CN115916423A - 铁路轨道或车轮的表面调节 - Google Patents
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Abstract
一种用于铁路轨道2和/或铁路车辆车轮7的表面调节装置1,该装置包括:DC电源3;气体供应9;等离子体输送头13,连接以接收来自所述电源3的DC电和来自所述气体供应9的气体;以及点火器6,用于点燃所述等离子体输送头13中的所述气体:其中,在使用中,通过点燃所述输送头13中的所述气体,在所述输送头内13产生等离子体,并将带有气体的等离子体从所述输送头吹到铁路轨道2和/或铁路车辆车轮7上,从而调节所述轨道2和/或者车轮7。
Description
技术领域
本发明一般涉及表面调节领域,特别是用于铁路轨道和铁路车辆车轮的表面调节装置和方法,以帮助保持轨道与车轮界面的最佳状态。
背景技术
铁路轨道的表面状况对铁路网络运营商提出真正的挑战,他们必须确保轨道得到良好维护,并保持在轨道车辆通行的最佳状态。通常由钢材制成的铁路轨道受到过往车辆的相当大的作用力,可导致表面和结构磨损,同时也暴露在不利和频繁变化的天气条件下,以及全年的其他环境危害。轨道与车轮之间的界面,通常是钢对钢的界面,提供一种节能组合,但事实证明,这种界面对污染非常敏感。降水、露水、落叶、局部温度变化、极端天气条件、植被和其他碎屑,都是可能影响轨道表面状况,从而影响轨道车辆通过的一些事件。这些污染物中的大多数都含有大量的水,这会影响车轮在轨道表面的附着力。
轨道车辆的平稳、安全和高效运行依赖于钢轨和钢轮之间的摩擦。使用传统制动器的轨道车辆的可预测和优化制动的基础是创建可靠的轨道-车轮界面,该界面具有足够的摩擦力以达到所需的减速率。当轨道变得光滑或油腻时,摩擦可以减少,这通常是因为雨水、露水、油等液体,甚至是落叶腐烂掉在线路上,并可变得压实。这可能导致水溶性叶子成分和钢轨涂层之间发生化学反应。这种涂层是半永久性的,因此可需要时间才能被列车通过充分磨损。就湿气和碎屑而言,铁路轨道表面条件的这种差异和不可预测性可给网络运营商带来真正的挑战。在发生这种情况之前,他们必须预测超车车辆所经历的低摩擦条件导致车辆打滑的可能性,并采取措施将影响降至最低。他们必须对轨道状况进行持续监测,以标记出关注的区域,并再次采取措施纠正这些区域。他们必须确保列车沿线路有足够的间隔,以确保根据多变的地面条件考虑到所需的停车距离。由于这些条件随时都可能发生变化,特别是由于天气多变而导致的环境条件,因此发生问题非常常见。铁路网络运营商很快就会延误或取消列车,而不会危及乘客安全。时间表经常会因季节不同而改变,例如在英国,人们会定期制定秋季时间表,以预测落叶季节的延迟。这给铁路行业带来了相当大的成本。据估计,单单在英国,每年在线休假的直接成本约为6000万英镑,估计相当于3.5亿英镑左右的社会成本。
当列车首次出发并开始移动时,轨道与车轮界面处的摩擦损失会影响牵引力,对于货运列车,这会影响牵引能力。车轮可旋转,在某些情况下,列车无法移动。这些低摩擦条件会导致车轮与轨道界面之间的附着力差,也会导致制动和停车时出现问题。摩擦力的大量损失导致制动力降低,这意味着停车距离要长得多,在铁路网内调度列车时必须考虑到这一点。在极端情况下,车轮甚至可能抱死,导致火车滑入轨道。这可对车轮和轨道造成相当大的损坏。如果驾驶员没有留出足够的距离使列车停止,车站站台也可超调。
当雪和冰沉积在轨道上时,会导致出现这种低附着力条件,使轨道车辆在制动过程中容易滑动或打滑,同时也会导致列车难以起步。但不太明显的情况,如一段时间的干旱天气后的小雨,或铁路上的晨露,也可能导致铁路网面临严峻的铁路条件。对轨道表面状况的影响可只是短期的,但这种影响的不可预测性可能足以使过往轨道车辆发生重大事故。试验表明,低附着力事件与露点的发生有着密切的关系,露点是指空气中的水蒸气冷凝到轨头上,形成液膜。这种油膜会导致车轮与轨道之间的界面失去牵引力。
其他影响因素被认为包括从闸瓦到盘式制动器的移动,这意味着轨道的某些表面清洁和调节不再因磨损而发生。人们还认为,铁路网络运营商不再需要进行足够的线路维护,而这在蒸汽机车时代是必不可少的,以防止植被起火。植被的额外生长增加了叶片的供应量,叶片落到生产线上的数量增加,从而加剧了问题。它还可能影响某些地区的露点和当地气候。在极端情况下,树叶物质的积累会使车轮与轨道电绝缘,从而导致信号故障。当树叶物质将车轮与轨道电绝缘,从而导致信号故障时,这可能会导致诸如错误侧轨道电路故障(WSTCF)之类的事件。当列车因无法停车而滑过信号机时,也可发生其他事件,如信号危险通过或SPAD。
轨道车辆通常配备车轮防滑保护装置,以应对光滑的轨道条件。当车轮被锁定时,可以将平点磨成钢圈,尤其是当车轮进入轨道的防滑部分时,车轮仍在滑动。这可能会导致车轮扁平,车轮形状与原来的轮廓不同,从而导致严重振动,需要重新修整车轮,甚至需要以相当大的费用更换车轮。
为了应对这种多变的环境,已经尝试了多种不同的轨道表面处理方法,许多方法正在运行中。这些方法包括使用喷射器清除任何沉积物或碎屑,例如在某种形式的机械擦洗装置旁边使用喷水器。还对钢轨进行了激光喷砂试验。或在轨道和/或车轮上涂上高摩擦材料,例如将沙子作为糊状物或其他方式沉积,或在轨道上涂上附着力改性化学品。在制动和加速过程中,沙子有助于粘合。然而,使用沙子可能会增加不必要绝缘的风险,因此沙子也可能含有金属颗粒。例如,粘着改性剂,如SanditeTM,沙子、铝颗粒和粘合剂的组合。用沙子和诸如SanditeTM之类的物质对轨道进行喷砂或涂层被认为不能提供经济合理的解决方案,也不能认为将这些物质释放到环境中是对环境友好的。目前使用的替代涂层包括TrackGrip 60TM(TG60TM),一种钢轨粘着增强剂或Electragel,由悬浮在凝胶中的钢颗粒和沙子组成。为了解决轨道上湿气和结露的问题,从而改善牵引和阻抗性能,钢轨通常采用疏水产品进行处理。在轨道上涂敷这些涂层或处理通常需要专用列车或轨道车辆,也可能需要手动或手动涂敷。在英国,这些车辆通常包括轨头处理列车或RHTT,或多用途车辆或MPV。同样,铁路网络运营商面临的挑战是,要将其纳入网络的整体运营中,确保此类铁路车辆的通行,或在轨道不使用的时候应用此类涂层和物质。
在经常出现显著低附着力的特定地点或轨道部分,如车站引道上,可能安装了牵引凝胶涂敷器。当轨道车辆通过时,这些液体将作用于轨头。
这些过程只在短时间内有效。一旦下一片树叶掉落,或由于列车经过时的空气动力学湍流而被固定在轨道上,或其他碎屑沿线路降落,轨道上的喷射爆破就无效。沙和其他处理产品直接沉积在轨道或轨头上可能更耐用,但这些物质很容易被雨水冲走。
现有技术展示了许多试图以各种方式满足这些需求的设备。
US 3 685 454(英国铁路局)公开一种使用支撑在车辆上的等离子炬或多个等离子炬清洁钢轨以提高轮轨附着力的方法。该装置包括安装在载体上的电磁探测器,用于在火炬头不再作用于距所述轨道适当距离的轨道上时检测和发送错误信号。本文件介绍使用等离子焊炬调节轨道表面,但更关注的是焊炬头相对于轨道的定位,而不是将高效和高效等离子发电与轨道-轨道界面应用相结合。
GB 1 179 391(Tetronics研发有限公司)公开一种通过使用超大气高电流密度电弧等离子体源的气体流出物处理金属表面来清洁金属表面的设备和方法。在一个实施例中,该装置被配置为并入铁路机车或有轨电车内。本文件公开使用缩弧等离子射流来增加铁路车辆车轮踏面与轨头表面之间的摩擦。该装置安装在轨道车辆上,并在车轮踏面与轨头接触之前处理轨头。
虽然现有技术似乎解决了从轨道和/或车轮上清除一些碎屑、水分或其他物质的问题,从而提高了两个表面之间的附着力,但它并没有提出一种解决方案,即在通过的轨道车辆行驶过程中,连续或间歇地对轨道表面和/或轮表面进行处理,因此,需要铁路网络提供商的最小干预。虽然现有技术还试图通过喷砂、喷射或添加化学物质来清洁轨道表面,以解决改善摩擦从而提高轨道表面附着力的问题,但它并不提供调节所述轨道表面的方法,也不提供即时感应和响应轨道表面条件变化的方法。这些建议的解决方案无法优化轮轨界面以及一个表面与另一个表面之间的附着力,因为在整个网络和不断变化的条件下,轨道车辆的正常制动水平都可以应用。
虽然现有技术似乎介绍了等离子清洁钢轨的应用,并认识到用等离子炬处理钢轨是有效的,但它也存在一些简单地将等离子炬安装到轨道车辆上的问题,例如产生所需等离子的功率要求过高,这些建议需要将火炬安装在离待调节轨道非常近的地方,这带来了挑战,使用等离子的额外安全和维护问题尚未解决。等离子成型气体的选择也是关键。空气、氮气、氩气、氦气、氢气和蒸汽等个别气体通常用作等离子体形成气体。这些气体的混合物,如氩气和氢气、氮气和氢气、氮气和氧气也可以用来形成等离子体。人们认为,等离子体形成气体必须具有高导热性,才能向轨道提供足够的热量,高电离能和高原子量,才能提供足够的能量,从轨道上移除材料。现有技术没有解决这些问题。
发明内容
本发明的优选实施例旨在提供一种表面调节装置,用于在轨道车辆沿轨道通过期间,连续或间歇地调节轨道轨道和/或轨道车辆车轮的表面,表面调节装置通过将能量传递到轨道与车轮之间的界面,提供瞄准水和其他污染物的手段,从而有效地去除所述界面上的湿气、碎屑和其他碎屑,从而改善摩擦,从而提高它们之间的粘附力。优选实施例还旨在以节能的方式提供经调节的轨道和车轮界面,不会对轨道和/或轨道造成损害,也不会对功率要求过高。本发明的进一步实施例旨在提供一种用于轨道与车轮界面的表面调节装置,该装置直接响应条件的变化,提供并优化轨道表面的处理条件。通过优化轨道与车轮界面处的附着力,允许轨道车辆持续制动,减少车轮和/或轨道损坏的可能性,如车轮扁平。
根据本发明的一个方面,提供一种用于铁路轨道和/或铁路车辆车轮的表面调节装置,该装置包括:DC电源;气体供应;等离子体输送头,连接以接收来自所述电源的DC电和来自所述气体供应的气体;和点火器,用于点燃所述等离子体输送头中的所述气体:其中在使用中,通过点燃所述输送头中的所述气体,在所述输送头内产生等离子体,并将带有气体的等离子体从所述输送头吹到铁路轨道和/或铁路车辆车轮上,从而调节所述轨道和/或者车轮。
在本说明书的上下文中,“吹到”一般用于指向目标表面(在本例中为铁路轨道和/或铁路车辆车轮)输送等离子体。
优选地,气体可包括氮气。
气体可包括气体混合物。
气体混合物可包括氢气和氮气的混合物、或氮气和氧气的混合物。
优选地,所述气体可包括氩气作为初始气体以启动点火,以及另一种气体或气体混合物以代替氩气并产生等离子体。
优选地,电源可包括双电压逆变器电源。
表面调节装置可包括热交换系统,可操作以降低所述等离子体输送头处或附近的温度。
表面调节装置可包括防冻系统,可操作以在所述等离子体输送头处或附近循环防冻介质。
表面调节装置可包括冷却系统,可操作以在所述等离子体输送头处或附近循环冷却剂。
优选地,等离子体输送头可在300℃-1500℃的温度下操作。
表面调节装置可包括Raman分光计,可操作以感测铁路轨道和/或铁路车辆车轮上是否存在污染物,而不与轨道或车轮接触。
Raman分光计可操作以分析所述污染物的成分并指示污染水平。
表面调节装置可包括优化器,响应于所述Raman分光计的输出,可操作以优化轨道或车轮调节的能量要求。
Raman分光计可操作以感测轨道或车轮的调节的实现(achievement)水平。
表面调节装置可包括多个沿轨道行进方向间隔的所述等离子体输送头,使得所述输送头一个接一个依次调节所述轨道。
表面调节装置可包括操作界面,从而用户能够控制所述装置的操作。
根据本发明的另一个方面,提供一种调节铁路轨道和/或铁路车辆车轮的方法,该方法包括操作上述表面调节装置,以调节轨道和/或者车轮。
表面调节装置可是在铁路车辆沿所述铁路轨道行驶时在其上进行操作的。
表面调节装置可是在所述铁路车辆沿所述铁路轨道多次通过时进行操作的。
附图说明
为了更好地理解本发明,并展示如何实施本发明的实施例,现在将举例参考附图,其中:
图1显示作为示意图的表面调节装置的一个实施例,显示氮气发生器、DC电源和冷却系统之间的相互关系,以通过输出A、B和C输送冷却剂、氮气供应和高压电源;
图2在剖面图中显示等离子体输送头的一个实施例,显示图1中的输入A、B和C,将冷却剂、氮气供应和高压电源输送至等离子体输送头;
图3显示在安装在铁路车辆上时表面调节装置的一个实施例,显示所述铁路车辆的车轮之间的一对等离子体输送头;
图4显示在安装在手动轨道处理车辆上的表面调节装置的另一个实施例,显示氮气发生器、点火箱和DC电源的远程位置,操作性连接到等离子体输送头;
图5显示将表面调节装置配置为铁路轨道处理专用铁路车辆时的进一步实施例,显示安装等离子体输送头的可能位置;
图6显示在安装在机车上的表面调节装置的进一步实施例,显示将等离子体输送头安装到铁路车辆上以载客或货运的可能位置;
图7以等距视图显示图2的一对等离子体输送头,以及当配置为表面调节轨道时,等离子体输送头与铁路车辆车轮的关系;
图8显示图7中一个等离子体输送头的侧视图,以及当配置为表面调节轨道时,等离子体输送头与车轮的关系;
图9显示图2的等离子体输送头的侧视图,以及当配置为处理车轮时,等离子体输送头与铁路车辆车轮的关系;
图10以等距视图显示当配置为处理各个车轮时图2的一对等离子体输送头;和
图11至15显示一系列图表,显示表面调节装置对轨道表面状况的影响,显示连续通过时的状况变化。
在图中,相似的引用表示相似或对应的部分。
具体实施方式
应理解的是,以下所述和/或附图所示的各种特征是首选的,但不是必需的。所述和/或所示特征的组合不被视为唯一可能的组合。除非另有说明,否则在可行的情况下,可以省略、更改或以不同的组合组合各个特征。
图1显示表面调节装置1的一个实施例,显示AC三相发电机24,操作性地连接到构成表面调节装置1的多个组件,以向这些组件提供电源。发电机24的输入可来自可充电电池,也可使用再生电源。可由发电机24供电的组件包括冷却系统10、热交换器11、氮气发生器4、DC电源3、点火箱5和气体箱25。表面调节装置1可由操作员通过操作界面14手动控制。一个或多个传感器,未显示,可以与操作界面14通信,以响应一个或多个状况来操作表面调节装置1。例如,当铁路车辆8(如图3所示)开始制动时,表面调节装置1可配置为调节轨道2和/或车轮7的表面。在另一个示例中,表面调节装置1可以响应环境条件,例如轨道2附近的水分检测,或响应轨道2周围环境的温度下降。这允许表面调节直接响应检测到的特定条件,铁路车辆8检测到该状况。它还允许沿轨道2行驶的铁路车辆8在行驶时调节这些轨道2。表面调节装置1可被配置为感测和分析污染物的性质和强度。例如,如果污染物的数量低于预期,则所提供的等离子体能量可相应降低,或者对于严重污染,反之亦然。
DC电源3被配置为从发电机24接收到的AC电源中产生直流电,并向点火箱5提供DC电的高压电源12。点火箱5在等离子体输送头13内的点火器6处提供产生火花的电路,如图2所示。等离子体在等离子体输送头13内产生,通过在阳极20和阴极21之间形成电弧,从而在点火器6的尖端产生火花。等离子射流随后从等离子体输送头13喷出,并喷到轨道2或车轮7上。
表面调节装置1包括氮气发生器4。该氮气发生器4包括空气压缩机16,将压缩空气送入膜式氮气发生器15。膜式氮气生成器15分离压缩空气,并将来自该压缩空气的氮气供应送入冷凝处理18。冷凝处理18被配置为冷凝氮气,并将氮气供应至压力容器17。压力容器17对氮气加压,以产生适于通过管道输送至气体箱25的氮气供应9。
气体箱25可容纳以下一个或多个部件:一次和二次气体质量流量控制器、带行业标准以太网界面的控制PLC、控制阀和系统顺序和安全操作开关、急停电路。来自这些部件的信号都可以通过操作界面14连接到控制系统。气体箱25还可以包括联锁装置,以抑制系统操作,除非以下各项在预设限制内:冷却剂压力、温度和流量;一次、二次和/或载气压力和流量、故障指示选通、DC电源3的控制连接或DIPS电源。
图2显示等离子体输送头13,它可被称为等离子体枪或等离子体手枪。等离子体输送头13内的点火器6被配置为通过在等离子体输送头13内产生火花来点燃氮气供应9。点火器6的单个火花激发并点燃氮气供应9,并且通过添加此类热能,氮气供应9失去一些电子,变成电离并转化为等离子体。产生的等离子体由氮气供应9携带,并从DC电源3供应的高压电源12获取能量。产生的等离子体和高压电源12在大气压力下激发和电离气体,从氮气供应9产生更多等离子体。氮气供应9产生气体漩涡,并且高压电源12驱动等离子体通过喷嘴22并从等离子体输送头13吹到待调节表面,继续激发该漩涡。喷嘴22有助于容纳和浓缩等离子体。这种配置使高速等离子气流能够输送到待调节的轨道或车轮。这有助于对轨道或车轮上的污染物进行热烧蚀。
需要注意的是,体现本发明的设备优选采用非转移配置,在等离子体输送头13和待调节的轨道表面或车轮之间没有任何附加电流。
在替代实施例中,在氮气供应9之前,将第一气体引入等离子体输送头13。该第一气体容易点燃。合适的第一气体的一个例子是氩气。一旦氩气在点火器6处被火花点燃,等离子体开始形成,电流和电压可以增加,然后氮气供应9被引入等离子体输送头13,以获得稳定的等离子体。未显示的第一气体被配置为沿着与氮气供应9相同的供应管线。气体供应从氩气转换为氮气的时刻由控制电路自动确定,并定时以确保产生最佳水平的等离子体。
点火器6可只激活几秒钟,足以产生火花并点燃氮气供应9或其他适合点火的气体供应。氮气供应9可替代地包含另一种气体,该气体可以是任何单原子或双原子,也可以是气体混合物。例如,气体混合物可以包含添加到气体中的水分子。
表面调节装置1可包括冷却系统10,以确保等离子体输送头13不允许超过预定温度水平,该温度水平可对周围环境造成危险,也可由于头部组件可熔化而对等离子体输送头造成损坏。该冷却系统10的配置有助于处理等离子体输送头13所经历的高热负荷。冷却系统10可包括冷却液储液罐或冷却液发生器,以向等离子体输送头13供应冷却液19。冷却液19可包括水、油或类似流体,用于从等离子体输送头13中提取热能。
冷却系统10与热交换器11相连。热交换器产生冷却液19,然后将冷却液供应至等离子体输送头13。
图2显示通过三个输入A、B和C操作连接到图1的等离子体输送头13的一个实施例。这些输入包括来自氮气发生器4的氮气供应9,来自DC电源3的高压电源12,以及从冷却系统10到等离子体输送头13的冷却液19。等离子体输送头可以包括输送管,该输送管包括由导电材料(例如铜)制成的中空细长管,配置为向表面供应等离子体。等离子体输送头13可包括喷嘴22,用于将等离子体输送至表面。喷嘴22可以是附在等离子体输送头13的等离子体输出端的单独元件。或者,喷嘴22可以形成等离子体输送头13中的一部分,并且可以通过其几何形状,如文丘里管、发散型、收敛型或不对称型,在一端形成有效喷嘴22。喷嘴22有助于将等离子体聚焦到待处理的轨道2或车轮7的部分上。轨道2或车轮7的这一部分表面可在5mm至20mm的范围内,随时进行调节。将喷嘴22的端孔安装在距离待调节表面25mm至75mm的位置,可充分覆盖轨道2的这一部分。喷嘴22可以由金属组成,从而减少EMC排放。喷嘴22和/或等离子体输送头13可包含一些未显示的屏蔽形式,用于屏蔽周围环境。屏蔽层可以屏蔽紫外线,也可以产生空气动力学效应,以协助将等离子体输送到铁路轨道2上。
等离子体输送头13与待调节轨道或车轮之间的距离可在10mm至75mm之间。10mm至25mm的距离可有助于改善调节。
表面调节装置1可包括至少一种未显示的安装方式,用于将构成表面调节装置的部件1安装到铁路车辆8上。该安装方式可以是永久性的或可发布的。永久性方法可能包括焊接,或通过多个螺栓或铆钉固定到铁路车辆8上。
表面调节装置1可包括至少一个未显示的传感器,用于感测条件并响应该条件的变化或预定值激活表面调节装置1。该传感器可包括Raman分光计。传感器可包括热传感器、机械传感器和/或运动传感器,或其任何组合。热传感器检测到周围环境中的温度变化,这可影响轨道2的状况,并要求激活表面调节,以确保轨道2的表面不受变化的影响。热传感器可包括温度计或恒温器。传感器可包括运动传感器或速度传感器,例如加速度计或速度计,用于检测铁路车辆8的减速或制动,并在铁路车辆8制动期间激活表面调节装置1。传感器可包括摩擦传感器、视觉轨道状况传感器或滑移传感器。这应有助于防止轨道2和车轮7界面之间的滑动。该传感器还可以包括湿度传感器,用于检测轨道2周围直接环境中的露水。
图3显示当安装在典型铁路车辆8的车轮7之间时,表面调节装置1的一个实施例。车轮7沿着轨道2或轨头运行,并且安装表面调节装置1,以便在铁路车辆8通过时调节轨道2的表面。表面调节装置1包括至少一个DC电源3、至少一个氮气发生器4和至少一个等离子体输送头13。DC电源3可以是双电压逆变器电源(DIPS)。图3所示为一对相邻安装的等离子体输送头13。表面调节装置1可以包括带有多个等离子体输送头13的模块化布置。在这种模块化布置中,等离子体输送13可以安装在铁路车辆8的各个位置,以使表面调节装置1能够调节轨道2的表面和/或调节铁路车辆8车轮7的表面一次,间歇或持续。每个等离子体输送头13可以独立控制,也可以通过操作界面14(未显示)同时控制所有等离子体输送头13,操作界面14位于铁路车辆8的驾驶室内。操作界面14可以安装在铁路车辆8内的适当位置,以便铁路车辆操作员可以读取和响应的显示。
每个等离子体输送头13与氮气供应9、高压电源12和冷却液19供应相连,用于产生等离子体并将等离子体输送到轨道2和/或车轮7上。等离子体输送头13安装在铁路车辆8上,使末端与轨道2表面保持适当距离,以调节该表面。将等离子体输送头13安装在铁路车辆8的车轮7之间,可确保等离子体输送头13免受铁路车辆8的导轮7前面的更严酷条件的影响。铁路车辆8可以是任何铁路车辆8用于运送乘客或货物的机车或车厢,因此,表面调节装置1可在铁路车辆8沿轨道2的通常通过期间进行。
图4显示构成专用铁路车辆8或手动轨道处理车辆一部分的表面处理装置1。该铁路车辆8的唯一目的是沿着轨道2行驶,为这些轨道2提供调节装置。该轨道处理车辆配备运载表面调节装置1部件的车厢。在所示配置中,第二车厢运载氮气发生器4,并且该车厢与气体箱25相连。冷却系统10和DC电源3位于第一车厢内。第一车厢通过氮气供应9、高压电源12和冷却液19供应操作连接到等离子体输送头13,未显示。等离子体输送头13安装在铁路车辆8的车厢上,使得未显示的等离子体输出或喷嘴22的一端与待调节轨道2的表面紧密连通。
图5显示铁路车辆8或轨道处理车辆的另一个实施例,该车辆沿着铁路车辆8的底盘每隔一段距离安装一对等离子体输送头13。当没有货运或客运列车需要使用该线路时,该轨道处理车辆对轨道2进行调节。图6显示当安装在典型铁路车辆8(如机车)内时的表面调节装置1,其在所述铁路车辆8沿线路通常通过期间提供调节轨道2的优点。此模块化布置中显示两个等离子体输送头13,安装在铁路车辆8的底盘上,并且可能还有一对等离子体输送头13位于铁路车辆8另一侧的类似位置。此模块化配置允许多个等离子体输送头13同时在不同位置调节轨道,以确保铁路轨道2表面的完全覆盖和调节。因此,轨道2的每个部分都要经过多次表面调节,而轨道车辆8只经过一次。
对于图3至图6中的每一个,等离子体输送头13可以额外或替代地安装,以调节铁路车辆8的车轮7的表面,如图9和图10所示。在这些实施例中,等离子体输送头13的安装方式应确保输出或喷嘴朝向,但距离,需要调节的铁路车辆8的每个车轮7的表面。
构成表面调节装置1的一些部件可能位于距离这些铁路车辆8内的等离子体输送头13相当远的位置。这使得表面调节系统1的任何笨重或重型部件都可以位于铁路车辆8中更合适的位置。构成表面调节的敏感元件装置1可配备缓冲器或减振元件(未显示),以防止这些元件在运行期间受到振动和冲击。
如图所示,表面监测装置29可操作性地连接至优化器31,用于将指令反馈至表面调节装置1,以确保所需的表面处理得到优化。优化器31可以通过未显示的控制装置发送指令,以激活进一步的表面处理过程。
图7和图8显示当等离子体输送头13被配置为调节轨道2的表面时,等离子体输送头13相对于车轮7的一种可能布置的等距视图和侧视图。等离子体输送头13安装在铁路车辆8的每侧,并且与车轮7和车轴23保持适当的间距。
图9和图10显示等离子体输送头13的一种可能布置的等距视图和侧视图,其配置用于对铁路车辆8的车轮7(而非轨道2)进行表面调节。
图11、12、13、14和15所示的图表说明表面上的污染水平,以及表面调节装置1经过表面时的影响。图中的主峰表示污染强度,频率表示化合物类型。强度值是无量纲的,因为它直接与RAMAN分光计算法相关。在图11中,存在高强度的纤维素、醋酸纤维素和胰蛋白酶。这些关键化合物是叶层污染存在的指示器。等离子体已经被调谐以靶向这些化合物并将其去除。
这可以从等离子体在同一表面上的逐渐通过看出。每个图显示每次等离子通过时强度是如何降低的,直到不再有任何明显的叶层残留,以及表面处理装置1通过后表面条件的变化。图11显示在通过表面处理装置2之前通过RAMAN光谱学获得的结果,以灰色显示,以及处理后的表面状况结果,以深灰色显示。此图表示在等离子体输送头13和轨道2之间的15mm处理高度进行的实验。
图12、13、14和15显示一系列图表,其中每个图表显示表面调节装置1在轨道2上以20mm的处理高度再次通过的结果。图12显示从较浅的灰色线所示的第一条件到表面调节装置1第一次通过后的结果的变化。主峰似乎分裂,这表示两种不同的污染成分。图13显示第二次通过的结果,以深灰色显示,与第一次通过后的结果相关,以浅灰色显示。峰的大小已大大减小。图14显示再次通过表面调节装置1后相同表面的状况,其中第二次通过后的结果显示为浅灰色,第三次通过后结果显示为深灰色。山峰变得更加平坦。图15显示表面处理设备1的进一步或第四道处理的结果。此处以浅灰色显示第三道处理的效果,以深灰色显示第四道的效果。峰值现已基本消除,表明在连续第四次通过后,表面条件已得到优化。
如果提供Raman分光计,则可以将其配置为扫描铁路网络上驾驶员或其他操作员特别感兴趣的频率。这些频率可能与轨道上预期污染物的成分相对应。例如,具有从包含640、1430、1480、1260、1213、1240、1580、2000cm-1的组中选择的波数的频率。潜在感兴趣的污染物可包括纤维素、醋酸纤维素和酪氨酸。
通过将拉曼光谱分析限制在特定感兴趣的频率,对应于预期感兴趣的污染物,可以比扫描宽带频率更快地进行扫描。这使得驾驶员或其他操作人员可以更快地获得关键数据,从而提高铁路网络的安全性。
拉曼光谱分析结果可显示给驾驶室中的驾驶员或负责维护轨道状况的人员。显示器可能会显示表示受监控轨道状况的详细数据。此外,它也可以简单地指示受监控轨道的状况是好还是坏,例如用勾号或叉号表示。这使驾驶员或轨道管理人员能够快速响应速度变化或请求轨道调节,而无需花费时间分析更详细的数据。
污染物可以称为第一层和第二层(分别是轨道2和车轮7)之间的第三层。
在本规范中,动词“包括”具有正常的字典含义,表示非排他性包含。也就是说,使用单词“包括”(或其任何衍生物)来包括一个或多个特征,并不排除也包括其他特征的可能性。“优选”一词(或其任何衍生物)表示一个或多个优选但非必要的特征。
本说明书中公开的所有或任何特征(包括任何随附的权利要求书、摘要和附图)和/或所公开的任何方法或过程的所有或任一步骤可以以任何组合进行组合,但其中至少一些特征和/或步骤相互排斥的组合除外。
除非另有明确说明,否则本规范中披露的每个特征(包括任何随附的权利要求书、摘要和附图)可由用于相同、等效或类似目的的替代特征代替。因此,除非另有明确说明,否则所公开的每个特征仅是等效或类似特征的通用系列的一个示例。
本发明不限于上述实施例的细节。本发明延伸至本说明书中所公开的特征的任何新颖的一种或任何新颖的组合(包括任何附带的权利要求书、摘要和附图),或如此公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖或任何新颖组合。
Claims (21)
1.一种用于铁路轨道和/或铁路车辆车轮的表面调节装置,该装置包括:
DC电源;
气体供应;
等离子体输送头,连接以接收来自所述电源的DC电和来自所述气体供应的气体;和
点火器,用于点燃所述等离子体输送头中的所述气体:
其中,在使用中,通过点燃所述输送头中的所述气体,在所述输送头内产生等离子体,并将带有气体的等离子体从所述输送头吹到铁路轨道和/或铁路车辆车轮上,从而调节所述轨道和/或者车轮。
2.根据权利要求1所述的表面调节装置,其中所述气体包括氮气。
3.根据权利要求1或2所述的表面调节装置,其中所述气体包括气体混合物。
4.根据权利要求2和3所述的表面调节装置,其中所述气体混合物包括氢气和氮气的混合物、或氮气和氧气的混合物。
5.根据任一前述权利要求所述的表面调节装置,其中所述气体包括氩气作为初始气体以启动点火,以及另一种气体或气体混合物以代替氩气并产生等离子体。
6.根据任一前述权利要求所述的表面调节装置,其中所述电源是双电压逆变器电源。
7.根据任一前述权利要求所述的表面调节装置,还包括热交换系统,可操作以降低所述等离子体输送头处或附近的温度。
8.根据任一前述权利要求所述的表面调节装置,还包括防冻系统,可操作以在所述等离子体输送头处或附近循环防冻介质。
9.根据任一前述权利要求所述的表面调节装置,还包括冷却系统,可操作以在所述等离子体输送头处或附近循环冷却剂。
10.根据任一前述权利要求所述的表面调节装置,其中所述等离子体输送头在300℃-1500℃的温度下操作。
11.根据任一前述权利要求所述的表面调节装置,还包括Raman分光计,可操作以感测铁路轨道和/或铁路车辆车轮上是否存在污染物,而不与轨道或车轮接触。
12.根据权利要求11所述的表面调节装置,其中所述Raman分光计可操作以分析所述污染物的成分并指示污染水平。
13.根据权利要求11或12所述的表面调节装置,还包括优化器,响应于所述Raman分光计的输出,可操作以优化轨道或车轮调节的能量要求。
14.根据权利要求11、12或13所述的表面调节装置,还包括Raman分光计,可操作以感测轨道或车轮的调节的实现水平。
15.根据任一前述权利要求所述的表面调节装置,包括多个沿轨道行进方向间隔的所述等离子体输送头,使得所述输送头一个接一个依次调节所述轨道。
16.根据任一前述权利要求所述的表面调节装置,包括操作界面,从而用户能够控制所述装置的操作。
17.表面调节装置,基本上参考附图如上文所述。
18.一种调节铁路轨道和/或铁路车辆车轮的方法,该方法包括操作根据前述权利要求中任一项所述的表面调节装置,以调节轨道和/或者车轮。
19.根据权利要求18所述的方法,其中所述表面调节装置是在铁路车辆沿所述铁路轨道行驶时在其上进行操作的。
20.根据权利要求18或19所述的方法,其中所述表面调节装置是在所述铁路车辆沿所述铁路轨道多次通过时进行操作的。
21.一种调节铁路轨道和/或铁路车辆车轮的方法,该方法基本上如上文参考附图所述。
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