CN110846957A - 一种远程控制钢轨激光强化车及其远程控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种远程控制钢轨激光强化车，其中：包括平板车、第一集装车体、第二集装车体，三者相互独立；钢轨激光强化车受远程控制系统控制；远程控制系统的硬件包括远程指挥调度平台、远程5G基站、车载5G基站、车载控制平台。本发明通过5G网络与远程指挥调度平台进行无线通信，可将大量的现场图像、速度、位置、钢轨状态数据实时传输给远程指挥调度平台进行分析处理，用于控制决策指令下达的数据依据，保障远程控制的可靠性；可基于北斗/GPS进行双模式长距离定位，利用强化车自身的位置传感器实现地下环境中短距离的准确定位，保障激光强化作业区域的准确性；通过本发明可实现钢轨状态检测、恒低速走行、激光强化作业等全过程的远程精确控制。

Description

一种远程控制钢轨激光强化车及其远程控制方法

技术领域

本发明属于钢轨激光强化领域，具体涉及一种远程控制钢轨激光强化车及其远程控制方法。

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，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，采用中频加热+喷风/雾冷冷却的方法进行淬火，但也会存在风、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。

高铁、城际、市域铁路维修作业时间一般在夜间，且一处维修机构需要负责多条线路的维修工作，任务量大，人员紧张，对工作人员的技术水品要求高，钢轨打磨过程中产生大量的灰尘对人体伤害大，钢轨强化作业过程精细，操作人员难以长时间高质高效的工作。

鉴于此，急需研发一种全新的远程控制的钢轨强化设备及方法，以保障钢轨及时维修，增加钢轨耐磨性，提高钢轨表面硬度，延长钢轨使用寿命，减小人工作业时间。

上述第一种钢轨延长使用寿命的方法，目前技术已经成熟，工序完备，并且已在钢轨生产中得到广泛应用，虽然有缺点，但其优点也很明显，在线下钢轨生产中占据重要位置。而目前在线上，除上述打磨修型设备及方法外，还没有成熟的、直接可以在线上进行现场作业的钢轨强化设备或方法。现有专利ZL 02100096.4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，该维修列车有人驾驶，车辆速度的人为控制精度较低，对驾驶人员的技术水平要求高，而且铁路轨道车采用的是柴油电机，其运行速度不稳定，并且会产生巨大的振动，不利于激光强化作业的精度，无法调整激光头以对准轨头，无法保障强化的准确度。

目前，在使用激光直接对钢轨进行加热淬火方面的研究较少，在该方面相关的设备研发也较少。现有专利ZL 201010114198.8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，该装置能源供应不足，续航能力弱，无法长时间作业，并且需要人员现场操作，无法实现远程控制。

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，本发明提供了一种远程控制钢轨激光强化车，通过5G网络与远程指挥调度平台进行无线通信，可以将大量的现场图像、速度、位置、钢轨状态数据实时传输给远程指挥调度平台进行分析处理，用于控制决策指令下达的数据依据，保障远程控制的可靠性；可以基于北斗/GPS进行双模式长距离定位，利用强化车自身的位置传感器实现地下环境中短距离的准确定位，保障激光强化作业区域的准确性；通过本发明可以实现钢轨状态检测、恒低速走行、激光强化作业等全过程的远程精确控制，减小工作人员在闷热、潮湿、灰尘、黑暗环境中的作业量；提高钢轨强化的质量与效率。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种远程控制钢轨激光强化车，其中：包括平板车、第一集装车体、第二集装车体，三者相互独立；

所述第一集装车体和第二集装车体均可拆卸地安装在所述平板车上；所述平板车用于承载走行，所述第一集装车体用于提供能源，所述第二集装车体用于强化作业；

所述钢轨激光强化车受远程控制系统控制；所述远程控制系统的硬件包括远程指挥调度平台、远程5G基站、车载5G基站、车载控制平台；其中所述车载控制平台与所述车载5G基站均设置在所述第一集装车体中，并通过过通信光缆连接，所述车载5G基站、所述远程5G基站与所述远程指挥调度平台依次通过向下兼容的5G无线网络相连，所述远程指挥调度平台发送的指令经5G无线网络快速传输到所述车载控制平台，所述车载控制平台用于将指令翻译后发送给下游设备；所述钢轨激光强化车借助5G网络将现场图像、强化车速度、强化车位置、钢轨状态数据实时传输给远程指挥调度平台进行分析处理，作为控制决策指令下达的数据依据。

优选地，所述第一集装车体内设有发电机及蓄电池组；所述平板车下方设有升降式的驱动小车；所述第二集装车体内设有液压站，所述液压站为所述驱动小车的上升下降及其驱动电机提供液压动力；

所述平板车是有外部轨道车牵引至作业区域，牵引过程中所述驱动小车为升起状态；在作业区域，所述驱动小车下降落到钢轨上；在激光强化车非强化作业行走时，发电机运行发电为包括驱动小车在内的整个激光强化车的运行直接提供电能，并为蓄电池组充电；在激光强化车强化作业行走时，发电机停止运行，转由蓄电池组为包括驱动小车在内的整个激光强化车的运行提供电能。

优选地，所述远程控制钢轨激光强化车还包括恒低速控制系统；

所述恒低速控制系统的硬件包括转速传感器、位置传感器、中央控制器；

所述转速传感器、位置传感器设置在所述驱动小车的驱动轮上，并与位于所述第一集装车体内的所述中央控制器相连接，实时将监测到的车轮转速和位置信息传输给所述中央控制器，用于地下环境中短距离的准确定位；

所述远程控制钢轨激光强化车具有卫星定位接口，连接北斗/GPS模块，进行双模式长距离定位，保障激光强化作业区域的准确性。

优选地，所述恒低速控制系统的硬件还包括电流调节器、泵阀电机、液力电机；所述驱动小车的所述驱动电机为所述液力电机；

所述液压站中安装有所述电流调节器和泵阀电机，所述电流调节器和泵阀电机与位于所述第一集装车体的车载控制平台内的所述中央控制器相连接，所述电流调节器用于调节所述液压站的输入电流大小，进而调节其中液压泵的转速，实现油液的循环速度控制；所述泵阀电机用于调节所述液压站输出和输入油管的通道大小，进行实现液压站输出和输入油液的流量控制；通过油液速度和流量的调节实现液力电机的精准速度控制。

优选地，所述平板车、第一集装车体、第二集装车体三者之间预留有电气接口，第一集装车体和第二集装车体通过限位柱及限位杆实现在平板车上的安装与固定，安装完毕后通过连接电气接口实现平板车、第一集装车体、第二集装车体三者之间的能量及信息连通。

优选地，所述第二集装车体的尾部安装有机器人，所述机器人具有多个可转动的关节，其机械臂能够实现三维运动，其机械臂端部搭载激光发射头。

优选地，所述第一集装车体包括为无线通信间、供电间、控制间、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；

所述第二集装车体包括压力间、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，所述无线通信间中安装有所述车载5G基站2；

所述供电间内设置发电机及蓄电池组和电气柜，发电机及蓄电池组产生的电能供激光强化车上的其他设备使用，电气柜中安装发电机控制所需的硬件设备；

所述控制间内设置车载控制平台、第一空调室外机、第一空调室内机，车载控制平台用于为机器人作业过程以及平板车的驱动小车运动过程发送控制指令，第一空调室外机和第一空调室内机用于控制控制间内的温度以保障设备在适宜温度环境下良好的运行。

优选地，所述压力间内分布设置水冷机、液压站、空压机，其中水冷机用于激光发生器工作时的循环制冷，液压站为平板车的驱动小车的上升和下降以及驱动电机提供液压动力，空压机用于平板车的空气制动提供动力；

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保障设备在适宜温度环境下良好的运行；

所述作业间靠车尾设置机器人，靠车头方向设置机器人电柜，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。

为实现上述目的，按照本发明的另一方面，还提供了一种远程控制钢轨激光强化车的远程控制方法，包括如下步骤：

(1)将第一集装车体和第二集装车体运输至作业区域，通过轨道车将平板车牵引至作业区域；

(2)将第一集装车体和第二集装车体安装到平板车上；

(3)启动发电机及蓄电池组，为车辆所有设备供电；

(4)远程指挥调度平台下达走行命令，如激光强化车整体运未到达指定的作业区域，则继续走行；

(5)如激光强化车整体运行至指定的作业区域，远程指挥调度平台下达作业命令；

(6)指令通过5G无线网络传输给车载控制平台，车载控制平台翻译指令；

(7)车载控制平台控制液压站启动，控制图像采集系统采集钢轨图像，并将钢轨图像信息回传至车载控制平台进行分析识别，判断钢轨是否需要强化；

(8)如果需要强化，则根据所需强化层厚度指定强化作业的速度和位置；

(9)速度和位置传感器反馈给车载控制平台车辆的速度及位置信息，与指定值进行对比，判断是否有误差，如有误差则调整控制量；

(10)如无误差，则控制发电机停机，转由蓄电池供电；

(11)机器人启动准备；

(12)机器人根据接收到的强化控制命令，根据强化的工艺要求进行规划作业路径，启动转动机械臂，进行机械臂姿态调整，使搭载的激光发射头对准钢轨轨顶面，按照规划的路径进行激光强化作业；

(13)指定区域强化完毕后，如要继续前往另一区域作业则重复步骤(4)-(12)；

(14)如不继续作业，则返回，结束。

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、本发明的远程控制钢轨激光强化车，通过5G网络与远程指挥调度平台进行无线通信，可以将大量的现场图像、速度、位置、钢轨状态数据实时传输给远程指挥调度平台进行分析处理，用于控制决策指令下达的数据依据，保障远程控制的可靠性；可以基于北斗/GPS进行双模式长距离定位，利用强化车自身的位置传感器实现地下环境中短距离的准确定位，保障激光强化作业区域的准确性；通过本发明可以实现钢轨状态检测、恒低速走行、激光强化作业等全过程的远程精确控制，减小工作人员在闷热、潮湿、灰尘、黑暗环境中的作业量；提高钢轨强化的质量与效率。

2、本发明的远程控制钢轨激光强化车，第一集装车体内安装有发电机及蓄电池组，非强化作业时发电机运作直接供电，强化作业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。

3、本发明的远程控制钢轨激光强化车，在平板车的中部安装有使用液力电机驱动的驱动小车，在驱动小车以及平板车的车轮上安装有速度传感器以及位置传感器，实时监测激光强化车的运行速度，通过闭环控制实现为激光强化提供恒定平稳驱动速度的目标。

4、本发明的远程控制钢轨激光强化车，能够实时监测激光强化车的运行速度，并通过对油液的流量与流速进行调节，实现液力电机的闭环控制，保证驱动小车能够输出恒定平稳的驱动速度，同时强化作业时的驱动过程内燃电机停机，因此可以大大减少机械振动，增加速度控制的平稳与精确性。

5、本发明的远程控制钢轨激光强化车，平板车、第一集装车体、第二集装车体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，对平板车的改装量较小，可以大大缩短制造工期。

6、本发明的远程控制钢轨激光强化车为驱动独立、可分离、模块化、集装式设计的强化车，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，低速的恒定与平稳性更好优异。

附图说明

图1是本发明实施例的远程控制钢轨激光强化车的总体正视示意图；

图2是本发明实施例的远程控制钢轨激光强化车的总体俯视示意图；

图3是本发明实施例的远程控制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是本发明实施例的远程控制钢轨激光强化车的集装车体与平板车分离示意图；

图5是本发明实施例的远程控制钢轨激光强化车的作业间布置示意图；

图6是本发明实施例的远程控制钢轨激光强化车的远程控制系统的硬件组成示意图；

图7是本发明实施例的远程控制钢轨激光强化车的远程控制流程示意图。

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1-6所示，本发明提供一种一种远程控制钢轨激光强化车，其中：包括平板车26、第一集装车体1、第二集装车体15，三者相互独立；

所述第一集装车体1和第二集装车体15均可拆卸地安装在所述平板车26上；所述平板车26用于承载走行，所述第一集装车体1用于提供能源，所述第二集装车体15用于强化作业。

所述钢轨激光强化车受远程控制系统控制；所述远程控制系统的硬件包括远程指挥调度平台、远程5G基站、车载5G基站2、车载控制平台8、水冷机控制板、液压站控制板、空压机控制板、发电机及蓄电池组电气柜、驱动小车驱动电机、监测/检测传感器、对开门电机、激光发生器控制板、机器人电柜等。其中所述车载控制平台8与所述车载5G基站2均设置在所述第一集装车体1中，并通过过通信光缆连接，所述车载5G基站2、所述远程5G基站与所述远程指挥调度平台依次通过向下兼容的5G无线网络相连，所述远程指挥调度平台发送的指令经5G无线网络快速传输到所述车载控制平台8，所述车载控制平台8用于将指令翻译后发送给下游设备，如图6所示。通过5G网络与远程指挥调度平台进行无线通信，可以实现钢轨状态检测、恒低速走行、激光强化作业等全过程的无人化远程控制，现场图像、速度、位置、钢轨状态信息实时传输给远程指挥调度平台进行分析处理，作为控制指令下达的数据依据，能够保障走行与强化作业的高精度控制。

所述第一集装车体1内设有发电机及蓄电池组4；所述平板车26下方设有升降式的驱动小车21。所述平板车26是有外部轨道车牵引至作业区域，牵引过程中所述驱动小车21为升起状态；在作业区域，所述驱动小车21下降落到钢轨上；在激光强化车非强化作业行走时，发电机运行发电为包括驱动小车在内的整个激光强化车的运行直接提供电能，并为蓄电池组充电；在激光强化车强化作业行走时，发电机停止运行，转由蓄电池组为包括驱动小车在内的整个激光强化车的运行提供电能。

具体地，第一集装车体1和第二集装车体15均可以安装在平板车26上，也可以与平板车26分离，平板车26主要负责承载走行，第一集装车体1主要负责提供能源，第二集装车体15主要负责强化作业。平板车26、第一集装车体1、第二集装车体15三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26的改装量较小，可以大大缩短制造工期。

第一集装车体1和第二集装车在与平板车26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，通过吊车吊运至平板车26上安装。

第一集装车体1、第二集装车、平板车26均为模块化设计，某个部分出现故障后只需使用相同的模块替换掉，而无需整体检修，增加了强化车的可靠性。

驱动独立、可分离、模块化、集装式设计的强化车，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，低速的恒定与平稳性更好优异。

本发明的远程控制钢轨激光强化车，主要包括第一集装车体1，车载5G基站2，第一分隔板3，发电机及蓄电池组4，电气柜5，第二分隔板6，第一空调室内机7，车载控制平台8，水冷机9，液压站10，第三分隔板11，第二空调室内机12，第四分隔板13，机器人14，第二集装车体15，机器人电柜16，激光发生器17，第二底板18，第二承载板19，空压机20，驱动小车21，第一空调室外机22，第一底板23，第一承载板24，限位柱25，平板车26，挂钩27，限位杆28，第二空调室外机29，对开门30，车门31等，如图1、图2、图3。

平板车26、第一集装车体1、第二集装车体15三者相互独立，三者之间预留有电气接口，第一集装车体1和第二集装车体15通过限位柱25及限位杆28实现在平板车26上的安装与固定，安装完毕后通过连接电气接口既可以实现平板车26、第一集装车体1、第二集装车体15三者之间的能量及信息连通，如图1、图2、图4。

第一集装车体1分为无线通信间、供电间、控制间、线缆间等四个隔间，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31进行连通，如图1、图2。

第二集装车体15分为压力间、光源间、作业间、线缆间等四个隔间，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31进行连通，如图1、图2、图5。

所述无线通信间中安装有所述车载5G基站2；供电间内设置一台发电机及蓄电池组4和一台电气柜5，发电机及蓄电池组4产生的电能供激光强化车上的其他设备使用，电气柜5中安装发电机控制所需的硬件设备；控制间内设置车载控制平台8、第一空调室外机22、第一空调室内机7，车载控制平台8用于激光强化车检测、走行、强化等全过程的控制，第一空调室外机22和第一空调室内机7用于控制控制间内的温度以保障设备在适宜温度环境下良好的运行，如图1、图2、图3、图6。

压力间内分布设置水冷机9、液压站10、空压机20，其中水冷机9负责激光发生器17工作时的循环制冷，液压站10为驱动小车21的上升和下降以及驱动电机提供液压动力，空压机20负责为平板车26的空气制动提供动力；光源间内设置激光发生器17、第二空调室外机29、第二空调室内机12，激光发生器17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29和第二空调室内机12用于控制光源间内的温度以保障设备在适宜温度环境下良好的运行；作业间靠近车尾的中间设置机器人14，靠近分隔板设置机器人电柜16，作业间尾部设置对开门30，作业时打开以便机器人14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、图3、图5。

优选地，所述远程控制钢轨激光强化车还包括恒低速控制系统；所述恒低速控制系统的硬件包括转速传感器、位置传感器、中央控制器、电流调节器、泵阀电机、液力电机；所述驱动小车21的所述驱动电机为所述液力电机。

所述转速传感器、位置传感器设置在所述驱动小车21的驱动轮上，并与位于所述第一集装车体1内的所述中央控制器相连接，实时将监测到的车轮转速和位置信息传输给所述中央控制器，用于地下环境中短距离的准确定位；所述远程控制钢轨激光强化车具有卫星定位接口，连接北斗/GPS模块，进行双模式长距离定位，保障激光强化作业区域的准确性。

所述液压站10中安装有所述电流调节器和泵阀电机，所述电流调节器和泵阀电机与位于所述第一集装车体1的车载控制平台8内的所述中央控制器相连接，所述电流调节器用于调节所述液压站10的输入电流大小，进而调节其中液压泵的转速，实现油液的循环速度控制；所述泵阀电机用于调节所述液压站10输出和输入油管的通道大小，进行实现液压站输出和输入油液的流量控制；通过油液速度和流量的调节实现液力电机的精准速度控制。

驱动小车21通过支座固定在平板车26底板上，驱动小车21位于平板车26底板的下方，可以在液压伸缩筒的带动下通过导向滑筒和导向柱的导向进行上升和下降；通过液压站10提供精确的液力驱动，实现激光强化车的精准速度控制，如图3。

机器人14通过螺栓将底座固定在第二集装车体15的承载板上，机器人14具有多个可转动的关节，其机械臂能够实现三维运动，其机械臂端部可以搭载激光发射头，通过视觉传感器机器人可以实时获取钢轨图像，根据图像调整机械臂姿态，以控制激光发射头始终对准钢轨轨顶面，规划激光强化的路径，从而保障作业针对性与准确度，在车载控制平台中中央控制器的控制下只需要一台机器人便可以通过机械臂的转动实现2根钢轨的激光强化作业，如图1、图2。

如图7所示，本发明的远程控制钢轨激光强化车的远程控制强化作业方法，包括如下步骤：

(1)将第一集装车体1和第二集装车体15运输至作业区域，通过轨道车将平板车(26)牵引至作业区域；

(2)将第一集装车体1和第二集装车体15安装到平板车26上；

(3)启动发电机及蓄电池组4，为车辆所有设备供电；

(4)远程指挥调度平台下达走行命令，如激光强化车整体运未到达指定的作业区域，则继续走行；

(5)如激光强化车整体运行至指定的作业区域，远程指挥调度平台下达作业命令；

(6)指令通过5G无线网络传输给车载控制平台8，车载控制平台8翻译指令；

(7)车载控制平台8控制液压站10启动，控制图像采集系统采集钢轨图像，并将钢轨图像信息回传至车载控制平台8进行分析识别，判断钢轨是否需要强化；

(8)如果需要强化，则根据所需强化层厚度指定强化作业的速度和位置；

(9)速度和位置传感器反馈给车载控制平台8车辆的速度及位置信息，与指定值进行对比，判断是否有误差，如有误差则调整控制量；

(10)如无误差，则控制发电机停机，转由蓄电池供电；

(11)机器人14启动准备，即启动水冷机9、激光发生器17，打开强化车后部对开门30；

(12)机器人14根据接收到的强化控制命令，根据强化的工艺要求进行规划作业路径，启动转动机械臂，进行机械臂姿态调整，使搭载的激光发射头对准钢轨轨顶面，按照规划的路径进行激光强化作业；

(13)指定区域强化完毕后，如要继续前往另一区域作业则重复步骤(4)-(12)；

(14)如不继续作业，则返回，结束。

其中，第(8)-(9)步骤所涉及的恒低速控制的具体方法为：

(8.1)中央控制器下达指定的速度和位置值控制指令给液压站10旁的电气柜5，电气柜5将指令转换成液压站输入电流的调节量和泵阀门开度的调节量；

(9.1)液压站10在指定的电流和泵阀门开度下，将油液输送到驱动小车21的驱动电机中，调节电机的输出，驱动激光强化车走行；

(9.2)驱动小车21的驱动轮上的转速传感器开始采集车轮转速，并将采集到的转速信息传输给中央控制器中；

(9.3)中央控制器将采集的速度值与指定的速度值进行对比，如果有误差则根据误差值调整控制指令中的速度量，再重复(4)-(6)的步骤；

(9.4)如果速度对比后没有误差，则驱动小车21驱动轮上的位置传感器开始采集车辆位置信息，并将采集到的位置信息传输给中央控制器中；

(9.5)中央控制器将采集的位置值与指定的位置值进行对比，如果有误差则根据误差值调整控制指令中的位置量，再重复(8.1)-(9.5)的步骤。

综上所述，本发明具有以下显著优势：

本发明的远程控制钢轨激光强化车，通过5G网络与远程指挥调度平台进行无线通信，可以将大量的现场图像、速度、位置、钢轨状态数据实时传输给远程指挥调度平台进行分析处理，用于控制决策指令下达的数据依据，保障远程控制的可靠性；可以基于北斗/GPS进行双模式长距离定位，利用强化车自身的位置传感器实现地下环境中短距离的准确定位，保障激光强化作业区域的准确性；通过本发明可以实现钢轨状态检测、恒低速走行、激光强化作业等全过程的远程精确控制，减小工作人员在闷热、潮湿、灰尘、黑暗环境中的作业量；提高钢轨强化的质量与效率。

本发明的远程控制钢轨激光强化车，第一集装车体内安装有发电机及蓄电池组，非强化作业时发电机运作直接供电，强化作业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。

本发明的远程控制钢轨激光强化车，在平板车的中部安装有使用液力电机驱动的驱动小车，在驱动小车以及平板车的车轮上安装有速度传感器以及位置传感器，实时监测激光强化车的运行速度，通过闭环控制实现为激光强化提供恒定平稳驱动速度的目标。

本发明的远程控制钢轨激光强化车，能够实时监测激光强化车的运行速度，并通过对油液的流量与流速进行调节，实现液力电机的闭环控制，保证驱动小车能够输出恒定平稳的驱动速度，同时强化作业时的驱动过程内燃电机停机，因此可以大大减少机械振动，增加速度控制的平稳与精确性。

本发明的远程控制钢轨激光强化车，平板车、第一集装车体、第二集装车体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，对平板车的改装量较小，可以大大缩短制造工期。

本发明的远程控制钢轨激光强化车为驱动独立、可分离、模块化、集装式设计的强化车，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，低速的恒定与平稳性更好优异。

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)

1.一种远程控制钢轨激光强化车，其特征在于：包括平板车(26)、第一集装车体(1)、第二集装车体(15)，三者相互独立；

所述第一集装车体(1)和第二集装车体(15)均可拆卸地安装在所述平板车(26)上；所述平板车(26)用于承载走行，所述第一集装车体(1)用于提供能源，所述第二集装车体(15)用于强化作业；

所述钢轨激光强化车受远程控制系统控制；所述远程控制系统的硬件包括远程指挥调度平台、远程5G基站、车载5G基站(2)、车载控制平台(8)；其中所述车载控制平台(8)与所述车载5G基站(2)均设置在所述第一集装车体(1)中，并通过过通信光缆连接，所述车载5G基站(2)、所述远程5G基站与所述远程指挥调度平台依次通过向下兼容的5G无线网络相连，所述远程指挥调度平台发送的指令经5G无线网络快速传输到所述车载控制平台(8)，所述车载控制平台(8)用于将指令翻译后发送给下游设备；所述钢轨激光强化车借助5G网络将现场图像、强化车速度、强化车位置、钢轨状态数据实时传输给远程指挥调度平台进行分析处理，作为控制决策指令下达的数据依据。

2.如权利要求1所述的远程控制钢轨激光强化车，其特征在于：

所述第一集装车体(1)内设有发电机及蓄电池组(4)；所述平板车(26)下方设有升降式的驱动小车(21)；

所述第二集装车体(15)内设有液压站(10)，所述液压站(10)为所述驱动小车(21)的上升下降及其驱动电机提供液压动力；

所述平板车(26)是有外部轨道车牵引至作业区域，牵引过程中所述驱动小车(21)为升起状态；在作业区域，所述驱动小车(21)下降落到钢轨上；在激光强化车非强化作业行走时，发电机运行发电为包括驱动小车在内的整个激光强化车的运行直接提供电能，并为蓄电池组充电；在激光强化车强化作业行走时，发电机停止运行，转由蓄电池组为包括驱动小车在内的整个激光强化车的运行提供电能。

3.如权利要求2所述的远程控制钢轨激光强化车，其特征在于：

所述远程控制钢轨激光强化车还包括恒低速控制系统；

所述恒低速控制系统的硬件包括转速传感器、位置传感器、中央控制器；

所述转速传感器、位置传感器设置在所述驱动小车(21)的驱动轮上，并与位于所述第一集装车体(1)内的所述中央控制器相连接，实时将监测到的车轮转速和位置信息传输给所述中央控制器，用于地下环境中短距离的准确定位；

所述远程控制钢轨激光强化车具有卫星定位接口，连接北斗/GPS模块，进行双模式长距离定位。

4.如权利要求3所述的远程控制钢轨激光强化车，其特征在于：

所述恒低速控制系统的硬件还包括电流调节器、泵阀电机、液力电机；所述驱动小车(21)的所述驱动电机为所述液力电机；

所述液压站(10)中安装有所述电流调节器和泵阀电机，所述电流调节器和泵阀电机与位于所述第一集装车体(1)的车载控制平台(8)内的所述中央控制器相连接，所述电流调节器用于调节所述液压站(10)的输入电流大小，进而调节其中液压泵的转速，实现油液的循环速度控制；所述泵阀电机用于调节所述液压站(10)输出和输入油管的通道大小，进行实现液压站输出和输入油液的流量控制；通过油液速度和流量的调节实现液力电机的精准速度控制。

5.如权利要求4所述的远程控制钢轨激光强化车，其特征在于：

所述平板车(26)、第一集装车体(1)、第二集装车体(15)三者之间预留有电气接口，第一集装车体(1)和第二集装车体(15)通过限位柱(25)及限位杆(28)实现在平板车(26)上的安装与固定，安装完毕后通过连接电气接口实现平板车(26)、第一集装车体(1)、第二集装车体(15)三者之间的能量及信息连通。

6.如权利要求4所述的远程控制钢轨激光强化车，其特征在于：

所述第二集装车体(15)的尾部安装有机器人(14)，所述机器人(14)具有多个可转动的关节，其机械臂能够实现三维运动，其机械臂端部搭载激光发射头。

7.如权利要求4所述的远程控制钢轨激光强化车，其特征在于：

所述第一集装车体(1)包括为无线通信间、供电间、控制间、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(31)进行连通；

所述第二集装车体(15)包括压力间、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(31)进行连通。

8.如权利要求7所述的远程控制钢轨激光强化车，其特征在于：

所述无线通信间中安装有所述车载5G基站(2)；

所述供电间内设置发电机及蓄电池组(4)和电气柜(5)，发电机及蓄电池组(4)产生的电能供激光强化车上的其他设备使用，电气柜(5)中安装发电机控制所需的硬件设备；

所述控制间内设置车载控制平台(8)、第一空调室外机(22)、第一空调室内机(7)，车载控制平台(8)用于为机器人(14)作业过程以及平板车(26)的驱动小车(21)运动过程发送控制指令，第一空调室外机(22)和第一空调室内机(7)用于控制控制间内的温度以保障设备在适宜温度环境下良好的运行。

9.如权利要求7所述的远程控制钢轨激光强化车，其特征在于：

所述压力间内分布设置水冷机(9)、液压站(10)、空压机(20)，其中水冷机(9)用于激光发生器(17)工作时的循环制冷，液压站(10)为平板车(26)的驱动小车(21)的上升和下降以及驱动电机提供液压动力，空压机(20)用于平板车(26)的空气制动提供动力；

所述光源间内设置激光发生器(17)、第二空调室外机(29)、第二空调室内机(12)，激光发生器(17)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(29)和第二空调室内机(12)用于控制光源间内的温度以保障设备在适宜温度环境下良好的运行以保障设备在适宜温度环境下良好的运行；

所述作业间靠车尾设置机器人(14)，靠车头方向设置机器人电柜(16)，作业间尾部设置对开门(30)，作业时打开以便机器人(14)伸出机械臂，作业完成后关闭以便封闭作业间。

10.一种如权利要求4-9任一项所述的远程控制钢轨激光强化车的远程控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将第一集装车体(1)和第二集装车体(15)运输至作业区域，通过轨道车将平板车(26)牵引至作业区域；

(2)将第一集装车体(1)和第二集装车体(15)安装到平板车(26)上；

(3)启动发电机及蓄电池组(4)，为车辆所有设备供电；

(4)远程指挥调度平台下达走行命令，如激光强化车整体运未到达指定的作业区域，则继续走行；

(5)如激光强化车整体运行至指定的作业区域，远程指挥调度平台下达作业命令；

(6)指令通过5G无线网络传输给车载控制平台(8)，车载控制平台(8)翻译指令；

(7)车载控制平台(8)控制液压站(10)启动，控制图像采集系统采集钢轨图像，并将钢轨图像信息回传至车载控制平台(8)进行分析识别，判断钢轨是否需要强化；

(8)如果需要强化，则根据所需强化层厚度指定强化作业的速度和位置；

(9)速度和位置传感器反馈给车载控制平台(8)车辆的速度及位置信息，与指定值进行对比，判断是否有误差，如有误差则调整控制量；

(10)如无误差，则控制发电机停机，转由蓄电池供电；

(11)机器人(14)启动准备；

(12)机器人(14)根据接收到的强化控制命令，根据强化的工艺要求进行规划作业路径，启动转动机械臂，进行机械臂姿态调整，使搭载的激光发射头对准钢轨轨顶面，按照规划的路径进行激光强化作业；

(13)指定区域强化完毕后，如要继续前往另一区域作业则重复步骤(4)-(12)；

(14)如不继续作业，则返回，结束。

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