阅读说明：本技术 一种离线在线共享型集装式钢轨激光强化中心及作业方法 (Offline online shared container type steel rail laser strengthening center and operation method ) 是由 游鹏辉 许克亮 张琨 张�浩 殷勤 邱绍峰 周明翔 刘辉 喻岚 罗小华 于 2019-11-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种离线在线共享型集装式钢轨激光强化中心,其特征在于：包括箱体,所述箱体的底部设有可升降轮,可升降轮伸出状态下,所述激光强化中心可以通过可升降轮进行短距离移动,可升降轮收回状态下,所述激光强化中心可以整体通过铁路平板车或汽车转运至线上的铁路现场或线下的钢轨加工厂；还包括集成在箱体内的钢轨激光强化作业设备,包括用于激光强化的机器人。该激光强化中心所有的设备集成在集装箱内,通过下部安装的可升降轮可进行短距离的移动,也可以整体通过铁路平板车或汽车转运至铁路现场或另外的钢轨加工厂进行激光强化作业,具有组成简单、质量可控、光斑可调、可移动共享、成本低、离线/在线均可以开展作业的优点。(The invention discloses an off-line on-line shared container type steel rail laser strengthening center, which is characterized in that: the steel rail on-line laser strengthening device comprises a box body, wherein the bottom of the box body is provided with a lifting wheel, the laser strengthening center can move in short distance through the lifting wheel in the extending state of the lifting wheel, and the laser strengthening center can be integrally transferred to an on-line railway site or an off-line steel rail processing plant through a railway flat car or an automobile in the recovering state of the lifting wheel; the steel rail laser strengthening device is integrated in the box body, and comprises a robot for laser strengthening. All devices of the laser strengthening center are integrated in a container, can move in a short distance through lifting wheels arranged at the lower part, can be wholly transported to a railway site or other steel rail processing plants through a railway flat car or an automobile to carry out laser strengthening operation, and has the advantages of simple composition, controllable quality, adjustable light spots, movable sharing, low cost and off-line/on-line operation.)

一种离线在线共享型集装式钢轨激光强化中心及作业方法

技术领域

本发明属于钢轨激光强化领域，具体涉及一种离线在线共享型集装式钢轨激光强化中心。

背景技术

钢轨在服役过程中因轨面直接与车轮接触摩擦，会出现大量的磨损，需要进行打磨维修，以保持钢轨表面的硬度与平整度，磨损量过大后就需要全面更换新的钢轨，造成巨大的养护维修成本。

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法主要是淬火，即在钢轨生产过程中对钢轨进行整体淬火工艺处理。但此方法对钢轨整体进行淬火降低了钢轨的韧性，使用中易断裂；同时工艺复杂，不易控制淬火温度，无法有效控制淬火的均匀性，无法根据钢轨形状的变化而调整淬火面；并且此方法只能在工厂内进行操作，需要大量的配套设备，建设成本高，无法移动到现场或其它工厂进行操作；因此此方法实际中未能投入使用。

鉴于此，急需研发一种组成简单、质量可控、光斑可调、可移动共享、成本低、离线/在线均可以开展作业的钢轨强化设备及方法，以增加钢轨耐磨性，提高钢轨表面硬度，延长钢轨使用寿命。

现有专利ZL 200910060635公开了一种“一种超长焊接钢轨的生产方法和生产线”，该方法是在常规的超长焊接钢轨生产线工艺中加入激光表面强化处理工序，对钢轨进行表面强化处理，通过双激光头实现钢轨踏面、上圆角和侧面的强化处理，可以获得所需深度的点状、直线状、曲线状、网状或平面状的强韧化层。

但该方法所述的处理工艺分布固定在整条生产线上，设备分散，配套设备多，无法移动，更不可能移动到现场或其它工厂进行使用；同时其双激光头的作业范围小，只能对钢轨的上半部分进行强化；并且其只能按照设定好的光斑形状对钢轨进行强化处理，无法根据钢轨轨面的变化实时调节激光光斑大小进行变光斑强化处理；其次该方法只是预先设定强化参数，无法对轨面进行检测制定强化方案，更无法对强化的质量进行检测评估。

发明内容

针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本发明提供了一种离线在线共享型集装式钢轨激光强化中心，该激光强化中心所有的设备集成在集装箱内，通过下部安装的可升降轮可进行短距离的移动，也可以整体通过铁路平板车或汽车转运至铁路现场或另外的钢轨加工厂进行激光强化作业，具有组成简单、质量可控、光斑可调、可移动共享、成本低、离线/在线均可以开展作业的优点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种离线在线共享型集装式钢轨激光强化中心，包括箱体，所述箱体的底部设有可升降轮，可升降轮伸出状态下，所述激光强化中心可以通过可升降轮进行短距离移动，可升降轮收回状态下，所述激光强化中心可以整体通过铁路平板车或汽车转运至线上的铁路现场或线下的钢轨加工厂；

还包括集成在箱体内的钢轨激光强化作业设备，包括用于激光强化的机器人。

优选地，所述机器人具有机械臂，所述机械臂作业时伸出所述箱体之外，非作业时收回岁数箱体内；所述机械臂具有多个可转动关节，可进行三维运动，机械臂端部搭载有激光强化头，所述激光强化头可以设置多种形状的光斑对轨面进行强化，并且可以根据钢轨的轨面形状的变化实时调节光斑大小进行连续变光斑强化作业。

优选地，所述激光强化头上还搭载有图像识别传感器、温度传感器、湿度传感器；

所述图像识别传感器用于对钢轨表面情况进行识别分析，为制定强化参数方案提供数据支撑，以控制激光强化头始终对准钢轨轨顶面，实现寻迹运动；

所述温度传感器、湿度传感器用于对强化后的钢轨温度和湿度进行检测。

优选地，所述激光强化作业设备还包括发电机组、蓄电池、外部电源接口；所述发电机组、蓄电池用于自主发电及蓄电，所述外部电源接口用于连接外部电源；

线下强化作业时，通过外部电源接口连接外部电源为激光强化中心进行供电；

铁路线上作业时，在激光强化中心的非强化作业行走状态下，发电机组运行发电为整个激光强化中心的运行直接提供电能，并为蓄电池充电；在激光强化中心的强化作业行走时，发电机组停止运行，转由蓄电池为整个激光强化中心的运行提供电能。

优选地，所述箱体包括发电间、操作间、冷却间、光源间、作业间、线缆间在内的多个隔间；

不同的隔间之间通过分隔板分割开成独立的空间，隔间之间通过设置在分隔板上的车门进行连通。

优选地，所述发电间内设置发电机组、蓄电池、电气柜、外部电源接口；所述激光强化中心从所述发电机组、蓄电池、外部电源接口三者之一处获得供电，所述电气柜中安装控制发电机的硬件设备；

和/或，

所述操作间内设置操作台、第一空调室外机、第一空调室内机，操作台用于为机器人作业过程发送控制指令，第一空调室外机和第一空调室内机用于控制操作间内的温度以适宜人员在其中操作设备。

优选地，所述光源间内设置激光发生器、第二空调室外机、第二空调室内机，激光发生器用于产生钢轨强化作业时所需要的高能激光，第二空调室外机和第二空调室内机用于控制光源间内的温度以适宜人员在其中操作设备；

所述冷却间内设置水冷机，水冷机用于激光发生器工作时的循环制冷。

优选地，所述作业间内设置所述机器人、机器人电柜，作业间尾部设置对开门，作业时打开以便机器人伸出其机械臂，作业完成后关闭以便封闭作业间。

优选地，所述线缆间设置在所述发电间、操作间、冷却间、光源间、作业间的下方，所述发电间、操作间、冷却间、光源间、作业间中不同设备之间的连接线缆布置在所述线缆间内，所述线缆间的底板可以朝外打开，以方便人员在下部进行检修作业。

为实现上述目的，按照本发明的另一方面，还提供了一种如前所述的离线在线共享型集装式钢轨激光强化中心的作业方法，包括如下步骤：

(1)通过铁路平板车或汽车，将钢轨激光强化中心转运至线上的铁路现场或线下的钢轨加工厂的作业区域；

(2)启动蓄电池电源，为激光强化中心供电，设备预热；

(3)机器人启动，转动机器人的机械臂，旋转至激光强化中心外；

(4)通过机械臂上搭载的视觉传感器实时获取钢轨图像，对钢轨表面情况进行识别分析，制定强化方案；

(5)控制机器人搭载的激光强化头对准钢轨轨顶面进行定光斑或变光斑强化作业；

(6)通过机器人上搭载的温度传感器、湿度传感器对强化后的钢轨温度和湿度进行检测，以评估强化的质量；

(7)强化合格后，机器人转动机械臂收回作业间内；

(8)通过自身可升降轮、铁路平板车或汽车转移至另外一处作业区域，重复步骤(2)-(7)继续进行强化作业。

上述优选技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

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，具有以下有益效果：

1、所有设备集成在集装箱内，设备成本低，集成化程度高，可以通过自身的可升降轮进行短距离移动，也可以整体通过铁路平板车或汽车转运至铁路现场或另外的钢轨加工厂进行激光强化作业，铁路离线/在线均可开展作业，可随时随地移动共享。

2、其中的激光强化机器人可以进行三维运动，作业范围大，其搭载的激光强化头可以设置多种形状的光斑对轨面进行强化，并且可以根据钢轨的轨面形状的变化实时调节光斑大小进行连续变光斑强化作业，从而作业覆盖的钢轨类型更加广泛。

3、其中的机器人上搭载图像识别、温度、湿度传感器，可以对钢轨表面情况进行识别分析，为制定强化厚度等参数方案提供数据支撑，控制强化的质量；同时可以对强化后的钢轨温度和湿度进行检测，以评估强化的质量。

4、激光强化中心内设置发电机组、蓄电池、外部电源接口，可以自主发电及蓄电，也可以连接外部电源，线下强化作业时可以通过外部电源接口连接外部电源为激光强化中心进行供电；铁路线上作业时可以先通过发电机组进行发电，存储在蓄电池内，作业时关闭发电机组使用蓄电池为中心供电，减少振动对作业精度的不良影响，本发明的可供选择的供电方式多样，可以适应多种作业环境，应用场合更加广。

附图说明

图1是本发明实施例的离线在线共享型集装式钢轨激光强化中心的侧视示意图；

图2是本发明实施例的离线在线共享型集装式钢轨激光强化中心的俯视示意图；

图3是本发明实施例的离线在线共享型集装式钢轨激光强化中心作业时的示意图；

图4是本发明实施例的离线在线共享型集装式钢轨激光强化中心通过铁路平板车进行转运的示意图；

图5是本发明实施例的离线在线共享型集装式钢轨激光强化中心通过汽车进行转运的示意图；

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。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。

作为本发明的一种较佳实施方式，如图1-5所示，本发明的离线在线共享型集装式钢轨激光强化中心，主要构件包括由箱体1、发电机组2、电气柜3、第一分隔板4、第一空调室内机5、操作台6、第二分隔板7、水冷机8、第三分隔板9、第二空调室内机10、第四分隔板11、机器人12、对开门13、机器人电柜14、激光发生器15、第一空调室外机16、底板17、第一承载板18、可升降轮19、车门20、第二空调室外机21、工作台22等。

所述箱体1的底部四角设有可升降轮19，可升降轮19伸出状态下，所述激光强化中心可以通过可升降轮进行短距离移动，可升降轮收回状态下，所述激光强化中心可以整体通过铁路平板车24或汽车25转运至线上的铁路现场或线下的钢轨加工厂，如图4-5所示；箱体内集成有钢轨激光强化作业设备，包括用于激光强化的机器人12。

所述机器人12通过螺栓将底座固定在承载板上，其具有机械臂，所述机械臂作业时伸出所述箱体之外，非作业时收回岁数箱体内；所述机械臂具有多个可转动关节，可进行三维运动，作业范围大，机械臂端部搭载有激光强化头，所述激光强化头可以设置多种形状的光斑对轨面进行强化，并且可以根据钢轨的轨面形状的变化实时调节光斑大小进行连续变光斑强化作业，从而作业覆盖的钢轨类型更加广泛。

所述激光强化头上还搭载有图像识别传感器、温度传感器、湿度传感器；所述图像识别传感器用于对钢轨表面情况进行识别分析，为制定强化厚度等参数方案提供数据支撑，以控制激光强化头始终对准钢轨轨顶面，实现寻迹运动；所述温度传感器、湿度传感器用于对强化后的钢轨温度和湿度进行检测，以评估强化的质量，如图1、图2、图3。

所述激光强化作业设备还包括发电机组2、蓄电池、外部电源接口；所述发电机组、蓄电池用于自主发电及蓄电，所述外部电源接口用于连接外部电源；线下强化作业时，通过外部电源接口连接外部电源为激光强化中心进行供电；铁路线上作业时，在激光强化中心的非强化作业行走状态下，发电机组运行发电为整个激光强化中心的运行直接提供电能，并为蓄电池充电；在激光强化中心的强化作业行走时，发电机组停止运行，转由蓄电池为整个激光强化中心的运行提供电能。

如图1-2所示，所述箱体包括发电间、操作间、冷却间、光源间、作业间、线缆间在内的多个隔间；不同的隔间之间通过分隔板分割开成独立的空间，隔间之间通过设置在分隔板上的车门进行连通。分隔板由具有隔音、隔振效果的材料制作而成，四周包裹不锈钢板，通过焊接与箱体相连。

箱体与第一分隔板之间为发电间，发电间内设置1台发电机组、1台电气柜、1处外部电源接口，发电机组产生的电能供激光强化中心上的其他设备使用，电气柜中安装发电机控制所需的硬件设备，如图1、图2。

第二分隔板与第三分隔板之间为冷却间，冷却间内分布设置水冷机，水冷机负责激光发生器工作时的循环制冷，如图1、图2。

第三分隔板与第四分隔板之间为光源间，光源间内设置激光发生器、第二空调室外机、第二空调室内机，激光发生器用于产生钢轨强化作业时所需要的高能激光，第二空调室外机和第二空调室内机用于控制光源间内的温度以适宜人员在其中操作设备，如图1、图2。

第四分隔板与对开门之间为作业间，作业间的中间设置机器人，靠近分隔板设置机器人电柜，作业间尾部设置对开门，作业时打开以便机器人伸出机械臂，作业完成后关闭以便封闭作业间，防止异物进入影响设备性能，如图1、图2。

底板与承载板之间为线缆间，不同设备之间的连接线缆布置在线缆间内，底板可以朝外打开，以方便人员在下部进行检修作业。

本发明的离线在线共享型集装式钢轨激光强化中心的作业方法，包括如下步骤：

(1)通过铁路平板车或汽车，将钢轨激光强化中心转运至线上的铁路现场或线下的钢轨加工厂的作业区域；

(2)启动蓄电池电源，为激光强化中心供电，设备预热；

(3)对开门打开，机器人启动，转动机器人的机械臂，旋转至激光强化中心外；

(4)通过机械臂上搭载的视觉传感器实时获取钢轨图像，对钢轨表面情况进行识别分析，制定强化厚度等参数方案；

(5)控制机器人搭载的激光强化头对准钢轨轨顶面进行定光斑或变光斑强化作业；

(6)通过机器人上搭载的温度传感器、湿度传感器对强化后的钢轨温度和湿度进行检测，以评估强化的质量；

(7)强化合格后，机器人转动机械臂收回作业间内，对开门关闭；

(8)通过自身可升降轮、铁路平板车或汽车转移至另外一处作业区域，重复步骤(2)-(7)继续进行强化作业。

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，并不用以限制本发明，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。