[实用新型]一种在线式钢轨激光加工车

说明书

技术领域

本实用新型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领域。 

背景技术

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。 

中国实用新型专利文献“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，该设备采用高功率CO₂激光器作为光源，其光电转换效率相对较低，耗能大。CO₂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。该发明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，中国发明专利公开了“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。该发明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。