具体实施方式

图1A-1B是根据本发明的说明性实施例的设置在轨道124上的卡车安装式水喷射轨道处理系统（移动切割单元或MCU）100的透视图。如示出的，MCU 100包括卡车104，所述卡车104能够是任何合适的（例如基于Volvo D13的）道路-轨道车辆。MCU 100还包括电力源108（例如185 kVA发电机）、流体供应112（例如一个或更多水容器）以及超高压水喷射系统116（例如如由海宝公司（Hypertherm, Inc）提供的Enduromax或Maxiem泵）。电力源108能够产生恒定且有规律的电力以便为水喷射系统116的水喷射切割部件（例如最小化压力尖峰（spikes）和下降（drops）的增强器和/或泵）提供电力。流体供应112能够包括承载切割液体的一个或更多储蓄器（例如具有至少1000升（诸如约4000升）的容量）并且能够被储存在一个或更多容器中，例如朝向卡车的中部聚集或为了更均匀的重量分布而在整个卡车上分散。切割液体可以是净化水、水喷射切割浆体或另一合适的混合物。水喷射系统116能够被配置成以超高压（例如约60000 PSI）来处理和/或切割。在一些应用中，系统100能够将研磨料（例如石榴石）与供应的流体混合，所述研磨料被提供到高压水喷流中以增强切割和/或处理操作。

水喷射系统116包括至少一个切割头（例如如以下示出和描述的）以处理轨道124。切割头可以经由柔性管子或软管连接到水喷射系统116的泵以导致在系统中的运动。在一些实施例中，水喷射系统116能够包括多个（例如六个）切割头。水喷射系统116还能够包括吊架、机器臂或其他定位机构以将水喷射切割头相对于（例如如以下示出和描述的）被维修的轨道124定向。水喷射系统116还能够包括CNC控制器（诸如由海宝公司提供的Edge^®连接系统）以定位切割头和/或控制其处理参数。因此，本发明能够包括容纳发电机、水喷射泵和/或增强器、切割头、切割液体、研磨料和控制器的平台，在移动时所有这些都完全可操作。

MCU 100包括轨道接合运动系统120，该轨道接合运动系统120能够与轨道124接合并且与轨道124维持机械接触。在操作之前，卡车104能够如其通常将会的那样行驶（例如如在图2中示出的，其中轨道接合运动系统200在分离位置中）以将其自身置位在轨道124上。系统120能够包括牵引切割头以去除和/或压碎任何存在的结节的结节去除工具。此结节去除工具可以是在定位机构300上的后轮（trailing wheel）的一部分或分开的附接件。在操作期间，轨道接合运动系统120能够降低到适当位置中并且抬起卡车104使得卡车轮胎128不维持与地面或轨道124的接触（例如如在图1A中示出的）。然后MCU 100能够利用轨道接合运动系统120沿着轨道124移动以在轨道处理操作（例如清洁或切割）期间在轨道附近移动。因此，MCU 100能够是自备的（self-contained）、功能齐全的且移动的水喷射切割系统。在一些实施例中，系统的一个或更多部件可以是移动的，即使它们不与轨道124直接接合。

图3是根据本发明的说明性实施例的在水喷射轨道移动切割单元（MCU）304之后在操作中被拖拽的水喷射轨道处理系统的定位机构300的透视图。定位机构300允许切割头沿着轨道308的大量的独立运动而不依赖于MCU 304自身的运动。在一些实施例中，定位机构300能够被包括在连接到MCU 304的牵引器（trailer）312（或可附接的汽车或其他合适的移动构件）内。牵引器312能够是控制切割头的运动的吊架类型机构。随着MCU 304向前牵拉（或推动）牵引器312，切割头处理经过的轨道308。在此配置中，在MCU 304在运动中的同时吊架能够移动切割头（例如将由MCU 304自身提供的运动增补到在轨道上的处理操作中）或允许系统被以逐个区段（section by section）的方式操作（例如在MCU 304静止时处理轨道308的区段）。

图4是根据本发明的说明性实施例的用于安装在两条轨道404A、404B上的水喷射轨道MCU的定位系统400的顶部视图。在操作中，（例如如以上示出和描绘的）移动卡车系统被定位在铁路路轨404A、404B上使得卡车可以沿着其处理的轨道404A、404B行驶。定位系统400包括至少一个切割头408，并且一旦被定位在轨道404A、404B上，切割头408就相对于要被处理的轨道404A、404B定向。发电机将电力供应到水喷射泵和/或增强器、控制机构和/或吊架以及CNC。增强器接收来自水储蓄器的水并且将水加压到超高压（例如高于20000psi），并且优选地加压到约60000 psi和/或在水喷射切割行业中已知的其他高压（例如约90000 psi）。加压的水通过管子416被引导到切割头408，在切割头408中水与研磨料（例如石榴石）混合。在水喷射412离开切割头408时，它切割或切削掉轨道404A的一部分。

图5是根据本发明的说明性实施例的在（经由液体喷射512）处理轨道508时附接到定位系统504的切割头500的透视图。定位机构504可以相对于定位机构504的框架提供切割头500的受控制的运动，将喷射以任何数量的模式和/或轮廓横跨和/或沿着轨道508移动。在一些实施例中，（如以上示出的）MCU的运动路径、定位机构504和/或切割头508相对于彼此变化或被控制，足以导致在轨道508上的期望的切割抛光面、形状和/或轮廓。在一些实施例中，定位机构504相对于它切割的轨道508控制切割头500。这样的特征可能是重要的因为轨道可能是不精确的并且能够在宽度上变化——例如它们可以不是完美地直的或可以仅足够直或足够良好定位以支撑列车。在另一实施例中，多个切割头被设置在定位机构504上并且相对于彼此移动以在轨道上产生多个轮廓或以在多于一个轨道上切割（例如如以下更详细地描述的）。

本发明能够提供传统液体喷射切割头的改进的定位和运动。典型的切割头在固定网（fixed grid）上（例如在x-y方向上）可移动，但是在本发明中，能够提供角度调整机构以移动液体喷射相对于轨道的角度。在本发明的情况下这样的机构能够具有明显的优点，因为期望的独特角度以及靠近于地面。例如在典型的液体喷射切割装备中，切割头多宽是不重要的，但是在本文中，存在更严格的几何约束。例如，切割头需要足够高地远离地面定位使得它不遇到在地面上的碎物，诸如石头或从路轨的基体向上升的螺钉——但是足够低以实际上接触轨道，并且是可调整的以以期望的角度接触轨道。在包括多个切割头的装备中对于切割头的可用空间变得特别紧，尤其如果它们被距地面低地定位时更是如此。对于这样的情况，本发明能够包括更窄的、更细的切割头。

图6是根据本发明的说明性实施例的处理轨道表面604的MCU 600的水喷射的示意图。如示出的，（例如具有表面不规则的）轨道608的小的条带能够被去除，在轨道表面604上留下干净的抛光面。在一些实施例中，本发明可以每小时处理超过500米的轨道。以此方式，水喷射的使用能够在研磨列车上提供显著的优点，所述研磨列车当起火危险高（诸如干燥条件）时以及在许多其他情况下被在隧道中、在化工厂附近禁止。更进一步地，用于货运列车的某种轨道是极硬的并且不能使用研磨列车重塑。水喷射实现这些轨道的修整、消除或推迟对于非常昂贵的更换的需要。在一些实施例中，本发明包括泵、高压水配送线和/或定位在移动框架上以搭载在轨道上或轨道上方的切割头。然后此平台被物理连接到固定式发电机或网或陆用电力（land power）或本地水供应。在（一个或更多）液体喷射翻新和/或重塑轨道（例如切割和/或去除轨道的部分）的处理操作期间，从喷嘴到路轨的距离在约0.1毫米和约39毫米之间变化；总体上在约0.1毫米和约13毫米的范围内；以及在一些实施例中优选地在约0.1毫米到约4毫米的范围内。在液体喷射切割头的喷嘴的尖端之间的距离能够基于被执行的处理操作而选择。在一些实施例中，优选的是选择尽可能小的距离以最小化在环境中的液体喷射喷流分散并且以在被处理轨道上具有紧凑的和准确的聚焦点和/或冲击点。

液体喷射其自身通常是圆形的，因为它从水喷射切割头的喷嘴喷出并且具有由液体喷射切割头的混合管和/或孔口控制的直径。在液体喷射从喷嘴尖端喷出时液体喷射的直径是在约0.005英寸到约0.120英寸的范围内；以及可选地在约0.0075英寸到约0.045英寸的范围内；以及可选地在约0.010英寸和0.025英寸之间的范围内。在一些实施例中，优选的范围是在约0.010英寸和0.016英寸之间。通常混合管是孔口的约三倍大，然而在一些实施例中它能够是约2倍大。液体喷射喷流的直径能够基于选择的过程被调整和/或选择。在轨道上的冲击点和/或聚焦点处的液体喷射喷流的横截面面积通常在约0.00002平方英寸到约0.06平方英寸的范围内；以及能够在从约0.00004平方英寸到约0.0016平方英寸的范围内；以及能够在从约0.00008平方英寸和0.0005平方英寸的范围内。在一些实施例中，该范围优选地在约0.00008平方英寸和0.0002平方英寸之间。

图7A是根据本发明的说明性实施例的处理轨道表面716的三个水喷射切割头704、708、712的侧视图。在此图中，水喷射切割头704提供第一水喷射720，该第一水喷射720相对于地面以第一角度冲击在轨道表面716上。在系统在左到右方向上平移时，第二水喷射切割头708经过基本上如刚刚由第一水喷射720接触的相同的处理区域，所述第二水喷射切割头708提供第二水喷射724，该第二水喷射724相对于地面以第二角度冲击在轨道表面716上。由于在相对于轨道表面716的定位和角度上的不同第二水喷射724去除附加的轨道材料。第三水喷射切割头712提供第三水喷射728，所述第三水喷射728相对于地面以第三角度冲击在轨道716上，由于在定位和角度上的不同第三水喷射728再次去除附加的轨道材料。能够在图7B中看到冲击的细节，图7B是图7A的三个水喷射切割头704、708、712的正视图。图7C是根据本发明的说明性实施例的已经接受处理操作（例如通过以上示出和描述的水喷射）的轨道750的图示。处理的轨道750包括抛光的内部边缘754，该抛光的内部边缘754与未抛光的外部边缘758相比能够具有减小的高度和/或宽度，并且能够具有平滑的、崭新的外观，免于磨损和破裂，诸如氧化和表面弯折（dings）。以下在图11A-11B和图12A-12G中示出用于多个切割头的可能的切割几何形状的进一步的细节。

图8是根据本发明的说明性实施例的操作超高压液体喷射系统的方法800的流程图。在第一步骤802中，相对于轨道定位可平移框架，所述可平移框架具有流体连接到超高压液体泵的液体喷射处理头。在第二步骤804中，提供液体喷射处理头，经由超高压液体泵，加压流体形成接触轨道的液体喷射。在第三步骤806中，液体喷射处理头相对于轨道平移，由此沿着轨道的平移的方向在轨道的线性长度上执行处理操作（例如定形、翻新或去除一轨道部分）。

图9A是根据本发明的说明性实施例的用于具有两个带有直喷嘴的切割头908、912的液体喷射材料处理系统的弯曲喷射喷嘴904（统称为一种“弯曲喷射喷嘴”）的图示。切割头908提供以由第一矢量v₁示出的速度离开的第一水喷射916，而切割头912提供以由第二矢量v₂示出的速度离开的第二水喷射920。第一水喷射916与第二水喷射920以角度924相交，以形成具有由第三矢量v₁₂示出的复合速度的第三水喷射928。第三矢量v₁₂能够具有基于v₁和v₂的分量，这致使第三水喷射928呈现不同的轨迹。第三水喷射928能够在接触点或表面936处接触轨道932。该接触能够使得实现“较轻的接触”以及创建擦亮的（buffed）、磨光的（polished）或抛光的边缘，而不是具有锯齿的边缘或歪斜的边缘。例如，随着流体以液体喷射的形式离开切割头908、912，它会变得受一些环境因素包括空气阻力、湍流等（其能够作为总体具有对在较硬边缘上进行平滑化的总效果（net effect））影响。在流体喷射从切割头908、912出来并且远离切割头908、912行进更大距离时，这些因素能够增加。切割头908、912能够被安装到将它们保持在适当位置中的框架940。喷射能够具有许多形状，例如线形的、曲线形的、扇形的或凸出的扇形（bulging fan）的形状，如以下在图10A-C中示出的。

图9B是根据本发明的说明性实施例的用于具有一个直喷嘴958和一个弯曲喷嘴962的液体喷射材料处理系统的另一弯曲喷射喷嘴954的图示。切割头958提供以由第一矢量v₃示出的速度离开的第一水喷射966，而切割头962提供以由第二矢量v₄示出的速度离开的第二水喷射970。第一水喷射966与第二水喷射970以角度974相交以形成具有由第三矢量v₃₄示出的复合速度的第三水喷射978。复合速度矢量v₃₄能够具有基于v₃和v₄的分量，这致使第三水喷射978呈现不同的轨迹，例如如以上在图9A中示出的。第三水喷射978能够在接触点或表面986处接触轨道982。如以上一样，该接触能够使得实现“较轻的接触”以及创建擦亮的、磨光的或抛光的边缘，而不是具有锯齿的边缘或歪斜的边缘。在一些实施例中，“弯曲”水喷射喷嘴以弯曲方式重定向水喷射，以便达到轨道的多个表面（例如轨道的侧表面或下表面）或以特定角度在工件上冲击。此配置能够降低或消除来自处理的碎屑和/或提供在斜部（beveling）上的大得多的控制。切割头958、962能够被安装到将它们保持在适当位置中和/或关于轨道982操纵它们的框架990。一个或更多切割头（例如962）能够被弯曲以允许更重要和准确定位以及以避免更大型的直切割头与彼此空间干涉的问题。喷射能够具有许多形状，例如线形的、曲线形的或扇形的形状。在一个实施例中，水喷射是基本上圆形的并且径向对称（例如不是扁平喷射喷洒）。

图10A-10C是根据本发明的说明性实施例的从不同液体喷射切割头喷嘴喷出的液体的若干流体流动轮廓的图示。如能够在图10A中看到的，沿（flow down）直喷嘴的左侧流动的流体将具有等于或大约等于沿右侧流动的流体的速度，使得v₁=v₂，并且流体将初始以直喷流喷出（因为横跨喷流的外部空气阻力将是大致均衡的）并且将逐渐耗散。然而，在弯曲喷嘴中，沿左侧流动的流体能够具有比沿右侧流动的流体更小的速度，因为在右侧上的流体在其行进期间对着（subtend）更大的弧度。在此情况下，v₂能够大于v₁，并且能够在流体离开喷嘴时遇到的外部力（例如空气阻力）上存在不对称。作为结果，能够喷出“扇形”喷流，诸如在图10B中示出的。在一些示例中，在图10A或图10B中的流动轮廓能够从侧部看呈线形，如在图10C的左侧示出的（流动轮廓（1）），但是在喷嘴的几何形状上的局部变形还能够致使轮廓凸出，如在图10C的右侧示出的（流动轮廓（2））。

图11A-11B是根据本发明的说明性实施例的通过一个或更多液体喷射的若干几何的轨道切割方案的横截面图示。图11A示出第一轨道1104，该第一轨道1104被用三次切割分割，首先去除区段1108、其次去除区段1112以及再次去除区段1116。在一些实施例中，空气阻力、湍流以及其他影响可以具有“平滑”掉这些硬线的总效果，如以上描述的。因此，连续切割能够有助于总体更平滑的抛光面。图11B示出第二轨道1140，其同样通过三个喷射1150、1152、1554分割成三段，例如首先区段1160、其次区段1162以及再次区段1164。

图12A-12G是根据本发明的说明性实施例的用于一个或更多轨道处理液体喷射的若干翻新、重塑和/或切割配置的图示。在图12A中，轨道1202（以横截面示出）从第一切割头1204接收用于研磨操作的呈第一角度的喷流1206。在图12B-12C中，相同的轨道（示出为在按时间的不同点处的1212、1222）从第二切割头和第三切割头1214、1224分别接收分别用于类似操作的呈第二和第三角度的第二和第三喷流1216、1226。在图12D-12F中，轨道1232（还示出为在按时间的不同点处的1242、1252）从切割头1234、1244、1254接收液体喷射1236、1246、1256并且去除轨道区段1238、1248、1258。在图12G中，相同的轨道1260从切割头1262A、1262B、1262C接收液体喷射1264A、1264B、1264C，该液体喷射1264A、1264B、1264C与轨道相交以用于翻新操作并且每个都以喷洒形式分散。

这些配置是示例性的并且说明了通过本发明能够实现的广泛种类的切割和研磨操作。在一些实施例中，本发明能够用于翻新和/或整修。例如在翻新操作中，多个喷嘴可以被纵向地、垂直于轨道或以关于轨道的另一角度定位。在一些实施例中，为了去除材料，喷嘴靠近于轨道定位（例如因此喷流速度是高的并且不那么被诸如空气阻力的耗散力影响）。在一些实施例中，在抛光操作中，喷嘴进一步远离于轨道定位。在一些实施例中，冲击的角度能够取决于在冲击时所需的力，其能够继而取决于要被实现的操作（例如，严重的损伤可以保证与较轻的损伤不同角度）。在整修操作中，为了将不期望的层从轨道去除下来，一个或更多喷嘴能够相对于轨道纵向定位，例如如在图12G中。如同MCU的速度能够变化一样，使用的研磨料的量能够变化。在一些实施例中，为了去除非常厚且硬的层，MCU能够以小于1mph（例如0.1-0.5 mph）行进。对于较不固着的层，MCU能够更快行进，例如高达25 mph。

尽管已经参考具体的优选实施例特别地示出和描绘了本发明，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离如由以下权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下，在此可以在形式上和细节上进行各种改变。