于为激光发生器13循环制冷，优选地水冷机3的端部设有若干根管道且管道从水冷机3引出后分布在激光发生器13四周最后汇入水冷机3。液压站4通过导线与驱动小车17相连并为驱动小车17的上升和下降以及驱动提供液压动力，从而保证驱动小车17的动力和稳定驱动；空压机19为平板车17的空气制动提供动力。

第四分隔板5和第五分隔板15之间的空间为操作间，压力间和操作间相邻且压力间和操作间间隔，即压力间和操作间不共用分隔板且车厢皮10在压力间和操作间不连续设置，其中，第三分隔板18设置在压力间的端部，第四分隔板5设置在操作间的端部，第三分隔板18和第四分隔板5相邻且间隔设置，从而使得压力间和操作间间隔独立设置，用于减小发电间和操作间的振动和噪声对操作间的影响，以提高激光加工的稳定性和精确性。

操作间内设有操作台7、第一空调室外机16和第一空调室内机6，操作台7与驱动小车17和机器人9连接，优选地，操作台7与驱动小车17和机器人9电连接或信号连接，从而通过操作台7控制驱动小车17和机器人9的动作。

驱动小车17的顶部穿过平板车21设置在操作间内，在操作间可以直接对驱动小车17进行人工或机电控制，优选地，所述驱动小车17上设有升降机构，在轨道车牵引时驱动小车17的底部高于钢轨面，当驱动车启动17启动时其底部将至钢轨面，第一空调室外机16和第一空调室内机6用于控制操作间内的温度，从而为操作间的工作人员或者设备提供适应的工作环境。

第五分隔板15和第六分隔板12之间的空间为光源间，光源间内设置有包括激光发生器13、第二空调室外机14和第二空调室内机8，激光发生器13用于产生钢轨强化作业中需要的高能激光，第二空调室内机8和第二空调室外机14用于为光源间提供适宜的工作温度。

图3是本发明实施例中中间驱动的整体式钢轨激光强化车在驱动小车驱动下机器人强化作业的示意图。图4是本发明实施例中作业间断面机器人布置图。如图3和图4所示，第六分隔板12和对开门24之间的空间为作业间，作业间的外侧即车尾处设置为对开门24，便于作业间内的设备伸出作业间外进行近距离的作业，作业间内靠近车尾处设有机器人9，机器人9的底部固定在作业间的底板上；机器人9包括机械臂，优选地，机械臂包括若干个可转动并带锁紧功能的关节和若干个臂段，相邻两个臂段之间设置一个可转动并带锁紧功能的关节，从而使得机械臂可以多角度弯折，使得机械臂能够实现三维运动，并可通过关节的锁紧功能实现弯折形状和位置的定位同时为后面的抓取提供刚度支撑。机械臂的端部设置有激光发射头，激光发射头与激光发生器13连接，激光发生器13产生的激光光源通过激光发射头发射出去实现对钢轨的加工，机械臂的多角度弯折将激光头移至靠近待加工钢轨的位置，并通过激光发射头发射的激光对激光进行精确的加工，同时只需要一台机器人9即可通过机械臂的转动调节实现对两根钢轨或多跟钢轨的激光强化作业。

优选地，如图5所示，作业间内还设有机器人电柜11，用于直接为机器人9提供电源。

优选地，机器人9上还设有视觉传感器，通过视觉传感器获取钢轨图像，从而根据钢轨图像控制调整机械臂的姿态，从而控制激光发射头对准钢轨轨顶面，实现循迹运动，从而保障作业区域的准确度。

激光强化车的工作过程如下：将轨道车与挂钩23连接，通过轨道车牵引将平板车21和平板车21顶部的若干个隔间牵引至作业区域；将轨道车和挂钩脱离，驱动小车17下降到驱动轮接触钢轨面，开启驱动小车17，通过驱动小车17实现对平板车21及其顶部的若干分隔间的运动精确控制；打开对开门24，启动机器人9，转动机械臂，使得搭载在机械臂上的激光发射头对准钢轨轨顶面，驱动小车17启动驱动电机，驱动平板车21带动各分隔间以一定的速度运动，进行沿线的钢轨强化作业；作业完成后，机器人转动机械臂收回到作业间，对开门24关闭，驱动小车17上升直至驱动轮离开钢轨；轨道车与挂钩23连接，牵引激光强化车离开作业区域。

驱动小车匹配的动力供给机构，动力供给机构为激光强化车自带的液压动力机构，例如液压站；驱动小车包括支座、液压伸缩筒、导向滑筒、导向柱、后驱动轮、小车车架、前驱动轮、前小车轴、前驱动电机、后驱动电机、后小车轴。

驱动小车的支座固定在平板车的顶部平面上，支座的中部设有导向滑筒，导向柱插入到导向滑筒内，并与导向滑筒间隙配合，导向柱能够沿导向滑筒上下移动。

优选地，导向柱的顶部设有端盖，端盖的截面积大于导向滑筒的截面积，从而当导向柱运动到最底部时可与将端盖搁置在导向滑筒上从而避免导向柱与导向滑筒脱离。

小车车架、前驱动轮和后驱动轮均设置在平板车的底板的下方，前驱动轮和后驱动轮分别固定在小车车架的两端，小车车架固定在导向柱的底部，液压伸缩筒的一端固定在支座上，另一端固定在小车车架上，通过液压伸缩筒伸缩带动小车车架和导向柱沿着导向滑筒上下移动，从而实现驱动小车车架和前驱动轮及后驱动轮的升降。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。