一种端部驱动的半敞开式钢轨激光强化车的制作方法

本实用新型属于钢轨激光强化技术领域，更具体地，涉及一种端部驱动的半敞开式钢轨激光强化车。

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，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。第二件专利又存在能源供应不足，续航能力弱的问题。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供端部驱动的半敞开式钢轨激光强化车，平板车和驱动小车配合设置可自由精准的移动激光加工装置，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；集装车体和平板车的分离模块化设置，可以同时进行制造、调试或维修，只需预留相互对接的接口，对平板车的该装量较小，可以大大缩短制造工期，某个部分出现故障后只需要使用相同的模块替换掉，而无需整体检修，增强了强化车的可靠性。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种端部驱动的半敞开式钢轨激光强化车，包括激光发生器和平板车，所述平板车的顶部设有集装车体、室外底座和固定在所述室外底座上的室外设备，底部设有驱动小车；

所述集装车体与室外底座相互独立可分离设置，且均与所述平板车可拆卸式固定连接，所述集装车体包括若干隔间，所述隔间包括光源间、压力间、作业间，所述隔间内设有机器人、水冷机和液压站，所述机器人上设有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，所述平板车的顶部平面设有若干个间隔设置限位柱，所述集装车体和所述室外底座的底部设有与限位柱匹配的限位孔。

进一步地，所述集装车体和室外底座的底部均设有两层底板，且两层底板之间形成中空的空间，所述中空的空间内放置线缆。

进一步地，所述两层底板中底部一层底板上设有可朝外打开的门。

进一步地，所述室外底座的两层底板顶部的一层为承载板，所述承载板上间隔设有若干个安装座，所述机器人、水冷机、激光发生器和液压站固定在所述安装座上。

进一步地，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。

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，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，所述室外底座上安装电池及电缆卷盘组。

总体而言，通过本实用新型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)本实用新型端部驱动的半敞开式钢轨激光强化车，平板车和驱动小车配合设置可自由精准的移动激光加工装置，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；集装车体和平板车的分离模块化设置，可以同时进行制造、调试或维修，只需预留相互对接的接口，对平板车的该装量较小，可以大大缩短制造工期，某个部分出现故障后只需要使用相同的模块替换掉，而无需整体检修，增强了强化车的可靠性。

(2)本实用新型端部驱动的半敞开式钢轨激光强化车，并通过若干限位柱和限位孔的配合，将集装车体和/或室外底座固定在平板车上，同时实现对集装车体和第二集装箱车体的限位，防止在平板车移动的过车中，集装车体和/或室外底座发生相对平板车的移动，一方面放置集装箱车体从平板车上滑落，另一方面保证加工过程的稳定性和精确性。

(3)本实用新型端部驱动的半敞开式钢轨激光强化车，驱动小车的顶部设置在操作间内，集装箱车体和室外底座的底部均设有两层底板，且两层底板之间中空设置，中空的空间设为线缆间，线缆间用于布置不同设备之间的连接线缆，避免线缆外露或者缠绕。

(4)本实用新型端部驱动的半敞开式钢轨激光强化车，驱动小车的顶部设置在操作间内，便于工作人员在操作人员进行控制操作，且驱动小车的底部置于平板车底部，驱动小车上设置升降机构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，从而在轨道车将平板车拉到工作区域的过程中避免驱动轮与钢轨面之间的摩擦。

附图说明

图1是本实用新型实施例端部驱动的半敞开式钢轨激光强化车的正视图；

图2是本实用新型实施例端部驱动的半敞开式钢轨激光强化车的俯视图；

图3是本实用新型实施例端部驱动的半敞开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是本实用新型实施例中激光强化车的集装车体与平板车分离的示意图；

图5是本实用新型实施例中激光车强化机器人布置示意图。

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：1-5g车载基站；2-平板车；3-第二分隔板；4-电池及电缆卷盘组；5-电气柜；6-第一分隔板；7-空调室内机；8-集装车体；9-水冷机；10-液压站；11-机器人；12-挂钩；13-机器人电柜；14-底板；15-承载板；16-空压机；17-激光发生器；18-室外底座；19-驱动小车；20-限位柱；21-对开门；22-空调室外机；23-车门；24-限位杆；25-第三分隔板。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型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是本实用新型实施例端部驱动的半敞开式钢轨激光强化车的正视图。图2是本实用新型实施例端部驱动的半敞开式钢轨激光强化车的俯视图。如图1和图2所示，端部驱动的半敞开式钢轨激光强化车包括平板车2、集装车体8、室外设备和室外底座18，室外底座18和室外设备敞开式设计，减小了整体设备的重量，也方便了安装在室外底座上设备的拆卸安装，集装车体8和室外底座设置在平板车2的顶部，平板车2的底部设有驱动小车19，驱动小车19用于精确调节平板车2的运动轨迹和运动速度，当轨道车将平板车2移动至作业区域后，轨道车与平板车2分离，驱动小车19开启，通过驱动小车19对平板车2精确控制，从而使得激光加工更加精准。优选地，所述驱动小车19上设有升降机构，在轨道车牵引时驱动小车19的底部高于钢轨面，当驱动小车19启动时其底部降至钢轨面。

平板车2的端部远离作业间的一端设置有挂钩12，挂钩12可与轨道车连接匹配，通过轨道车与挂钩12连接继而连接平板车2，用轨道车牵引平板车2至指定的作业区域，同时将平板车2上的集装车体8和室外底座带动至作业区域。

室外底座、集装车体8和平板车2独立可分离设置，且集装车体8和室外底座可拆卸式的与平板车2连接，该集装式激光强化车制造过程中三个独立的部分可以同时进行制造、调试，只需预留相互对接的接口，对平板车2的该装量较小，可以大大缩短制造工期。集装车体8和室外底座与平板车分离后可以方便地在车间内进行专门的调试或维修，相互之间不影响，均可以通过汽车运输至作业区域附近，通过吊车调运至平板车安装。且集装车体8、室外底座和平板车2均为模块化设计，某个部分出现故障后只需要使用相同的模块替换掉，而无需整体检修，增强了强化车的可靠性。且独立、可分离、模块化、整体式设计的强化车，其加工制造更加简单，运输更加灵活，调试或维修更加方便，系统可靠性更高。

集装车体8、室外底座和平板车2上均设有电气接口，通过电气接口可以实现平板车、集装车体8和室外底座三者之间的能量及信息联通。

图4是本实用新型实施例中激光强化车的集装车体与平板车分离的示意图。如图2和图4所示，平板车2的顶部平面上设有若干个限位柱20，限位柱20间隔设置，且对应集装车体8和室外底座18的两端的端部均设有限位柱20；对应的集装车体8和室外底座的底部设有与限位柱20匹配的限位孔，将集装车体和/或室外底座放置在平板车2上，并通过若干限位柱20和限位孔的配合，将集装车体和/或室外底座固定在平板车2上，同时实现对集装车体和第二集装箱车体2的限位，防止在平板车移动的过车中，集装车体和/或室外底座发生相对平板车的移动，一方面放置集装箱车体从平板车2上滑落，另一方面保证加工过程的稳定性和精确性。

集装车体8包括若干间隔间，相邻隔间之间设有分隔板，优选地，分隔板上设有车门，通过车门实现相邻各隔间之间的联通；

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。

集装车体8和室外底座的底部均设有两层底板，且两层底板之间中空设置，集装车体8和室外底座的两层底板分别为底板14和承载板15，底板14和承载板15之间中空的空间为室外底座的线缆间，线缆间用于布置不同设备之间的连接线缆，避免线缆外露或者缠绕。

集装车体8包括光源间、压力间、作业间和线缆间，第一分隔板6与第二分隔板3之间的空间为光源间，光源间内设置有包括激光发生器17、空调室外机22和空调室内机7，激光发生器17用于产生钢轨强化作业中需要的高能激光，空调室内机7和空调室外机22用于为光源间提供适宜的工作温度，保证激光发生器正常远转。

集装车体8的第二分隔板3与第三分隔板25之间的承载板15上间隔设有若干个安装座，安装座上分别固定有水冷机9、液压站和空压机，水冷机用于为激光发生器17循环制冷，优选地，水冷机9的端部设有若干根管道且管道从水冷机9引出后分布在激光发生器17四周最后汇入水冷机9。液压站10通过导线与驱动小车19相连并为驱动小车19的上升和下降以及驱动提供液压动力，从而保证驱动小车19的动力和稳定驱动；空压机16为平板车2的空气制动提供动力。

室外底座18上设置至少一台电池及电缆卷盘组4至少一台电气柜5，电气柜5内安装有发电机控制所需的硬件设备；发电间还包括若干根分别与其他隔间设备相连的电缆线，电池及电缆卷盘组4可以连接作业区附近的外部电源用于为驱动小车19及其他隔间的设备提供电力支持，电池可以用来存储电能，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。

室外底座的底板14上设有与限位柱20匹配的限位孔，通过底板14上的限位孔与平板车上的限位柱20配合，实现室外底座的定位安装固定。

图5是本实用新型实施例中激光车强化机器人布置示意图。如图5所示，集装车体8靠近车尾位置的作业间内设置有机器人11及机器人电柜13，机器人电柜13用于控制机器人11。机器人11的底部固定在作业间的底板上；机器人11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17连接，激光发生器17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11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。且敞开式的设置最大程度的扩大了机械臂的伸展空间，便于大范围内的准确定位加工。

优选地，集装车体8靠近车尾位置的作业间端部设有对开门21。

优选地，机器人14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。

优选地，底板14上均设有朝外打开的门，以便于工作人员在下部进行检修。

优选地，室外底座18上安装5g车载基站1，5g车载基站1充分利用室外底座18的敞开式涉及，利于信号的传输，且又由于室外底座可拆卸式的特点，方便拆卸调节。5g车载基站1可以建立强化车与后方指挥室间的网络联系，用于数据高速传输，实现激光强化车的远程控制。

激光强化车的工作过程如下：将轨道车与挂钩连接，通过轨道车牵引将平板车和平板车顶部的若干个隔间和室外底座及底座上的设备牵引至作业区域；将轨道车和挂钩脱离，驱动小车下降到驱动轮接触钢轨面，开启驱动小车，通过驱动小车实现对平板车及其顶部的若干分隔间的运动精确控制；打开对开门，启动机器人，转动机械臂，使得搭载在机械臂上的激光发射头对准钢轨的轨顶面，驱动小车启动驱动电机，驱动平板车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，驱动小车上升直至驱动轮离开钢轨；轨道车与挂钩连接，牵引激光强化车离开作业区域。

用于钢轨激光强化的集装车体的两侧均设有限位杆，用于限制集装车体水平横向的移动，优选地，集装车体两侧的限位杆对称设置，从而保证受力均衡。限位杆包括轴座、转轴、伸缩外杆和伸缩内杆和限位筒，伸缩内杆套设在伸缩外杆内并与伸缩外杆连接成可伸缩的伸缩杆。

轴座固定在集装车体上，限位筒固定在平板车上并与轴座匹配，轴座上设有转轴，伸缩外杆中空其一端固定在转轴上，另一端套设有伸缩内杆，伸缩杆与转轴活动链接，如铰接，伸缩内杆插入伸缩外杆中可以进行拉长及收缩；拉长时，伸缩内杆插入限位筒实现集装车体的限位固定，收缩时，伸缩内杆收进伸缩外杆中，集装车体便可以在外部吊车的作用下与平板车分离。

优选地，所述限位杆还包括弹簧定位柱、限位把手，限位把手固定在伸缩内杆上，通过伸缩外杆上的槽道伸出限位系统外，用于限制伸缩内杆旋转和推拉，弹簧定位柱固定在伸缩内杆的沉槽中，其根部安装弹簧，当伸缩内杆拉出一段距离后弹簧定位柱可以通过伸缩外杆上的孔洞弹出，用于限制伸缩内杆上下移动，收回前将弹簧定位柱按回孔洞内既可解除伸缩内杆的上下限位。

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