CN110843820A - 一种钢轨激光强化或维修用多功能平板车及其作业方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢轨激光强化或维修用多功能平板车，包括车架以及设置在车架下的非动力轮，设置在车架上的对接装置和升降式的驱动轮；为各种不同种类的钢轨维修工艺设备构造了多功能的平板车，其升降式驱动轮具有恒低速、自重增加驱动轮摩擦力、液压驱动平稳度高等特点，为钢轨维修作业提供特定驱动，同时可以利用轨道车由非动力轮走行快速牵引转移，可以满足多种工艺设备的承载要求，根据天窗期、作业区域的工艺需要，可安装对应的某一种集装车体模块，快速组装出动作业，前期标准模块化制造成本低，后期在线组装使用方便；更可以同时集成两种以上的集装车体模块，一次出动即可完成两个以上的作业工艺和环节，维修效率高、质量好。
Description
技术领域
本发明属于钢轨在线维修领域，具体涉及一种钢轨激光强化或维修用多功能平板车及其作业方法。
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，钢轨维修主要使用如下工艺及相应的设备：
激光淬火：采用激光为热源将待加工区域加热，使之发生奥氏体化，而不是熔化，激光束移开后，由于钢材基体的热导作用，使得激光加热区以快于其临界淬火速度的冷却速度冷却，使奥氏体化区域转变成马氏体的工艺过程。
打磨：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。
激光强化：激光冲击强化(Laser Shocking Peening,LSP)技术，也称激光喷丸技术。是通过高功率密度(GW/cm量级)、短脉冲(10～30ns量级)的激光通过透明约束层作用于金属表面所涂覆的能量吸收涂层时，涂层吸收激光能量迅速气化并几乎同时形成大量稠密的高温(>10K)、高压(>1GPa)等离子体。该等离子体继续吸收激光能量急剧升温膨胀，然后爆炸形成高强度冲击波作用于金属表面。当冲击波的峰值压力超过材料的动态屈服强度时，材料发生塑性变形并在表层产生垂直于材料表面的压应力。激光作用结束后，由于冲击区域周围材料的反作用，其力学效应表现为材料表面获得较高的残余压应力。残余压应力会降低交变载荷中的拉应力水平，使平均应力水平下降，从而提高疲劳裂纹萌生寿命。同时残余压应力的存在，可引起裂纹的闭合效应，从而有效降低疲劳裂纹扩展的驱动力，延长疲劳裂纹扩展寿命。
激光熔覆：采用激光为热源将添加的合金粉末和部分基体一起熔化，使待加工区域表面成分发生改变，形成以添加合金粉末为主的熔覆层。这实际上合金粉末在激光作用下经历一个粉末熔化成液态、再凝固成固态覆层的工艺过程。
激光熔凝淬火：采用激光为热源将待加工区域加热，使表面部分发生熔化，由固态转变成液态，次表层温度介于熔点和奥氏体化温度之间，称之为热影响区。随后，激光熔池和热影响区在基板热导作用下快速冷却到室温，表面熔化区域发生凝固及固态相变过程，形成细针状马氏体组织。次表层的热影响区发生淬火过程，形成针状马氏体组织。
激光固溶时效：针对加热冷却过程中不发生相变的金属，采用激光为热源，通过对基板表面进行辐照，使其表面组织发生固溶处理，使得金属中的难熔化合物融入激光作用下的高温区域。激光束移开后，形成过饱和固溶体。然后，将材料在较低温度下长时间回火(专业上称之为时效处理)，使得化合物从固溶体中弥散析出，从而实现这类材料的表面强化。
但是，每一种钢轨维修工艺都都需要配备各自的作业设备，型号各异，且作业车通常是整体式，即车体和车上设备是一个不可拆卸的整体，制造和使用成本高，分属不同的作业团队，管理难度大，作业车都是各自单独出动作业，在有限的天窗期内，一次出动作业通常只能进行一种工艺维修，效率低下。
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，本发明提供了一种钢轨激光强化或维修用多功能平板车，摒弃了整体式的设计理念，为各种不同种类的钢轨维修工艺设备构造了多功能的平板车，其升降式驱动轮具有恒低速、自重增加驱动轮摩擦力、液压驱动平稳度高等特点，为钢轨维修作业提供特定驱动，同时可以利用轨道车由非动力轮走行快速牵引转移，可以满足打磨、激光强化、激光熔覆、激光熔凝淬火、激光固溶时效等多种工艺设备的承载要求，根据天窗期、作业区域的工艺需要，可安装对应的某一种集装车体模块，快速组装出动作业，前期标准模块化制造成本低，后期在线组装使用方便；更可以同时集成两种以上的集装车体模块，一次出动即可完成两个以上的作业工艺和环节，维修效率高、质量好，避免了分次作业运行列车对前次作业造成的破坏。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种钢轨激光强化或维修用多功能平板车，其中：所述多功能平板车包括车架以及设置在所述车架下的非动力轮，设置在所述车架上的对接装置和设置在所述车架下的升降式的驱动轮；
线上钢轨维修作业时，多种不同类型的钢轨维修的集装车体通过所述对接装置单独或联合安装在所述车架上，且通过所述对接装置可更换其他类型的钢轨维修的集装车体；非作业状态时，所述多功能平板车与所述集装车体拆解分离。
优选地，所述不同类型的集装车体包括钢轨激光淬火集装车体、钢轨打磨集装车体、钢轨激光强化集装车体、钢轨激光熔覆集装车体、钢轨激光熔凝淬火集装车体、钢轨激光固溶时效集装车体。
优选地，所述车架前后端均设有挂钩，用于与外部轨道车连接，由外部轨道车将所述多功能平板车牵引至作业区域。
优选地，所述车架下设置的升降式的驱动轮，在所述外部轨道车牵引所述多功能平板车的过程中，所述驱动轮为升起状态并且由锁闭机构进行锁闭；在作业区域作业时，所述驱动轮通过伸缩液压缸下降落到钢轨上，利用车体自身重力压在钢轨上以增加驱动摩擦力；驱动轮采用液压驱动电机，通过车载液压站为其输送油液，以获得平稳、恒定的速度输出，作为所述多功能平板车的自驱动动力源。
优选地，所述升降式的驱动轮位于所述车架的中部、两个非动力轮之间。
优选地，所述升降式的驱动轮位于所述车架的前后两端、非动力轮的外端。
优选地，所述车架与所述集装车体之间预留有电气接口，所述车架与所述集装车体安装完毕后通过连接电气接口实现多功能平板车、集装车体之间的能量及信息连通。
优选地，所述集装车体的能源为所述升降式的驱动轮提供升降动力和行走动力。
为实现上述目的，按照本发明的另一方面，还提供了一种钢轨激光强化或维修用多功能平板车的作业方法，包括如下步骤：
S1、将集装车体运输至作业区域，通过外部轨道车将多功能平板车牵引至作业区域；
S2、将集装车体安装到多功能平板车上；
S3、通过外部轨道车将安装有集装车体的多功能平板车的作业整体牵引至指定的作业区域后，轨道车与多功能平板车分离，多功能平板车的驱动轮下降到接触钢轨轨面；
S4、驱动轮驱动作业整体行走，集装车体内的作业设备对钢轨进行在线维修；
S5、作业完成后，驱动轮上升脱离钢轨；
S6、集装车体从多功能平板车上分离被运走，外部轨道车连接多功能平板车，牵引其离开。
优选地，在步骤S2中，多功能平板车上同时安装有至少两种不同类型的集装车体；
和/或，在步骤S6中，先卸载其中一个类型的集装车体，更换另一种类型的集装车体，然后重复步骤S3-S6。
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、本发明的钢轨激光强化或维修用多功能平板车，摒弃了整体式的设计理念，为各种不同种类的钢轨维修工艺设备构造了多功能的平板车，可以满足激光淬火、打磨、激光强化、激光熔覆、激光熔凝淬火、激光固溶时效等多种工艺设备的承载要求，根据天窗期、作业区域的工艺需要，可安装对应的某一种集装车体模块，快速组装出动作业，前期标准模块化制造成本低，后期在线组装使用方便；更可以同时集成两种以上的集装车体模块，一次出动即可完成两个以上的作业工艺和环节，维修效率高、质量好，避免了分次作业运行列车对前次作业造成的破坏。
2、本发明的钢轨激光强化或维修用多功能平板车，平板车、集装车体为相互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，对平板车的改装量较小，可以大大缩短制造工期。
3、本发明的钢轨激光强化或维修用多功能平板车，采用升降式的驱动轮，集装车体内安装有发电机及蓄电池组，平板车的驱动轮和集装车体内的各种设备供电，非作业状态时时发电机运作直接供电，作业状态时发电机停机蓄电池供电，通过双动力供电方式，避免内燃电机振动对车辆速度控制以及强化头抖动的不良影响。
附图说明
图1是本发明实施例的钢轨激光强化或维修用多功能平板车的示意图；
图2是本发明实施例的钢轨激光强化或维修用多功能平板车与集装车体对接示意图；
图3是本发明实施例的钢轨激光强化或维修用多功能平板车安装钢轨激光淬火集装车体的示意图；
图4是本发明实施例的钢轨激光强化或维修用多功能平板车安装钢轨打磨集装车体的示意图；
图5是本发明实施例的钢轨激光强化或维修用多功能平板车安装钢轨激光强化集装车体的示意图；
图6是本发明实施例的钢轨激光强化或维修用多功能平板车安装钢轨激光熔覆集装车体的示意图；
图7是本发明实施例的钢轨激光强化或维修用多功能平板车安装钢轨激光熔凝淬火集装车体的示意图；
图8是本发明实施例的钢轨激光强化或维修用多功能平板车安装钢轨激光固溶时效集装车体的示意图；
图9是本发明实施例的钢轨激光强化或维修用多功能平板车安装钢轨打磨集装车体和钢轨激光熔覆集装车体的示意图；
图10是本发明实施例的钢轨激光强化或维修用多功能平板车的作业流程示意图。
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1-9所示，本发明提供一种钢轨激光强化或维修用多功能平板车，其中：所述多功能平板车1包括车架11以及设置在所述车架11下的非动力轮12和驱动轮13，设置在所述车架11上的对接装置14。
线上钢轨维修作业时，多种不同类型的钢轨维修的集装车体2通过所述对接装置14单独或联合安装在所述车架11上(多功能平板车1与集装车体2相互独立)，且通过所述对接装置14可更换其他类型的钢轨维修的集装车体2；非作业状态时，所述多功能平板车1与所述集装车体2拆解分离。
所述不同类型的集装车体2包括钢轨激光淬火集装车体21、钢轨打磨集装车体22、钢轨激光强化集装车体23、钢轨激光熔覆集装车体24、钢轨激光熔凝淬火集装车体25、钢轨激光固溶时效集装车体26，它们分别安装在多功能平板车上的示意图如图3-8所示。所述对接装置14包括一组三个相互垂直方向的限位杆，对所述集装车体2的四角进行固定。
所述车架11前后端均设有挂钩15，用于与外部轨道车连接，由外部轨道车将所述多功能平板车1牵引至作业区域。
所述车架11下设置有升降式的驱动轮13，在所述外部轨道车牵引所述多功能平板车1的过程中，所述驱动轮13为升起状态并且由锁闭机构进行锁闭；在作业区域作业时，所述驱动轮13通过伸缩液压缸下降落到钢轨上，利用车体自身重力压在钢轨上以增加驱动摩擦力；驱动轮13采用液压驱动电机，通过车载液压站为其输送油液，以获得平稳、恒定的速度输出，作为所述多功能平板车1的自驱动动力源。
所述升降式的驱动轮13位于所述车架11的中部、两个非动力轮12之间。或者，所述升降式的驱动轮13位于所述车架11的前后两端、非动力轮12的外端。
所述车架11与所述集装车体2之间预留有电气接口，所述车架11与所述集装车体2安装完毕后通过连接电气接口实现多功能平板车1、集装车体2之间的能量及信息连通。本发明的钢轨激光强化或维修用多功能平板车，平板车、集装车体为相互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，对平板车的改装量较小，可以大大缩短制造工期。
集装车体2内安装有发电机及蓄电池组，为所述升降式的驱动轮13提供升降动力和行走动力，也为集装车体内的各种设备供电，非作业状态时时发电机运作直接供电，作业状态时发电机停机蓄电池供电，通过双动力供电方式，避免内燃电机振动对车辆速度控制以及强化头抖动的不良影响。
本发明的钢轨激光强化或维修用多功能平板车，摒弃了整体式的设计理念，为各种不同种类的钢轨维修工艺设备构造了多功能的平板车，可以满足激光淬火、打磨、激光强化、激光熔覆、激光熔凝淬火、激光固溶时效等多种工艺设备的承载要求，根据天窗期、作业区域的工艺需要，可安装对应的某一种集装车体模块，快速组装出动作业，前期标准模块化制造成本低，后期在线组装使用方便；更可以同时集成两种以上的集装车体模块，例如图9示出的多功能平板车同时集成安装钢轨打磨集装车体和钢轨激光熔覆集装车体，一次出动即可完成两个以上的作业工艺和环节，例如先进行打磨，再进行激光熔覆，维修效率高、质量好，避免了分次作业运行列车对前次作业造成的破坏。
如图10所示，本发明的钢轨激光强化或维修用多功能平板车的作业方法，包括如下步骤：
S1、将集装车体2通过汽车运输至作业区域，通过外部轨道车将多功能平板车1牵引至作业区域；
S2、将集装车体2吊装并安装到多功能平板车1上；
S3、通过外部轨道车将安装有集装车体2的多功能平板车1的作业整体牵引至指定的作业区域后，轨道车与多功能平板车1分离，多功能平板车1的驱动轮13下降到接触钢轨轨面；
S4、驱动轮13驱动作业整体行走，集装车体2内的作业设备对钢轨进行在线维修；
S5、作业完成后，驱动轮13上升脱离钢轨；
S6、集装车体2从多功能平板车1上分离被运走，外部轨道车连接多功能平板车1，牵引其离开。
优选地，在步骤S2中，多功能平板车1上同时安装有至少两种不同类型的集装车体2；
和/或，在步骤S6中，先卸载其中一个类型的集装车体，更换另一种类型的集装车体2，然后重复步骤S3-S6。
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。
Claims (10)
1.一种钢轨激光强化或维修用多功能平板车，其特征在于：所述多功能平板车(1)包括车架(11)以及设置在所述车架(11)下的非动力轮(12)，设置在所述车架(11)上的对接装置(14)和设置在所述车架(11)下的升降式的驱动轮(13)；
线上钢轨维修作业时，多种不同类型的钢轨维修的集装车体(2)通过所述对接装置(14)单独或联合安装在所述车架(11)上，且通过所述对接装置(14)可更换其他类型的钢轨维修的集装车体(2)；非作业状态时，所述多功能平板车(1)与所述集装车体(2)拆解分离。
2.如权利要求1所述的钢轨激光强化或维修用多功能平板车，其特征在于：
所述不同类型的集装车体(2)包括钢轨激光淬火集装车体(21)、钢轨打磨集装车体(22)、钢轨激光强化集装车体(23)、钢轨激光熔覆集装车体(24)、钢轨激光熔凝淬火集装车体(25)、钢轨激光固溶时效集装车体(26)。
3.如权利要求2所述的钢轨激光强化或维修用多功能平板车，其特征在于：
所述车架(11)前后端均设有挂钩(15)，用于与外部轨道车连接，由外部轨道车将所述多功能平板车(1)牵引至作业区域。
4.如权利要求3所述的钢轨激光强化或维修用多功能平板车，其特征在于：
所述外部轨道车牵引所述多功能平板车(1)的过程中，所述驱动轮(13)为升起状态并且由锁闭机构进行锁闭；在作业区域作业时，所述驱动轮(13)通过伸缩液压缸下降落到钢轨上，利用车体自身重力压在钢轨上以增加驱动摩擦力；驱动轮(13)采用液压驱动电机，通过车载液压站为其输送油液，以获得平稳、恒定的速度输出，作为所述多功能平板车(1)的自驱动动力源。
5.如权利要求4所述的钢轨激光强化或维修用多功能平板车，其特征在于：
所述升降式的驱动轮(13)位于所述车架(11)的中部、两个非动力轮(12)之间。
6.如权利要求4所述的钢轨激光强化或维修用多功能平板车，其特征在于：
所述升降式的驱动轮(13)位于所述车架(11)的前后两端、非动力轮(12)的外端。
7.如权利要求4所述的钢轨激光强化或维修用多功能平板车，其特征在于：
所述车架(11)与所述集装车体(2)之间预留有电气接口，所述车架(11)与所述集装车体(2)安装完毕后通过连接电气接口实现多功能平板车(1)、集装车体(2)之间的能量及信息连通。
8.如权利要求7所述的钢轨激光强化或维修用多功能平板车，其特征在于：
所述集装车体(2)的能源为所述升降式的驱动轮(13)提供升降动力和行走动力。
9.一种如权利要求4-8任一项所述的钢轨激光强化或维修用多功能平板车的作业方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将集装车体(2)运输至作业区域，通过外部轨道车将多功能平板车(1)牵引至作业区域；
S2、将集装车体(2)安装到多功能平板车(1)上；
S3、通过外部轨道车将安装有集装车体(2)的多功能平板车(1)的作业整体牵引至指定的作业区域后，轨道车与多功能平板车(1)分离，多功能平板车(1)的驱动轮(13)下降到接触钢轨轨面；
S4、驱动轮(13)驱动作业整体行走，集装车体(2)内的作业设备对钢轨进行在线维修；
S5、作业完成后，驱动轮(13)上升脱离钢轨；
S6、集装车体(2)从多功能平板车(1)上分离被运走，外部轨道车连接多功能平板车(1)，牵引其离开。
10.一种如权利要求9所述的钢轨激光强化或维修用多功能平板车的作业方法，其特征在于：
在步骤S2中，多功能平板车(1)上同时安装有至少两种不同类型的集装车体(2)；
和/或，在步骤S6中，先卸载其中一个类型的集装车体，更换另一种类型的集装车体(2)，然后重复步骤S3-S6。
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