一种在线式钢轨激光加工车制造技术

本发明专利技术公开了一种在线式钢轨激光加工车，包括底盘，车身，驾驶控制室和集装箱；驾驶控制室包括总控制台、CCD监视系统和驱动切换操作系统，集装箱内安装有带工艺运行驱动系统、常规车载运行驱动系统以及切换机构的双驱动系统及切换机构；工艺运行驱动系统为激光加工车在激光加工时提供动力驱动，可以精确控制激光加工车工艺运行时的速度和位移；切换机构用于实现常规铁路驱动系统与工艺运行驱动系统两者之间的切换。可以保证激光加工车在线处理钢轨时的精确加工轨迹，可以在铁路现场完成各种钢轨，包括正轨、弯道、护轮轨、道岔等的激光处理，使加工后的钢轨耐磨性大幅度提高，满足铁路高速、重载列车对钢轨的耐磨性要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在线式钢轨激光加工车，属于钢轨表面强韧化处理和修复

技术介绍
随着列车速度、运量和轴重的提高，钢轨由于受到车轮的撞击和摩擦的双重作用，磨损失效的速率越来越快。国内外一般常规提高钢轨寿命的方法主要集中在钢轨热处理方法和钢轨材料两方面。随着激光技术的快速发展，国内外学者将激光表面强化技术应用于 钢轨的表面处理，并取得了较好的实验效果。常规的方法只能在生产车间内完成，但是激光表面强化的方法除了可以在生产车间内实现定点加工，还可开发专用的移动式装备，使激光加工设备在铁道现场在线对钢轨进行激光处理。中国技术专利文献“一种铁路轨道激光维修车”(公告号为CN2622241Y，公开日为2004年06月30日)提出了一种铁路轨道激光维修车，该铁路轨道激光维修车包括牵引控制车和轨道作业车两部分。牵引控制车是在铁路轨道车的基础上改制的，主要区别在于在铁路轨道车的司机位置处设有激光作业总控制台；轨道作业车是在铁路客车的基础上改制完成的，其上设置有一台或两台大功率CO2激光器。激光光路和数控系统的设置可精确地将激光束传输到钢轨加工点上。为了保证轨道激光作业的顺利完成，轨道激光修复车除了激光器系统、激光光路及移动数控系统之外，还有车辆减震系统、激光器减震系统、钢轨表面除锈清洗系统、钢轨面吸光材料喷涂系统、涂料烘干系统、激光器供气系统、激光器供粉系统、激光器冷却系统、激光器供风系统、激光车车体、监视及照明系统、车厢密封除尘系统等。根据上述描述，这种激光维修车存在如下几个不足第一,该设备米用高功率CO2激光器作为光源,其光电转换效率相对较低,耗能大。0)2激光器的波长为10. 6微米，金属基体对其吸收率很低，必须喷涂吸光涂料并烘干才能进行激光加工，工序比较复杂。CO2激光器导光系统只能采用飞行光路或者硬光路系统传输，激光维修车运行过程中产生的震动会不可避免地影响导光系统的精密性，难以确保激光加工过程的长期稳定性。第二，该设备在进行激光维修时，激光维修车是静止的，激光加工头顺钢轨移动的最大距离为1000mm。由于激光维修车的静止，激光加工头一次性加工钢轨的距离受到了激光维修车车身长度的限制，对于长距离的修复造成不便。另外，当激光车要运行到下一段待修复钢轨的位置时，由于牵引控制车运行距离无法精确到厘米级，故难以准确地定位抵达。第三，相对于激光加工要求的精确轨迹而言，铁路现场的轨道线路为总体轨迹精度好、但实际钢轨沿着总体路线无规律波动的曲线线路。该专利技术中的激光加工头不能实时调整加工位置，则不能保证激光加工头硬化加工轨迹的准确性。针对上述专利文献中存在的不足，2008年，中国专利技术专利公开了“一种用于钢轨表面强韧化处理的在线激光加工设备”(专利号200810169671. 5)。该在线激光加工设备将激光加工系统分为激光加工车和动力工程车两部分。其中，激光加工车体积小，重量轻，机动灵活，装卸方便，能够有效地避让列车，可在钢轨表面实现各种在线强韧化处理；动力工程车内包含有发电机、制冷机、空压机、冷干机、激光器高压电源和控制系统等重量相对较大的设备。该专利技术采用可光纤传输的固体激光器作为光源，省却了复杂的飞行光路，降低了激光能量的光路传输损耗；所采用激光器为波长1064nmn的近红外激光器，钢轨对其吸收率高，因此不需要预先喷涂涂料及后续的清洗涂料等工序，简化了工艺，降低了设备的体积、重量、能耗及造价。 然而，上述在线激光加工设备仍然具有以下不足之处第一，激光加工小车和动力工程车由分离的两个部分组成，互相连接的光纤或电缆的最大距离为100米，使设备系统在铁路现场在线使用的复杂程度增加；与一体化的整套设备系统相比，其可靠性也相对较低。第二，激光加工小车虽然体积小、重量轻、机动灵活，但仍然需要用人力或者小型叉车实现在轨道上的安装，并需要在轨道上进行光纤或电缆系统的连接和设备调试。因此，在铁路轨道上进行激光强韧化处理的有效时间和加工效率受到影响。第三，在线激光加工设备的动力工程车靠近铁路轨道的方式有时受到限制。在一些特殊的路段(如山区铁路)，动力工程车不能方便地靠近铁路轨道，其自身的车轮系统又不能够在铁路轨道上直接行驶，使得这种使用激光加工小车加动力工程车的组合式在线激光加工设备使用范围和使用效率受到限制。综上所述，如何进一步提高钢轨在线激光处理设备的机动性以及激光加工轨迹的精确性是确保该技术能够在铁路运输线得到应用的关键。对于在线式激光加工设备而言，如果它既能够在铁路上保持精确运动，又能够在激光加工完毕后快速离开，显然更具有实用价值。此外，该设备还应该具备激光加工独立系统的基本特征，即应该包括激光器、导光系统、制冷机、空压机、冷干机、送粉器、运动执行机构、激光加工头和控制系统等，以适用于铁路钢轨的在线式激光强韧化处理和激光熔覆修复。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在线式钢轨激光加工车，可以精密控制激光加工车在线处理钢轨时运行的速度、距离以及沿轨道路线实现精确加工，在铁路现场完成包括正轨、弯道、护轮轨、道岔各种钢轨等的激光处理，使加工后的钢轨耐磨性大幅度提高，满足铁路高速、重载列车对钢轨的耐磨性要求。本专利技术提供的一种在线式钢轨激光加工车，包括底盘，安装在底盘上的车身，安装在车身前部的驾驶控制室，以及安装在车身后部的集装箱；集装箱内包括发电机组、控制系统、运动执行机构和激光加工头，其特征在于，所述驾驶控制室包括总控制台、CXD监视系统和驱动切换操作系统，该激光加工车的集装箱安装有双驱动系统及切换机构；总控制台与发电机组及控制系统电连接，用于启动和关闭发电机组和控制系统；CXD监视系统用来监视激光加工头对钢轨表面的对位姿态和加工状况；驱动切换操作系统用来对双驱动系统及切换机构进行操作实现驱动系统的切换；控制系统控制运动执行机构按照设定的轨迹运动；激光加工头在运动执行机构的带动下按照控制系统所设定的轨迹运动，完成钢轨表面的激光处理；双驱动系统及切换机构包括工艺运行驱动系统、常规车载运行驱动系统以及切换机构；工艺运行驱动系统用于激光加工过程中为激光加工车提供动力驱动，使激光加工车精确地控制激光加工车的运动速度和距离，满足各种激光加工所需激光加工车运动的需求；切换机构用于实现常规铁路驱动系统与工艺运行驱动系统两者之间的切换。本专利技术在线式钢轨激光加工车包含双驱动系统及切换机构，双驱动系统分别为工艺运行驱动系统和常规车载运行驱动系统，其中常规车载运行驱动系统是在正常运行不进行激光加工时为激光加工车提供动力，工艺运行驱动系统是在进行工艺加工时为激光加工车提供动力。工艺运行驱动系统和常规车载运行驱动系统的切换是通过切换机构来完成的。当激光加工车在钢轨上进行激光加工时，切换机构将驱动动力切换到工艺运行驱动系统，则可严格精确地控制激光加工车的运行速度和距离，满足各种激光加工工艺要求。当激光加工车加工完毕，切换机构将切换到常规车载运行驱动系统，可快速行驶离开，节约时 间，避免长时间占用了轨道。本专利技术在线式钢轨激光加工车的底盘可以是铁路平板车或铁路客车底盘，也可以是分动式公铁两用车底盘。当本专利技术在线式钢轨激光加工车的底盘为分动式公铁两用车底盘时,可以在车身上增加上轨系统。通过上轨系统,激光加工车可以在任意钢轨路段上轨，提高了激光加工车上轨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在线式钢轨激光加工车，包括底盘（2），安装在底盘（2）上的车身（1），安装在车身（1）前部的驾驶控制室（3），以及安装在车身（1）后部的集装箱（4）；集装箱（4）内包括发电机组（15）、控制系统（14）、运动执行机构（9）和激光加工头（17），其特征在于，所述驾驶控制室（3）包括总控制台（3.1）、CCD监视系统（3.2）和驱动切换操作系统（3.3），该激光加工车的集装箱（4）安装有双驱动系统及切换机构（5）；总控制台（3.1）与发电机组（15）及控制系统（14）电连接，用于启动和关闭发电机组（15）和控制系统（14）；CCD监视系统（3.2）用来监视激光加工头（17）对钢轨表面的对位姿态和加工状况；驱动切换操作系统（3.3）用来对双驱动系统及切换机构（5）进行操作实现驱动系统的切换；控制系统（14）控制运动执行机构（9）按照设定的轨迹运动；激光加工头（17）在运动执行机构（9）的带动下按照控制系统（14）所设定的轨迹运动，完成钢轨表面的激光处理；双驱动系统及切换机构（5）包括工艺运行驱动系统（5.1）、常规车载运行驱动系统（5.3）以及切换机构（5.2）；工艺运行驱动系统（5.1）用于激光加工过程中为激光加工车提供动力驱动，使激光加工车精确地控制激光加工车的运动速度和距离，满足各种激光加工所需激光加工车运动的需求；切换机构（5.2）用于实现常规铁路驱动系统（5.3）与工艺运行驱动系统（5.1）两者之间的切换。...

【技术特征摘要】
2012.03.27 CN 201210084634.01.一种在线式钢轨激光加工车，包括底盘(2)，安装在底盘(2)上的车身(I )，安装在车身(I)前部的驾驶控制室(3)，以及安装在车身(I)后部的集装箱(4);集装箱(4)内包括发电机组(15)、控制系统(14)、运动执行机构(9)和激光加工头(17)，其特征在于，所述驾驶控制室(3)包括总控制台(3. 1)、(XD监视系统(3. 2)和驱动切换操作系统(3. 3)，该激光加工车的集装箱(4)安装有双驱动系统及切换机构(5)； 总控制台(3. I)与发电机组(15)及控制系统(14)电连接，用于启动和关闭发电机组(15)和控制系统(14);(XD监视系统(3.2)用来监视激光加工头(17)对钢轨表面的对位姿态和加工状况；驱动切换操作系统(3. 3)用来对双驱动系统及切换机构(5)进行操作实现驱动系统的切换； 控制系统(14)控制运动执行机构(9)按照设定的轨迹运动；激光加工头(17)在运动执行机构(9)的带动下按照控制系统(14)所设定的轨迹运动，完成钢轨表面的激光处理； 双驱动系统及切换机构(5)包括工艺运行驱动系统(5. I)、常规车载运行驱动系统(5.3)以及切换机构(5. 2)； 工艺运行驱动系统(5. I)用于激光加工过程中为激光加工车提供动力驱动，使激光加工车精确地控制激光加工车的运动速度和距离，满足各种激光加工所需激光加工车运动的需求；切换机构(5. 2)用于实现常规铁路驱动系统(5. 3)与工艺运行驱动系统(5. I)两者之间的切换。2.根据权利要求I所述的在线式钢轨激光加工车，其特征在于，底盘(2)采用的是分动式公铁两用车底盘(20)，常规车载运行驱动系统(5. 3)则为分动式公铁两用车的驱动系统；驾驶控制室(3)内部的常规驾驶操作系统改为公铁两用车的驾驶操作系统，分动式公铁两用车的驱动系统内设有公铁模式转换系统，通过此系统实现公铁两用激光加工车从公路到铁路和从铁路到公路的行走|吴式的转换。3.根据权利要求2所述的在线式钢轨激光加工车，其特征在于，分动式公铁两用车底盘(20)上增设第一、第二上轨系统(16)、(16’)，在集装箱(4)内增设液压系统，驾驶控制室(3)内增设控制上轨系统(16)、(16’)和液压系统的操作平台；通过第一第二上轨系统(16)、(16’)实现激光加工车在轨道路段安全上轨； 第一、第二上轨系统(16)、(16’)结构相同，其中，上轨系统(16)包括四套升降装置和一套横向伸缩装置(16. 5)，四套升降装置分别为第一升降装置(16. I)、第二升降装置(16. 2)、第三升降装置(16. 3)和第四升降装置(16. 4);横向伸缩装置(16. 5)包括液压油缸(16. 51)和活塞杆(16. 52)，其中活塞杆(16. 52) —端与液压油缸(16. 51)固定连接，另一端与第二升降装置(16. 2)固定连接；横向伸缩装置(16. 5)的另一端与第一升降装置(16. I)固定连接，其底部安装有齿条(16. 7);第三升降装置(16. 3)和第四升降装置(16. 4)通过连杆(16. 6)连接，连杆(16. 6)固定安装在方形框架(16. 10)内部，方形框架(16. 10)固定安装在分动式公铁两用车底盘(20)上，分动式公铁两用车底盘(20)内部安装有液压马达(16.9)和齿轮(16. 8)，液压马达(16.9)与齿轮(16. 8)轴连接；横向伸缩装置(16. 5)通过其底部齿条(16. 7)与齿轮(16. 8)的啮合活动安装在方形框架(16. 10)内部； 第一升降装置(16. I)包括液压油缸(16. 11)，活塞杆(16. 12)和升降套筒(16. 13)，其中活塞杆(16. 12) —端与液压油缸(16. 11)连接，另一端与升降套筒(16. 13)连接；第二升降装置(16. 2)、第三升降装置(16. 3)和第四升降装置(16. 4)与第一升降装置(16. I)结构相同； 集装箱(4)内的液压系统为第一、第二上轨系统(16)、(16’)的各液压油缸和各液压马达提供液压动力，所述操作平台用来开启、关闭所述液压系统以及控制所述液压系统提供动力的大小。4.根据权利要求I、2或3所述的在线式钢轨激光加工车，其特征在于，工艺运行驱动系统(5. I)包括伺服驱动电机(5. 11)和减速机(5. 12)，伺服驱动电机(5. 11)和减速机(5. 12)通过弹性联轴器相连；伺服驱动电机(5. 11)与控制系统(14)电连接，按照控制系统(14)的指令驱动加工车。5.根据权利要求1、2或3所述的在线式钢轨激光加工车，其特征在于，切换机构(5.2)包括第一小齿轮(5. 21)、第二小齿轮(5. 22)、大齿轮(5. 23)以及输出轴(5. 24)，其中第一 小齿轮(5. 21)固定安装在减速机(5. 12)的输出轴端；第二小齿轮(5. 22)固定安装在常规车载运行驱动系统(5. 3)的输出轴端；大齿轮(5. 23)活动安装在输出轴(5. 24)，能够左右滑动；输出轴(5. 24)通过底盘(2)的传动系统与铁路轮对系统相连； 当激光加工车在钢轨上进行加工时，控制系统(14)控制大齿轮(5. 23)在输出轴(5. 24)上向一侧滑动，与第一小齿轮(5. 21)啮合，切换机构(5. 2)则切换到了工艺运行驱动系统(5. I);当激光加工车加工完毕时，控制系统(14)则控制大齿轮(5. 23)在输出轴(5. 24)上向另一侧滑动，与第二小齿轮(5. 22)啮合，切换机构(5. 2)则切换到常规车载运行驱动系统(5. 3)，使激光加工车快速行驶。6.根据权利要求4所述的在线式钢轨激光加工车，其特征在于，切换机构(5.2)包括第一小齿轮(5. 21)、第二小齿轮(5. 22)、大齿轮(5. 23)以及输出轴(5. 24)，其中第一小齿轮(5. 21)固定安装在减速机(5. 12)的输出轴端；第二小齿轮(5. 22)固定安装在常规车载运行驱动系统(5. 3)的输出轴端；大齿轮(5. 23)活动安装在输出轴(5. 24)，能够左右滑动；输出轴(5. 24)通过底盘(2)的传动系统与铁路轮对系统相连； 当激光加工车在钢轨上进行加工时，控制系统(14)控制大齿轮(5. 23)在输出轴(5. 24)上向一侧滑动，与第一小齿轮(5. 21)啮合，切换机构(5. 2)则切换到了工艺运行驱动系统(5. I);当激光加工车加工完毕时，控制系统(14)则控制大齿轮(5. 23)在输出轴(5. 24)上向另一侧滑动，与第二小齿轮(5. 22)啮合，切换机构(5. 2)则切换到常规车载运行驱动系统(5. 3)，使激光加工车快速行驶。7.根据权利要求5中任一所述的在线式钢轨激光加工车，其特征在于，运动执行机构(9)包括立柱(9. I)、横梁(9. ...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾晓雁，胡乾午，李重洋，郑寅岚，杜敏，
申请(专利权)人：武汉新瑞达激光工程有限责任公司，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：