轨道车辆轮对全自动激光清洗系统及清洗方法与流程

1.本发明主要涉及激光清洗技术领域，具体涉及一种轨道车辆轮对全自动激光清洗系统及清洗方法。


背景技术：

2.轮对是轨道交通车辆最重要的一种配件。由于车轮和车轴都是用没有添加合金元素的碳素钢制造的，而这往往会成为发生裂纹和脆性断裂的原因，所以轮对在运行一段时间以后必须进行检修。
3.检修前，需要将轮轴及轮辐上的涂层彻底剥离下来。传统的方法是通过机械摩擦、化学试剂等进行清洗，这些方法虽然可以剥离涂层，但是效率很低、污染环境，并且作业人员劳动强度很大，还可能会对轮对表面造成损伤，以至于对下一步探伤造成影响。
4.而激光清洗具备清洗效果好、综合成本低、无耗材免维护、无污染等优点。在轮胎模具清洗、大型船体清洗、飞机表面清洗等方面已经开始实现工程化应用，目前被认为是最可靠、最有效的清洗方式。激光清洗配以自动化系统，能够实现全自动化激光清洗作业。自动化激光清洗节省了人力、进一步地提高了清洗效率，且对提高清洗质量稳定性、优化轮对检修工艺工序等具有更加深远的影响。
5.专利申请cn111570408a公开了一种火车轮对激光清洗系统，其通过两个相互对正的定位支撑机构举起轮对，在定位支撑机构旁设置有用于驱使轮对在升降机构上旋转的轮对转动机构，通过转动机构上的滚轮侧向抵接轮对，从而实现轮对的旋转。而在实际轮对检修产线上，轮对的型号多样并且个别轮对还带有齿轮箱。该专利申请中定位支撑系统里的升降机构，通过轮对轴端正下方的蜗轮蜗杆顶升器抬升轮对，此升降机构因为自身高度高、升降行程短等问题限制了轮对轮轴的离地高度，从而限制了可进行激光清洗的轮对型号；该专利申请为了解决专利申请cn107030040a中的轮对打滑问题，使用滚轮侧向抵接轮对的方式避免打滑并驱动轮对旋转。滚轮驱动组件会受到相应的反作用力，不仅滚轮组件易损坏，而且轮对在其升降机构上是活动定位的，侧向力的施加会造成滚轮旋转中心跳动，难以改善打滑现象；并且专利申请cn111570408a和cn107030040a中都只有轮对定位机构，需要人工将轮对定位到清洗工位上，只能实现半自动化的激光清洗作业。
6.为了满足多种型号轮对的激光清洗，实现全自动化激光清洗作业，需要提供一种轨道车辆轮对激光清洗装置(系统)，以解决以上问题。目前尚未发现同本发明类似技术的说明或者报道，也尚未收集到国内外类似的资料。


技术实现要素：

7.本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种结构简单、自动化程度高、清洗效率高的轨道车辆轮对全自动激光清洗系统及清洗方法。
8.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
9.一种轨道车辆轮对全自动激光清洗系统，包括激光清洗防护房、轮对旋转单元、轮
对转运单元和激光清洗单元；
10.所述轮对转运单元包括移动单元和抱紧驱动单元；
11.所述移动单元，用于在清洗工位与轮对流水线之间移动；
12.所述抱紧驱动单元，安装于所述移动单元上，用于抱住轮对的轮轴，并驱动所述轮对滚动；
13.所述轮对旋转单元，安装于所述激光清洗防护房内的清洗工位处，用于抬升清洗工位处的轮对，并驱动所述轮对旋转；
14.所述激光清洗单元，安装于所述激光清洗防护房内，用于对位于清洗工位的轮对进行全自动激光清洗。
15.作为上述技术方案的进一步改进：
16.所述轮对旋转单元包括升降机构、支撑滚轮组件、摩擦滚轮组件、底座和安装板；所述升降机构安装于底座上；所述支撑滚轮组件安装于所述安装板的下方，所述摩擦滚轮组件安装于所述安装板的上方，所述安装板通过滑动机构滑动安装于所述底座上。
17.所述滑动机构包括线性导轨、第二滑块、齿轮齿条机构和第二伺服电机；所述线性导轨安装在底座上，安装板固定在第二滑块上，第二伺服电机安装在安装板的一侧，齿轮齿条机构安装在底座上且平行于线性导轨，所述第二伺服电机通过齿轮齿条机构驱动第二滑块上的安装板移动。
18.所述升降机构包括液压油缸、机架、第一滑块、两根导向杆和定位块；液压油缸采用肩部安装的形式竖直地安装在机架(7a2)底部；两根导向杆(7a4)竖直平行地安装在机架上，液压油缸的导杆活动连接在第一滑块上，导向杆套在第一滑块的滑动轴承内侧；定位块安装在第一滑块的前部且呈v型，用于定位和支撑轮对的端部。
19.所述支撑滚轮组件包括支撑滚轮和支撑滚轮架；支撑滚轮组件对称安装在安装板底部，用于支撑安装板上部结构和轮对重量；其中支撑滚轮组件略高于底座；摩擦滚轮组件包括第二驱动电机、摩擦轮和摩擦滚轮架，摩擦滚轮组件对称的安装在安装板的两侧，摩擦轮与支撑滚轮位于同一轴线上。
20.所述安装板的各侧均安装有两个摩擦滚轮组件，同一侧的两个摩擦滚轮组件中两个摩擦轮与轮对之间形成稳定的三角支撑结构。
21.所述抱紧驱动单元包括第一气缸、小滚轮组件、第一连接板、大滚轮组件和底板；
22.所述小滚轮组件和大滚轮组件均安装于所述底板上，所述第一气缸位于所述移动单元上，所述底板的两侧通过第一连接板安装在所述第一气缸上；
23.所述大滚轮组件包括大滚轮、滚轮架和第一伺服电机；所述大滚轮安装在所述滚轮架上，且通过第一伺服电机驱动旋转；
24.所述底板的下底面左右两侧安装有线性导轨，所述线性导轨上设有滑块，滑块上安装有第二连接板，两组小滚轮组件安装在第二连接板上表面；第三气缸的尾座和导杆顶部分别安装在两侧的第二连接板下表面。
25.所述小滚轮组件包括支撑架、第三滑块、小滚轮和第二气缸；小滚轮安装在第三滑块上，所述第三滑块滑动于所述支撑架上，第二气缸安装在支撑架上且与第三滑块活动连接。
26.所述激光清洗单元包括激光清洗桁架机器人单元、六轴机器人和激光头；所述激
光清洗桁架机器人单元上安装有相互平行的一组直线导轨和安装板，六轴机器人安装在安装板，所述安装板滑动在所述直线导轨上，所述激光头安装在六轴机器人的端部。
27.本发明还公开了一种基于如上所述的轨道车辆轮对全自动激光清洗系统的全自动激光清洗方法，包括步骤：
28.s1、所述移动单元将抱紧驱动单元从清洗工位移动至轮对流水线上轮对的下方；
29.s2、所述抱紧驱动单元向上升起，抱住轮对的轮轴，并驱动所述轮对滚动至清洗工位；
30.s3、所述轮对旋转单元抬升清洗工位处的轮对以支撑轮对，再驱动轮对旋转；
31.s4、所述激光清洗单元对位于清洗工位的旋转轮对进行全自动激光清洗。
32.与现有技术相比，本发明的优点在于：
33.(1)本发明通过移动单元将抱紧驱动单元移动至待清洗的轮对下方，再通过抱紧驱动单元实现对轮轴的抱紧，然后再驱动轮对滚动至清洗工位处，再通过轮对旋转单元将轮对进行旋转，再通过激光清洗单元实现对轮对的全自动激光清洗；上述整体结构简单、实现了轮对的自动上料和下料，提高了激光清洗的自动化程度和运行效率。
34.(2)本发明通过在rgv小车上设有视觉检测单元，对轮对的规格型号进行识别，后续的旋转作业可根据轮对规格进行调整；整体结构可以适用于不同型号的轮对，实现对不同型号轮对的激光清洗，减少了成本投入了，提高了运行效率。
35.(3)本发明在进行轮对转运的过程中，不使用rgv小车的动力，而是通过第一伺服电机驱动大滚轮转动，从而使得轮对滚动而牵引rgv小车移动，避免了轮对在轨道上的滑动摩擦，防止磨损踏面，避免对后续探伤等工序的影响。
36.(4)本发明的支撑滚轮组件和摩擦滚轮组件的位置可以根据轮对的规程进行适当调整，保证后续轮对支撑及旋转的稳定性和可靠性；其中摩擦滚轮与支撑滚轮基本位于同一轴线上，进一步地保证支撑以及后续旋转的稳定性；其中两个摩擦滚轮与轮对中心线的夹角为60度，形成稳定的三角支撑结构，有效保证轮对旋转时和稳定性和对中性。
附图说明
37.图1为本发明的系统在轮对流水线上的位置示意图；
38.图2为本发明的系统在具体实施例中的整体结构示意图；
39.图3为本发明的轮对旋转单元、轮对转运装置、激光清洗桁架机器装置人之间的配合关系示意图；
40.图4为本发明的轮对旋转单元其中一侧结构示意图；
41.图5为本发明的轮对旋转单元另外一侧结构示意图；
42.图6为本发明的轮对转运装置其中一侧的结构示意图；
43.图7为本发明的轮对转运装置中rgv小车与抱紧驱动单元配合关系示意图；
44.图8为本发明的激光清洗桁架机器人单元结构示意图。
45.图例说明：5、rgv小车；5a、第一驱动电机；5b、离合器；5c、车架；5d、轨道车轮；6、抱紧驱动单元；6a、第一气缸；6b、小滚轮组件；6b1、支撑架；6b2、第三滑块；6b3、小滚轮；6b4、第二气缸；6c、第一连接板；6d、线性导轨；6e、大滚轮组件；6e1、大滚轮；6e2、滚轮架；6e3、第一伺服电机；6f、第三气缸；6g、底板；6h、第二连接板；7、轮对旋转单元；7a、升降机构；7a1、
液压油缸；7a2、机架；7a3、第一滑块；7a4、导向杆；7a5、定位块；7b、支撑滚轮组件；7b1、支撑滚轮；7b2、支撑滚轮架；7c、摩擦滚轮组件；7c1、第二驱动电机；7c2、摩擦轮；7c3、摩擦滚轮架；7d、底座；7e、线性导轨；7f、滚轮安装板；7g、第二滑块；7h、齿轮齿条机构；7i、第二伺服电机；8、激光清洗桁架机器人单元；8a、桁架；8a1、横梁；8a2、立柱；8b、机器人安装板；8c、直线导轨；9、激光清洗防护房；9a、卷帘门；9b、检修门；9c、警示灯；10、轮对；10a、端部；10b、车轮；10c、轮轴；11、地面；12、轨道；13、轻制轨道；14、六轴机器人；15、激光头。
具体实施方式
46.以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
47.如图1至图3所示，本实施例的轨道车辆轮对全自动激光清洗系统，包括激光清洗防护房9、轮对旋转单元7、轮对转运单元和激光清洗单元；轮对旋转单元7，安装于激光清洗防护房9的清洗工位处，用于抬升清洗工位处的轮对10，并驱动轮对10旋转；轮对转运单元包括移动单元(如rgv小车5)和抱紧驱动单元6；抱紧驱动单元6，安装于rgv小车5上，用于抱住轮对10的轮轴10c，并驱动轮对10滚动；移动单元，用于将抱紧驱动单元6从清洗工位移动至轮对流水线10的任意位置处；激光清洗单元，用于对位于清洗工位的轮对10进行全自动激光清洗。具体地，轮对旋转单元7在轮对流水线10的轨道12两侧对称安装，其主要作用是抬升轮对10的轮轴端部10a以及驱动轮对10旋转；两条轻制轨道13平行铺设在轮对轨道12中间，rgv小车5在轻制轨道13上行走。
48.本发明的轨道车辆轮对全自动激光清洗系统，通过移动单元将抱紧驱动单元6移动至待清洗的轮对10下方，再通过抱紧驱动单元6实现对轮轴10c的抱紧，然后再驱动轮对10滚动至清洗工位处，再通过轮对旋转单元7将轮对10进行旋转，再通过激光清洗单元实现对轮对10的全自动激光清洗；上述整体结构简单、实现了轮对的自动上料和下料，提高了激光清洗的自动化程度和运行效率。
49.在一具体实施例中，如图6至图7所示，轮对转运单元主要包括rgv小车5、抱紧驱动单元6和两根互相平行的轻质轨道13。其中轻质轨道13平行铺设于轮对流水线中间，rgv小车5放置在轻质轨道13并沿轮对流水线布置方向自由穿梭。其中rgv小车5包括第一驱动电机5a、离合器5b、车架5c和轨道车轮5d；其中第一驱动电机5a、离合器5b、轨道车轮5d和齿轮组等驱动组件都安装在车架5c底部；离合器5b安装在第一驱动电机5a与齿轮组之间，起到断开动力连接的作用；其中在rgv小车上安装有视觉识别单元，能够识别不同型号的轮对，便于后续抱紧驱动单元6对轮对的有效夹持；
50.抱紧驱动单元6包括第一气缸6a、小滚轮组件6b、第一连接板6c、线性导轨6d、大滚轮组件6e、第三气缸6f和夹具底板6g；其中第一气缸6a固定在车架5c上，抱紧驱动单元6整体通过第一连接板6c安装在rgv小车5上；通过第一气缸6a的抬升，将夹具6与车轴10c抵接；
51.两组大滚轮组件6e分别包括大滚轮6e1、滚轮架6e2和第一伺服电机6e3；底板6g在大滚轮组件6e的安装处开孔，大滚轮组件6e安装在底板6g下底面后要略高于底板6g顶面；其中大滚轮6e1安装于滚轮架6e2上，第一伺服电机6e3则驱动大滚轮6e1转动；在转运轮对10过程中，rgv小车5的离合器5b断开自身驱动力，通过第一伺服电机6e3驱动大滚轮6e1转动，从而使得轮对10滚动而牵引rgv小车5移动，避免了轮对10在轨道12上的滑动摩擦，防止磨损踏面，避免对后续探伤等工序的影响；
52.一组相互平行的线性导轨6d安装于底板6g的下底面左右两侧,两组小滚轮组件6b通过滚轮支撑架6b1安装在两侧线性导轨6d的滑块(图中未示出)上，滑块上安装有第二连接板6h。第三气缸6f的尾座和导杆顶部分别安装在两侧的第二连接板6h上，通过第三气缸6f的运动带动第二连接板6h运动，从而带动两滑块上的小滚轮组件6b进行开合作业；
53.小滚轮组件6b包括支撑架6b1、第三滑块6b2、小滚轮6b3和第二气缸6b4。小滚轮6b3安装在第三滑块6b2上，第三滑块6b2滑动于支撑架6b1上，第二气缸6b4安装在支撑架6b1上与第三滑块6b2活动连接。通过第二气缸6b4驱动第三滑块6b2滑动，从而使小滚轮组件6b实现上下升降，满足不同类型轮对的需求。
54.另外，在rgv小车5的上方设有视觉检测单元(如工业相机等，图中未示出)，用于对轮对10的规格型号进行识别，以便于后续轮对10的顶升与旋转作业。
55.在一具体实施例中，如图4至图5所示，轮对旋转单元7包括升降机构7a、支撑滚轮组件7b、摩擦滚轮组件7c、底座7d、线性导轨7e、滚轮安装板7f、滑块7g、齿轮齿条机构7h和第二伺服电机7i；
56.其中升降机构7a包括液压油缸7a1、机架7a2、第一滑块7a3、两根导向杆7a4和定位块7a5；液压油缸7a1采用肩部安装的形式竖直地安装在机架7a2底部，底座7d对应位置开有圆形避位孔，避免液压油缸7a1安装时的干涉；两根导向杆7a4竖直平行地安装在机架7a2上，液压油缸7a1的导杆活动连接在第一滑块7a3上，导向杆7a4套在第一滑块7a3滑动轴承内侧，起到导向与润滑的作用；v型定位块7a5安装在第一滑块7a3的前部，v型定位块7a5能够起到定位和支撑车轴端部10a的作用；上述升降机构7a采用液压抬升的方式，整体安装在轮对10的轴端10a之外(即位于底座7d的外侧)，避免了与轮对流水线上轮对10的干涉；另外采用液压油缸7a1具有更长的行程和更低的极限位置，进一步避免其与轮对10的干涉；
57.两根相互平行的线性导轨7e安装在底座7d上,安装板7f固定在第二滑块7g上，一台第二伺服电机7i安装在安装板7f的一侧,齿轮齿条机构7h平行于直线导轨7e安装在底座7d上，第二伺服电机7i通过齿轮齿条机构7h与第二滑块7g相连，从而使第二滑块7g上的安装板7f能够顺畅的前后滑动；在未进行工作时，安装板7f能够收缩至轮对流水线外，避免与轮对干涉；在进行工作时，通过工业相机识别到轮对10对应的规格型号后，通过控制第二伺服电机7i运动，以使安装板7f上的支撑滚轮组件7b和摩擦滚轮组件7c移至合适位置(即车轮10b的正下方)，便于支撑和旋转轮对10；
58.其中支撑滚轮组件7b由支撑滚轮7b1和支撑滚轮架7b2组成，支撑滚轮7b1安装在支撑滚轮架7b2上。其中在底座7d上设有两条槽，避免支撑滚轮组件7b前后移动时发生干涉。支撑滚轮组件7b对称的安装在安装板7f底部，起到支撑上部结构和轮对重量的作用。两个支撑滚轮组件7b安装后都要略高于底座7d,保证支撑滚轮组件7b与地面11接触；
59.其中摩擦滚轮组件7c由第二驱动电机7c1、聚氨酯摩擦轮7c2和摩擦滚轮架7c3组成；摩擦滚轮组件7c对称的安装在安装板7f的两侧，第二驱动电机7c1驱动摩擦滚轮架7c3上的聚氨酯摩擦轮7c2转动。其中聚氨酯摩擦滚轮7c2与支撑滚轮7b1基本位于同一轴线上，保证支撑以及后续旋转的稳定性。安装板7f各侧均设有两个聚氨酯摩擦轮7c2，两个聚氨酯摩擦轮7c2与轮对10中心线的夹角为60度，形成稳定的三角支撑结构，有效保证轮对旋转时和稳定性和对中性。
60.在一具体实施例中，如图8所示，激光清洗桁架机器人单元8上安装有相互平行的
一组直线导轨8c和机器人安装板8b,六轴机器人14安装在安装板8b上，安装板8b滑动于直线导轨8c上。激光清洗桁架机器人单元8的桁架8a由两根立柱8a2和一根横梁8a1焊接而成；其中六轴机器人14侧挂安装在桁架8a上，通过直线导轨8c实现横向移动；激光头15安装在六轴机器人14的端部，实现对轮对10的全自动清洗。
61.在一具体实施例中，如图1所示，激光清洗防护房9的前后都安装有快速卷帘门9a,左右两侧开有检修门9b；激光清洗防护房9的顶部安装有三色警示灯9c,用来显示内部系统的运行情况。
62.本发明还公开了一种基于如上所述的轨道车辆轮对全自动激光清洗系统的全自动激光清洗方法，包括步骤：
63.s1、移动单元将抱紧驱动单元6从清洗工位移动至轮对流水线上轮对10的下方；
64.s2、抱紧驱动单元6向上升起，抱住轮对10的轮轴10c，并驱动轮对10滚动至清洗工位；
65.s3、轮对旋转单元7抬升清洗工位处的轮对10，并驱动轮对10旋转；
66.s4、激光清洗单元对位于清洗工位的旋转轮对10进行全自动激光清洗。
67.本发明的全自动激光清洗方法，能够全自动化的实现轮对10的自动上下料、转运、激光清洗等作业，提高自动化程度和清洗效率。
68.下面结合一具体的完整实施例对本发明做进一步说明：
69.步骤一、待清洗的轨道车辆轮对10的两个车轮10b沿轨道13被转运到待清洗区域内，此时激光清洗防护房9的快速卷帘门9a处于开启状态；
70.rgv小车5通过自身驱动力沿着轨道13移动到待清洗的轮对10正下方，通过视觉识别单元识别轮对型号，此时第一气缸6a和第二气缸6b4处于收缩状态，抱紧驱动单元6整体处在最低位置，避免与轮轴10c干涉；另外两个小滚轮组件6b也处于张开状态；
71.然后第一气缸6a抬升，使大滚轮组件6e与轮轴10c抵触；然后第二气缸6b4抬升小滚轮组件6b至最高位置，第三气缸6f收缩，带动两个小滚轮组件6b的小滚轮6b3与轮轴10c抵触，即两个小滚轮组件6b处于闭合状态，从而“抱住”了轮对；
72.步骤二、rgv小车5的离合器5b断开与第一驱动电机5a的连接，第一伺服电机6e3开始带动大滚轮6e1旋转，从而驱动轮对10滚动；轮对10沿着轨道13向激光清洗工位滚动，rgv小车5被牵引着移动，直至轮对10被转运到激光清洗防护房9内的清洗工位上；
73.步骤三、在轮对10转运的过程中，第二伺服电机7i不启动，即摩擦滚轮组件7c和支撑滚轮组件7b还处于内缩回的状态(即均位于底座7d的外侧，远离轮对10的中心)；升降机构7a的液压油缸7a1也处于收缩状态，v型定位块7a5处于行程最小处；即此时的轮对旋转单元7不会与轮对10发生干涉；
74.当轮对10转运到清洗工位后，抱紧驱动单元6和rgv小车5与轮对10脱开；然后升降机构7a的液压油缸7a1抬升v型定位块7a5，轮对10的端部10a粗定位到定位块上，再将轮对10抬升到一定高度，摩擦滚轮组件7c与支撑滚轮组件7b向底座7d的内侧(即轮对10的中心)伸出，移动到车轮10b的正下方；升降机构7a缓慢下落，将轮对10平稳放置到摩擦滚轮组件7c上，第二驱动电机7c1启动，摩擦滚轮组件7c驱使轮对10转动；
75.步骤四、待激光清洗防护房9的前后快速卷帘门9a关闭后，激光清洗头15发出激光光束，六轴机器人14配合直线导轨8c沿着预设轨迹运动，实现轮对的激光清洗作业；
76.轮对的激光清洗作业完成后，第二驱动电机7c1停止，轮对10停止转动；升降机构7a抬升轮对10，脱离轮对10与滚轮组件7c的接触；其他机构退回到清洗前的状态后，升降机构7a将轮对10再次落回到轨道13上；重复上述步骤二，将轮对10运出激光清洗防护房9。
77.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。