CN114753196A - 一种基于温度控制的高寒地区水射流打磨系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于温度控制的高寒地区水射流打磨系统及方法，该系统包括转向架组件、设于转向架组件上的车架、设于车架上的车身、检测模块、温控模块、打磨模块、吹扫模块以及顶置空调；车身包括司机室、第一机器间、第二机器间，且相邻接处设有车体隔墙；第一机器间内设有驱动单元、液压站、温控单元以及电气控制柜；第二机器间内设有增压泵、水箱、空压机以及磨料灌；空压机和磨料灌之间、磨料灌和打磨模块之间均设有磨料管路，液压站和液压缸之间设有液压管路；磨料管路和液压管路周围分别设有温度传感器，以保证恒温条件避免管路堵塞；通过检测模块检测钢轨打磨状态并指导打磨模块调整打磨模式，实现自适应、智能化打磨作业。

Description

一种基于温度控制的高寒地区水射流打磨系统及方法

技术领域

本发明属于水射流打磨技术领域，更具体地，涉及一种基于温度控制的高寒地区水射流打磨系统及方法。

背景技术

随着运营里程的累积，钢轨作为轮轨关系的承力部件，承受来自车辆各种复杂多变的载荷冲击及摩擦，致使其表面和内部出现波磨、裂纹、剥离、肥边等损伤和缺陷，严重影响了行车平稳性和安全性；众所周知，钢轨打磨是目前消除钢轨表面故障最为有效的措施。为了清除病害、修复廓形，延长钢轨寿命，改善轮轨关系，钢轨打磨修复作为铁路系统综合维修的主要手段被国内外普遍采用。

现阶段普遍使用的钢轨打磨设备主要包括钢轨打磨车、道岔打磨车、钢轨铣磨车、小型打磨机具等。传统钢轨打磨工艺主要依靠钢轨打磨车或工机具上安装的砂轮、磨头对钢轨廓形进行接触式打磨，容易造成粉尘、噪声污染，存在火灾隐患等问题；而高压水射流，是以水为主要的介质，通过高压发生设备获得巨大的能量，经过喷嘴喷射出一股能量集中的高速水流对材料进行切割、铣削等处理的加工方式。高压水射流具有众多的优点，是一种冷态、绿色、环保的加工技术，具有广阔的应用前景。但针对高寒地区的低温、低压环境，水射流打磨车仍存在一定问题。

传统钢轨打磨工艺通过砂轮、磨头对钢轨廓形进行接触式打磨，由于钢轨被来回打磨过程中伴随的巨大温升，因此低温环境对打磨作业影响不大。但针对高寒地区，水射流打磨车存在以下问题：高速磨料水射流工艺是以水为主要的介质，因此高寒地区的气温、气压条件对打磨作业影响极大；水箱、水管路在低温环境下将凝固，同时高寒地区气压低，无法实现既定功能；钢轨打磨后残留水渍和磨料影响行车工况，同时水渍易结冰，造成钢轨打滑，引发行车安全问题；若采用蓄电池驱动钢轨打磨车，当气温降低时，电池的储电能力将随之衰减，严重影响钢轨打磨车的续航能力。

因此，急需一种节能环保、打磨作业安全性能高、能够适用于高寒地区、能够实现自适应、智能化打磨作业的水射流打磨装置。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种基于温度控制的高寒地区水射流打磨系统及方法，通过水射流打磨代替砂轮接触式打磨，节能环保，减少了粉尘、噪声污染，同时也避免了火灾隐患；通过采用多组相对独立的打磨单元分别拟合钢轨廓形对轨道进行打磨，能够提高水射流打磨的效率和准确性；通过设车体隔墙，将打磨车分隔为司机室、用于安装驱动系统和打磨模块的第一机器间、用于存放水和磨料等水射流打磨消耗品的第二机器间，优化了工作人员的作业环境；通过检测模块指导打磨模块调整打磨模式，实现自适应、智能化打磨作业，同时，能够提前对线路上的异物进行排查，保障打磨作业的安全；磨料罐，采用滚筒式设计，能够防止磨料由于低温而板结；在液压管路和磨料管路上设温度传感器，保证管路恒温条件，以避免管路堵塞；在水箱内设置水温传感器，保证水箱恒温条件；车身顶部各开间相应区域分别设置顶置空调，以保证环境温度，进而使得本发明能够适用于高寒地区水射流钢轨打磨；能够解决现有的钢轨打磨粉尘、烟雾、噪声污染环境、工况恶劣、不环保，钢轨打磨产生火星不安全，水箱、水管路在低温环境下易凝固，无法实现既定功能，钢轨打磨后残留水渍和磨料影响行车工况等一系列问题；本发明采用内燃机驱动钢轨打磨车，避免气温降低时钢轨打磨车的续航能力衰减的现象发生。

为了实现上述目的，本发的一个方面提供一种基于温度控制的高寒地区水射流打磨系统，包括在待打磨钢轨组件上行走的转向架组件、设于所述转向架组件上的车架、设于所述车架上的车身、检测模块、打磨模块、和吹扫模块以及设于所述车身上的驱动控制组件、磨料供应组件和顶置空调；其中，

所述磨料罐采用滚筒式设计，以防止磨料板结；所述所述车身内设有检测数据分析模块，所述检测数据分析模块与所述检测模块通信连接；所述驱动控制组件包括驱动单元、液压站、温控单元以及电气控制柜；所述磨料供应组件包括增压泵、恒温水箱、空压机以及磨料灌；所述驱动单元采用内燃机驱动钢轨打磨车，避免气温降低时钢轨打磨车的续航能力衰减；所述空压机和所述磨料灌之间、所述磨料灌和所述打磨模块之间均通过磨料管路实现磨料与高压水路混合；所述液压站和所述液压缸之间设有液压管路；所述磨料管路和所述液压管路周围分别设有环境温度传感器，保证恒温条件避免管路堵塞；所述恒温水箱、所述增压泵、所述打磨模块之间依次连通设有水管路，所述恒温水箱内设有水温传感器，用以保证水箱恒温条件，满足高寒地区钢轨打磨工况；通过所述检测模块检测钢轨打磨状态数据并传输至检测数据分析模块确定打磨模式，并指导所述打磨模块实现高寒地区水射流钢轨打磨作业的自适应和智能化；通过吹扫模块实现打磨后钢轨的多角度吹扫，实现钢轨表面的干净整洁。

进一步地，所述车身包括由前向后依次布置的司机室、用于安装驱动系统和打磨系统的第一机器间、用于存放水和磨料的第二机器间，且各自相邻接处设有车体隔墙，车身和车体隔墙上均设有保温层；所述驱动控制组件设于所述第一机器间内；所述磨料供应组件设于所述第二机器间内；

所述驱动单元用于为打磨车提供能量源；所述液压站用于为所述打磨模块的上升和下降提供液压动力；

所述增压泵用于为所述恒温水箱内的水增压；

所述空压机用于为打磨车的空气制动提供动力和为所述打磨模块提供磨料传输的动力以及为所述吹扫模块提供动力。

进一步地，所述温控单元用于为所述驱动单元、所述空压机、所述增压泵以及所述液压站的发热进行冷却；通过管路连接配合将发热设备产生的热量传递给所述司机室、第一机器间和第二机器间，以降低顶置空调的能耗。

进一步地，所述待打磨钢轨组件包括平行间隔设置的第一钢轨和第二钢轨；

所述打磨模块包括平行间隔设于所述车架底部的多组相互独立的打磨单元；所述打磨单元在第一钢轨和第二钢轨上沿钢轨的纵向轴线优选的左右对称分布多组，分别负责所述第一钢轨的打磨和所述第二钢轨的打磨；

所述打磨单元包括设于所述车架底部的液压缸、设于所述液压缸底部的升降连接杆、设于所述升降连接杆底部的打磨机械手；通过所述液压站驱动所述液压缸实现所述打磨机械手竖直方向的高度调节；

所述打磨机械手通过旋转副实现不同角度的调节。

进一步地，所述顶置空调组件在所述司机室的顶部、所述第一机器间的顶部以及所述第二机器间的顶部分别设置，用以保证车身内恒温环境。

进一步地，所述电气控制柜设于所述第一机器间和所述第二机器间之间；所述驱动单元靠近车头的一侧设有第一车体隔墙；所述电气控制柜的侧面中央位置设有第二车体隔墙，使得所述电气控制柜部分设于所述所述第一机器间内，部分设于所述第二机器间内，以便于实现打磨模块相关设备的控制。

进一步地，所述转向架组件包括沿所述第一钢轨和所述第二钢轨的纵向轴线方向间隔布置的第一转向架和第二转向架；

所述第一转向架和所述第二转向架均为两轴动力转向架，在所述第一钢轨和第二钢轨上左右对称布置，以保证车辆安全运行，能灵活地沿直线线路运行及顺利地通过曲线。

进一步地，所述车架设于所述第一转向架和所述第二转向架上；所述车架包括中梁、侧梁、枕梁、端梁、大横梁、小横梁、纵向辅助梁。

进一步地，所述空压机和所述吹扫模块之间连通设有气压管路，所述气压管路内藏于所述车架中；

所述检测模块设置于车架的底部、车体的前端。

本发明的另一个方面提供一种适用于高寒地区的水射流打磨方法，包括如下步骤：

S1：启动恒温水箱，通过温度传感器保证水箱恒温条件；

S2：启动水射流钢轨打磨车、顶置空调以及水管路，使水射流钢轨打磨车高速行驶至打磨区域后切换至低速行驶；

S3：开启检测模块，通过检测模块对钢轨进行图像采集并传输数据至水射流钢轨打磨车的检测数据分析模块，检测数据分析模块分析并明确钢轨打磨模式；

S4：启动水管路、增压泵、液压站以及打磨模块按照步骤S3得出的钢轨打磨模式拟合钢轨廓形进行不同角度的钢轨打磨，打磨过程中基于检测模块的实时监测和反馈机制实时调整打磨模式，并在打磨完毕后及时启动空压机驱动吹扫模块实现打磨后钢轨的多角度吹扫，保证钢轨表面的无水、无废料状态；

S5：检测模块接收停止打磨指令，结束打磨模式,水管路通过阀门切换使空压机联通气压管路，清理残留的水，使水管路内保持干燥、清洁，防止结冰堵塞；

S6：水射流钢轨打磨车高速驶离打磨区域，关闭顶置空调和温控系统，停止管路加热，打磨作业结束。

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，能够取得下列有益效果：

(1)本发明的一种基于温度控制的高寒地区水射流打磨系统，在平行间隔的待打磨钢轨上设能够行走的转向架组件，在转向架组件上设车架，在车架上设车身、检测模块、打磨模块、吹扫模块以及顶置空调组件；通过检测模块指导打磨模块调整打磨模式，实现自适应、智能化打磨作业，同时，能够提前对线路上的异物进行排查，保障打磨作业的安全；通过水射流打磨代替砂轮接触式打磨，打磨后采用吹扫模块及时扫除残留碎屑和积水，保证打磨钢轨表面的洁净，能够解决现有的钢轨打磨粉尘、烟雾、噪声污染环境、工况恶劣、不环保，钢轨打磨产生火星不安全，水箱、水管路在低温环境下易凝固，无法实现既定功能，钢轨打磨后残留水渍和磨料影响行车工况等一系列问题；另外，本发明采用内燃机驱动钢轨打磨车，避免气温降低时钢轨打磨车的续航能力衰减的现象发生。

(2)本发明的一种基于温度控制的高寒地区水射流打磨系统，在车身内设车体隔墙，将打磨车分隔为司机室、用于安装驱动系统和打磨模块的第一机器间、用于存放水和磨料等水射流打磨消耗品的第二机器间，优化了工作人员的作业环境；在车身和车体隔墙内分别设置保温层，有利于钢轨打磨车内部保温，为工作人员和设备系统提供较好的工作环境。

(3)本发明的一种基于温度控制的高寒地区水射流打磨系统，针对高寒地区的低温环境，开展特殊设计：磨料罐采用滚筒式设计，通过滚动防止磨料由于低温而板结；在液压管路和磨料管路上设温度传感器，保证管路恒温条件，以避免管路堵塞；在恒温水箱内设置水温传感器，配比一定数量的防冻液，当水温传感器监测到温度低于5℃时，开始加热，基于水温传感器监测结果调整加热强度与时长，保证水箱恒温条件；车身顶部各开间相应区域分别设置顶置空调，有利于不同区域的温度控制，均为冷暖车载专用车顶单元式空调，空调为薄型设计的一体机，体积小、重量轻，保证下部室内空间恒温环境，进而保证正常的打磨作业进程。

(4)本发明的一种基于温度控制的高寒地区水射流打磨系统，通过配置温控系统，负责驱动系统、空压机、增压泵、液压站等发热设备的冷却；同时，通过管路连接配合将发热设备产生的热量传递给司机间和机器间，降低顶置空调的能耗。

(5)本发明的一种基于温度控制的高寒地区水射流打磨系统，在恒温水箱、增压泵、打磨机械手之间依次连通设水管路，在空压机和吹扫模块之间连通设有气压管路，在非打磨作业状态下，水管路通过阀门切换联通气压管路，能够清理残留水，使水管路内保持干燥、清洁，防止结冰堵塞；在连接恒温水箱、增压泵至打磨模块的打磨机械手的水管路周围设电阻丝缠绕，启动加热后与恒温水箱同步温度调节，保证恒温条件，避免管路堵塞。

(6)本发明的一种基于温度控制的高寒地区水射流打磨系统，在车架底两条钢轨上方平行间隔对称设多组相对独立的打磨单元，通过打磨单元分别对两轨道进行打磨，能够提高水射流打磨的效率和准确性。

附图说明

图1为本发明实施例一种基于温度控制的高寒地区水射流打磨系统的整体结构示意图(打磨作业状态)；

图2为本发明实施例一种基于温度控制的高寒地区水射流打磨系统的打磨模块结构示意图(第一视角)；

图3为本发明实施例一种基于温度控制的高寒地区水射流打磨系统的打磨模块结构示意图(第二视角)；

图4为本发明实施例一种基于温度控制的高寒地区水射流打磨系统的整体结构示意图(非打磨作业状态)；

图5为本发明实施例一种基于温度控制的适用于高寒地区的水射流打磨方法的流程示意图；

图6为本发明实施例一种基于温度控制的适用于高寒地区的水射流打磨方法的整个作业过程示意图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-待打磨钢轨组件、11-第一钢轨、12-第二钢轨、2-转向架组件、21-第一转向架、22-第二转向架、3-车架、4-车身、41-司机室、411-司机操作台、412-司机座椅、42-第一机器间、421-驱动单元、422-液压站、423-温控单元、424-电气控制柜、43-第二机器间、431-增压泵、432-水箱、433-空压机、434-磨料灌、44-第一车体隔墙、45-第二车体隔墙、46-照明灯、5-检测模块、6-打磨模块、61-打磨单元、611-液压缸、612-升降连接杆、613-打磨机械手、62-磨料管路、63-液压管路、64-水管路、65-气压管路、7-吹扫模块、8-顶置空调。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，当元件被称为“固定于”、“设置于”或“设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上；术语“安装”、“相连”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”......仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”......的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1-图4所示，本发明提供一种基于温度控制的高寒地区水射流打磨系统，包括行走于待打磨钢轨组件1上的转向架组件2、设于所述转向架组件2上的车架3、设于所述车架3上的车身4、检测模块5、打磨模块6和吹扫模块7以及设于所述车身4上的驱动控制组件、磨料供应组件和顶置空调组件8；所述车身4包括由前向后依次布置的司机室41、第一机器间42、第二机器间43；所述检测模块5设置于车架3的底部、车体的前端，用于钢轨状态的检测，为钢轨打磨模式(打磨模块各构件姿态和打磨参数)的确定提供输入条件，同时，用于提前对线路上的异物进行排查，保障打磨作业的安全；基于检测结果，指导打磨模块调整打磨模式，实现自适应、智能化打磨作业；所述驱动控制组件包括设于所述第一机器间42内的驱动单元421、液压站422、温控单元423以及电气控制柜424；所述磨料供应组件包括设于所述第二机器间43内的增压泵431、恒温水箱432、空压机433以及磨料灌434；所述驱动单元421采用内燃机驱动钢轨打磨车，避免气温降低时钢轨打磨车的续航能力衰减；所述空压机433和所述磨料灌434之间、所述磨料灌434和所述打磨模块6之间均设有磨料管路62，使磨料与高压水路混合；所述液压站422和所述液压缸611之间设有液压管路63；所述磨料管路62和所述液压管路63周围均分别设有电阻丝缠绕，作为环境温度传感器，当环境温度传感器监测到环境温度低于5℃时，开始加热，基于温度传感器监测结果调整加热强度与时长，保证恒温条件，避免管路堵塞；所述恒温水箱432、所述增压泵431、所述打磨机械手613之间依次连通设有水管路64，所述恒温水箱432用于储存水源，配比一定数量的防冻液，恒温水箱内设有水温传感器，当水温传感器监测到温度低于5℃时，开始加热，基于水温传感器监测结果调整加热强度与时长，保证水箱恒温条件，进而保证水箱恒温条件；在连接恒温水箱、增压泵至打磨模块的打磨机械手的水管路周围设电阻丝缠绕，启动加热后与恒温水箱同步温度调节，保证恒温条件，避免管路堵塞；同时，非打磨作业状态下，水管路通过阀门切换使空压机联通气压管路(图中细节未示)，清理残留的水，使水管路内保持干燥、清洁，防止结冰堵塞。所述空压机433和所述吹扫模块7之间连通设有气压管路65，连接空压机和吹扫模块，内藏于车架中，管路仅为示意，阀门等元器件图中未示意；所述吹扫模块7通过空气气压实现打磨后钢轨的多角度吹扫，保证钢轨表面的无水、无废料状态状态；本发明通过所述吹扫模块7及时清除所述打磨模块6打磨后钢轨表面的残留磨料碎屑和积水，以保证打磨后钢轨表面的洁净；本发明采用内燃机驱动钢轨打磨车，避免气温降低时钢轨打磨车的续航能力衰减的现象发生。

进一步地，如图1-图4所示，所述转向架组件2包括沿所述第一钢轨11和所述第二钢轨12的纵向轴线方向间隔布置的第一转向架21和第二转向架22；所述第一转向架21和所述第二转向架22均为两轴动力转向架，在所述第一钢轨11和第二钢轨12上左右对称布置，以保证车辆安全运行，能灵活地沿直线线路运行及顺利地通过曲线，是车辆的走行部，主要由构架、悬挂装置、牵引装置、基础制动装置、轮缘润滑装置等部件组成，由驱动系统提供动力，支撑车体，使钢轨打磨车可靠地坐落在转向架上，保证车辆安全运行，作为轨道车的走行部，保障轨道车在直线及曲线线路上运行；转向架均带动力，提升动力性能，优化爬坡能力；所述车架3设于所述第一转向架21和所述第二转向架22上，所述车架3包括中梁、侧梁、枕梁、端梁、大横梁、小横梁、纵向辅助梁等；整个车架具有强度大、刚性好、结构合理等特点。

进一步地，如图1-图4所示，所述司机室41和所述第一机器间42之间设有第一车体隔墙44，所述第一机器间42和所述第二机器间43之间设有第二车体隔墙45；通过设置车体隔墙，并根据车体功能将打磨车分隔为司机室、第一机器间和第二机器间，优化了工作人员的作业环境；所述第一车体隔墙44和第二车体隔墙45内设置保温层，有利于钢轨打磨车内部保温，为工作人员和设备系统提供较好的工作环境；所述第一车体隔墙44和所述第二车体隔墙45上设有开关门，用于分隔所述司机室、所述第一机器间和所述第二机器间，以便于相关工作人员进出；本发明通过设置车体隔墙，根据车体功能将打磨车分隔为司机室、第一机器间和第二机器间，优化了工作人员的作业环境；其中，所述第一机器间42内设有驱动单元421、液压站422、温控单元423、打磨模块6以及电气控制柜424；所述第二机器间43主要用于存放水和磨料的水射流打磨消耗品；所述司机室41内设有司机操作台411和司机座椅412；所述司机操作台411位于所述司机室41的前部，包括观察位和操作位，其中，观察位设有：风表、车辆参数显示屏、指示灯等；操作位设有：司机控制器、照明灯相关开关、空气管路相关开关、其它电控元件开关，通过这些元件实时检测和控制整车运行状态；操作位内置检测数据分析模块；所述司机座椅412包括观察位、操作位2处座椅。

进一步地，如图1-图4所示，所述驱动单元421含柴油箱、柴油机、发电机组、液力传动箱、蓄电池等，为打磨车提供能量源，并传递能量至第一转向架、第二转向架；本发明采用内燃机驱动钢轨打磨车，避免气温降低时钢轨打磨车的续航能力衰减的现象发生。所述液压站422用于为打磨模块6的上升和下降提供液压动力；所述温控单元423用于驱动单元421、空压机433、增压泵431、液压站422等发热设备的冷却；所述温控单元通过管路连接配合将发热设备产生的热量传递给司机间和2#机器间，降低顶置空调8的能耗；

所述电气控制柜424设于所述第一机器间42和所述第二机器间43之间，其内部安装有打磨车运行相关控制所需的硬件设备；所述第一车体隔墙44设于所述驱动单元421靠近车头的一侧；所述第二车体隔墙45设于所述电气控制柜424的侧面中央位置，使得所述电气控制柜424部分设于所述所述第一机器间42内，部分设于所述第二机器间43内，以便于实现打磨模块相关设备的控制；所述第二机器间43内的所述增压泵431用于为所述恒温水箱432内的水增压，经增压泵后水压最高可到达420Mpa以上，用于水射流打磨；所述空压机433用于为打磨车的空气制动提供动力，为水射流的打磨模块6提供磨料传输的动力，为吹扫模块7提供动力；所述恒温水箱432用于存储水源；所述恒温水箱432内设有水温传感器，当水温传感器监测到温度低于5℃时，开始加热，基于温度传感器监测结果调整加热强度与时长，保证水箱恒温条件；所述磨料罐434用于储存磨料，其采用滚筒式设计，能够防止磨料板结；所述第一机器间42内的所述温控单元423用于所述驱动单元421、所述空压机433、所述增压泵431、所述液压站422等发热设备的冷却。

进一步地，如图1-图4所示，所述检测模块5位于司机室区域，设置于打磨车车架3底部前端，用于实现钢轨状态的检测，基于高速摄像机对钢轨进行图像采集，并将检测数据传输至司机操作台内置的检测数据分析模块，为钢轨打磨模式(打磨模块各构件姿态和打磨参数)的确定提供输入条件；同时，可以提前对线路上的异物进行排查，保障打磨作业的安全。

进一步地，如图1-图4所示，所述待打磨钢轨组件1包括平行间隔设置的第一钢轨11和第二钢轨12，表征直线线路钢轨、曲线线路钢轨、道岔；所述打磨模块6设于所述第一机器间42的区域，包括平行间隔设于所述车架3底部的多组相互独立的打磨单元61；所述打磨单元61在第一钢轨11和第二钢轨12上沿钢轨的纵向轴线优选的左右对称分布3组，分别负责所述第一钢轨11的打磨和所述第二钢轨12的打磨；通过3组共6个独立的打磨单元分别对第一钢轨和第二钢轨拟合钢轨廓形进行打磨；每个打磨单元61结构均相同，均包括设于所述车架3底部的液压缸611、设于所述液压缸611底部的升降连接杆612、设于所述升降连接杆612底部的打磨机械手613；所述液压缸611由液压站422驱动，用以实现打磨模块的升降，同时用以实现打磨机械手竖直方向的高度调节；所述打磨机械手613为所述升降连接杆612的末端执行构件，通过其上的旋转副实现不同角度的钢轨水射流打磨；本发明采用磨料后混入式水射流打磨，即在打磨机械手内混合腔将磨料汇入水射流中；3组打磨单元相对独立设置，能够提高水射流打磨的效率和准确性。

进一步地，如图1-图4所示，所述顶置空调8在所述车身4的顶部分区设置，分别位于位于所述司机室41的顶部、所述第一机器间42的顶部以及所述第二机器间43的顶部，用以保证车身4内空间恒温环境，有利于不同区域的温度控制，均为冷暖车载专用车顶单元式空调，空调为薄型设计的一体机，体积小、重量轻，保证下部室内空间恒温环境；在第一机器间42内配置温控系统，负责驱动系统、空压机、增压泵、液压站等发热设备的冷却；同时，通过管路连接配合将发热设备产生的热量传递给司机间和机器间，降低顶置空调的能耗。所述车身4的车体内设保温层，所述车身4的前端司机室的外部设有照明灯46，具备防雨的功能。

如图5-图6所示，本发明的另一个方面提供一种基于温度控制的适用于高寒地区的水射流打磨方法，具体作业包括如下步骤：

S1：启动恒温水箱，通过温度传感器保证水箱恒温条件；恒温水箱内含一定比例的防冻液，无论水射流钢轨打磨车启动与否，均启动，基于温度传感器，保证水箱恒温条件；

S2：启动水射流钢轨打磨车、顶置空调以及水管路，使水射流钢轨打磨车高速行驶至打磨区域后切换至低速行驶；具体地，启动水射流钢轨打磨车，使磨料罐内部滚筒滚动，防止磨料板结；启动顶置空调对水射流钢轨打磨车内部空间加热；预热并启动水管路，启动加热后与恒温水箱同步温度调节，保证恒温条件，避免管路堵塞；水射流钢轨打磨车高速行驶至打磨区域后切换至低速行驶；

S3：开启检测模块，通过检测模块对钢轨进行图像采集并传输数据至水射流钢轨打磨车的检测数据分析模块，检测数据分析模块分析并明确钢轨打磨模式；具体地，在打磨开始前，开启检测模块，检测模块基于高速摄像机对钢轨进行图像采集，并传输数据至水射流钢轨打磨车的检测数据分析模块；检测数据分析模块，分析并明确钢轨打磨模式，包括确定打磨模块各构件姿态和打磨参数；

S4：启动水管路、增压泵、液压站以及打磨模块按照步骤S3得出的钢轨打磨模式拟合钢轨廓形进行不同角度的钢轨打磨，打磨过程中基于检测模块的实时监测和反馈机制实时调整打磨模式，并在打磨完毕后及时启动空压机驱动吹扫模块实现打磨后钢轨的多角度吹扫，保证钢轨表面的无水、无废料状态；

具体地，包括如下步骤：

S41：通过水管路连接恒温水箱，通过增压泵为恒温水箱内的水增压，水管路产生的水射流在打磨模块的打磨机械手混合腔内高速流动产生了一定的真空度，使得混合腔内与磨料罐外部大气压产生压力差，磨料在重力和气流的共同作用下被吸入打磨机械手混合腔内，被迫与水射流进行混合；

S42：启动液压站，通过液压管路连接打磨模块的液压缸，通过液压缸驱动打磨模块的升降连接杆下降，打磨机械手由收拢状态启动，通过两个旋转副实现不同角度的磨料水射流对钢轨内侧打磨；同时，基于检测模块采集数据，水射流钢轨打磨车的检测数据分析模块实时更新打磨模式，打磨模块的升降连接杆升降，打磨机械手姿态调整，进行实时自适应打磨，从而实现打磨模式的实时调整；

S43：打磨完毕后，启动空压机驱动吹扫模块实现打磨后钢轨的多角度吹扫，保证钢轨表面的无水、无废料状态；

S5：检测模块接收停止打磨指令，结束打磨模式,水管路通过阀门切换使空压机联通气压管路，清理残留的水，使水管路内保持干燥、清洁，防止结冰堵塞；具体包括增压泵停止作业；液压站通过液压管路连接打磨模块的液压缸，驱动打磨模块的升降连接杆上升，打磨机械手恢复收拢状态；吹扫模块停止作业；水管路通过阀门切换使空压机联通气压管路，清理残留的水，使水管路内保持干燥、清洁，防止结冰堵塞。

S6：水射流钢轨打磨车高速驶离打磨区域，关闭顶置空调和温控系统，停止管路加热，打磨作业结束。

本发明提供的一种基于温度控制的高寒地区水射流打磨系统的工作原理：在平行间隔的待打磨钢轨上设能够行走的转向架组件，在转向架组件上设车架，在车架上设车身、检测模块、打磨模块、吹扫模块以及顶置空调组件；当处于打磨作业状态时，检测模块开始检测，驱动单元驱动打磨模块下降，呈打磨状态，打磨模块基于检测模块的检测结果进行自适应打磨，车架后端的吹扫模块作业对打磨后的钢轨开始清扫；当处于非打磨作业状态时，检测模块停止检测，驱动单元驱动打磨模块上升，使其呈收缩状态，吹扫模块停止清扫；在车身内设车体隔墙，将打磨车分隔为司机室、用于安装驱动系统和打磨模块的第一机器间、用于存放水和磨料等水射流打磨消耗品的第二机器间，优化了工作人员的作业环境；通过检测模块指导打磨模块调整打磨模式，实现自适应、智能化打磨作业，同时，能够提前对线路上的异物进行排查，保障打磨作业的安全；在第一机器间设驱动单元、液压站、温控单元、电气控制柜，在第二机器间内设增压泵、水箱、空压机、磨料灌，通过驱动单元为打磨车提供能量源，通过液压站为打磨模块的上升和下降提供液压动力，通过增压泵为水箱内的水增压，以用于水射流打磨，通过空压机为打磨车的空气制动提供动力，为打磨模块提供磨料传输的动力，为吹扫模块提供动力，通过温控单元为驱动单元、空压机、增压泵以及液压站的发热进行冷却，本发明通过水射流打磨代替砂轮接触式打磨，节能环保，减少了粉尘、噪声污染，水射流打磨主要是消耗水，节约能源，同时也避免了火灾隐患；在车架底部设平行间隔的第一打磨单元和第二打磨单元，通过2组相对独立的打磨单元分别对两轨道的内侧进行打磨，能够提高水射流打磨的效率和准确性；更重要的是，本发明针对高寒地区的低温环境，开展特殊设计：磨料罐采用滚筒式设计，通过滚动防止磨料由于低温而板结；在液压管路和磨料管路上设温度传感器，保证管路恒温条件，以避免管路堵塞；在水箱内设置水温传感器，保证水箱恒温条件；车身顶部各开间相应区域分别设置顶置空调，以保证环境温度，使得本发明能够适用于高寒地区水射流钢轨打磨；本发明能够解决现有的钢轨打磨粉尘、烟雾、噪声污染环境、工况恶劣、不环保，钢轨打磨产生火星不安全，水箱、水管路在低温环境下易凝固，无法实现既定功能，钢轨打磨后残留水渍和磨料影响行车工况等一系列问题。

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，并不用于限制本发明，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)

1.一种基于温度控制的高寒地区水射流打磨系统，其特征在于：包括在待打磨钢轨组件(1)上行走的转向架组件(2)、设于所述转向架组件(2)上的车架(3)、设于所述车架(3)上的车身(4)、检测模块(5)、打磨模块(6)、和吹扫模块(7)以及设于所述车身(4)上的驱动控制组件、磨料供应组件和顶置空调(8)；其中，

所述磨料罐(434)采用滚筒式设计，以防止磨料板结；所述所述车身(4)内设有检测数据分析模块，所述检测数据分析模块与所述检测模块(5)通信连接；所述驱动控制组件包括驱动单元(421)、液压站(422)、温控单元(423)以及电气控制柜(424)；所述磨料供应组件包括增压泵(431)、恒温水箱(432)、空压机(433)以及磨料灌(434)；所述驱动单元(421)采用内燃机驱动钢轨打磨车，避免气温降低时钢轨打磨车的续航能力衰减；所述空压机(433)和所述磨料灌(434)之间、所述磨料灌(434)和所述打磨模块(6)之间均通过磨料管路(62)实现磨料与高压水路混合；所述液压站(422)和所述液压缸(611)之间设有液压管路(63)；所述磨料管路(62)和所述液压管路(63)周围分别设有环境温度传感器，保证恒温条件避免管路堵塞；所述恒温水箱(432)、所述增压泵(431)、所述打磨模块(6)之间依次连通设有水管路(64)，所述恒温水箱(432)内设有水温传感器，用以保证水箱恒温条件，满足高寒地区钢轨打磨工况；通过所述检测模块(5)检测钢轨打磨状态数据并传输至检测数据分析模块确定打磨模式，并指导所述打磨模块(6)实现高寒地区水射流钢轨打磨作业的自适应和智能化；通过吹扫模块(7)实现打磨后钢轨的多角度吹扫，实现钢轨表面的干净整洁。

2.根据权利要求1所述的一种基于温度控制的高寒地区水射流打磨系统，其特征在于：所述车身(4)包括由前向后依次布置的司机室(41)、用于安装驱动系统和打磨系统的第一机器间(42)、用于存放水和磨料的第二机器间(43)，且各自相邻接处设有车体隔墙，车身和车体隔墙上均设有保温层；所述驱动控制组件设于所述第一机器间(42)内；所述磨料供应组件设于所述第二机器间(43)内；

所述驱动单元(421)用于为打磨车提供能量源；所述液压站(422)用于为所述打磨模块(6)的上升和下降提供液压动力；

所述增压泵(431)用于为所述恒温水箱(432)内的水增压；

所述空压机(433)用于为打磨车的空气制动提供动力和为所述打磨模块(6)提供磨料传输的动力以及为所述吹扫模块(7)提供动力。

3.根据权利要求2所述的一种基于温度控制的高寒地区水射流打磨系统，其特征在于：所述温控单元(423)用于为所述驱动单元(421)、所述空压机(433)、所述增压泵(431)以及所述液压站(422)的发热进行冷却；通过管路连接配合将发热设备产生的热量传递给所述司机室(41)、第一机器间(42)和第二机器间(43)，以降低顶置空调(8)的能耗。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种基于温度控制的高寒地区水射流打磨系统，其特征在于：所述待打磨钢轨组件(1)包括平行间隔设置的第一钢轨(11)和第二钢轨(12)；

所述打磨模块(6)包括平行间隔设于所述车架(3)底部的多组相互独立的打磨单元(61)；所述打磨单元(61)在第一钢轨(11)和第二钢轨(12)上沿钢轨的纵向轴线优选的左右对称分布多组，分别负责所述第一钢轨(11)的打磨和所述第二钢轨(12)的打磨；

所述打磨单元(61)包括设于所述车架(3)底部的液压缸(611)、设于所述液压缸(611)底部的升降连接杆(612)、设于所述升降连接杆(612)底部的打磨机械手(613)；通过所述液压站(422)驱动所述液压缸(611)实现所述打磨机械手(613)竖直方向的高度调节；

所述打磨机械手(613)通过旋转副实现不同角度的调节。

5.根据权利要求2或3所述的一种基于温度控制的高寒地区水射流打磨系统，其特征在于：所述顶置空调组件(8)在所述司机室(41)的顶部、所述第一机器间(42)的顶部以及所述第二机器间(43)的顶部分别设置，用以保证车身(4)内恒温环境。

6.根据权利要求2或3所述的一种基于温度控制的高寒地区水射流打磨系统，其特征在于：所述电气控制柜(424)设于所述第一机器间(42)和所述第二机器间(43)之间；所述驱动单元(421)靠近车头的一侧设有第一车体隔墙(44)；所述电气控制柜(424)的侧面中央位置设有第二车体隔墙(45)，使得所述电气控制柜(424)部分设于所述所述第一机器间(42)内，部分设于所述第二机器间(43)内，以便于实现打磨模块相关设备的控制。

7.根据权利要求4所述的一种基于温度控制的高寒地区水射流打磨系统，其特征在于：所述转向架组件(2)包括沿所述第一钢轨(11)和所述第二钢轨(12)的纵向轴线方向间隔布置的第一转向架(21)和第二转向架(22)；

所述第一转向架(21)和所述第二转向架(22)均为两轴动力转向架，在所述第一钢轨(11)和第二钢轨(12)上左右对称布置，以保证车辆安全运行，能灵活地沿直线线路运行及顺利地通过曲线。

8.根据权利要求7所述的一种基于温度控制的高寒地区水射流打磨系统，其特征在于：所述车架(3)设于所述第一转向架(21)和所述第二转向架(22)上；所述车架(3)包括中梁、侧梁、枕梁、端梁、大横梁、小横梁、纵向辅助梁。

9.根据权利要求1-3中任一项、7或8所述的一种基于温度控制的高寒地区水射流打磨系统，其特征在于：所述空压机(433)和所述吹扫模块(7)之间连通设有气压管路(65)，所述气压管路(65)内藏于所述车架(3)中；

所述检测模块(5)设置于车架(3)的底部、车体的前端。

10.一种适用于高寒地区的水射流打磨方法，应用如权利要求1-9中任一项所述的一种基于温度控制的高寒地区水射流打磨系统实现，包括如下步骤：

S1：启动恒温水箱，通过温度传感器保证水箱恒温条件；

S2：启动水射流钢轨打磨车、顶置空调以及水管路，使水射流钢轨打磨车高速行驶至打磨区域后切换至低速行驶；

S3：开启检测模块，通过检测模块对钢轨进行图像采集并传输数据至水射流钢轨打磨车的检测数据分析模块，检测数据分析模块分析并明确钢轨打磨模式；

S4：启动水管路、增压泵、液压站以及打磨模块按照步骤S3得出的钢轨打磨模式拟合钢轨廓形进行不同角度的钢轨打磨，打磨过程中基于检测模块的实时监测和反馈机制实时调整打磨模式，并在打磨完毕后及时启动空压机驱动吹扫模块实现打磨后钢轨的多角度吹扫，保证钢轨表面的无水、无废料状态；

S5：检测模块接收停止打磨指令，结束打磨模式,水管路通过阀门切换使空压机联通气压管路，清理残留的水，使水管路内保持干燥、清洁，防止结冰堵塞；

S6：水射流钢轨打磨车高速驶离打磨区域，关闭顶置空调和温控系统，停止管路加热，打磨作业结束。

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