多功能鐵路軌道與供電電纜清潔機器人設計

文/宋子詔

1　鐵路軌道與供電電纜清潔機器人研發背景

當今中國鐵路建設步伐建設逐步加快。但隨著高鐵和動車速度的提升，威脅越來越多。越多的垃圾進入鐵路軌道或供電電纜上，輕則引起列車供電不穩定，使列車自動停車從而造成事故；重則將高壓電引入列車車體上，造成工作人員或旅客觸電死亡，產生極大危害。

但是目前國內外僅有部分功能低端的軌道垃圾清潔產品，并且需要依賴人工操作，針對鐵路供電電纜清潔垃圾的產品尚未出現。

2　鐵路軌道與供電電纜清潔機器人整機組成

針對國內外對軌道及軌道上方的供電電纜垃圾清理和灰塵清潔的迫切需求，本文設計了適用于鐵路軌道垃圾清理及供電電纜垃圾清潔的多功能機器人，該智能機器人可實現對鐵路軌道、鐵路上部的供電線纜的垃圾清理和回收工作，如圖1。

3　鐵路軌道與供電電纜清潔機器人結構設計

3.1　軌道與線纜清潔機器人移動底盤

主要實現帶動機器人在鐵路軌道上行進功能，包括：清潔機器人移動底盤車體、清潔機器人底盤驅動部件、清潔機器人輪系部件、清潔機器人能源部件。

3.2　列車避讓變形機構

通過自身機構動作，對軌道與線纜清潔機器人移動底盤進行位置變換，使機器人移動底盤及附屬機構完成從鐵路軌道上移開動作，進而實現對列車的避讓功能，主要部件為：變形機構基體、變形驅動機構等。

3.3　軌道清潔與垃圾清理機構

該機構可對鐵軌上大、輕型垃圾進行強氣流吸附，對微小垃圾顆粒或附著物進行強氣流吹離和清潔，包括：鐵軌附著物清潔機構、鐵軌垃圾吸附機構。其中鐵軌附著物清潔機構還包括軌道高壓噴頭、軌道高壓噴頭供氣管道等結構。鐵軌垃圾吸附機構則包括高壓吸盤、高壓吸管、高壓渦輪風機、過濾網等結構。

3.4　供電電纜清潔與探傷機構

供電電纜清潔與探傷機構包含的部件有：供電電纜清潔頭、供電電纜垃圾清理爪、供電電纜清潔支臂、橫向微調裝置等。通過控制不同的執行機構動作，將對應的功能機構送至供電電纜附近。

3.5　能源獲取機構

該機構主要包括接觸網取電機構、風能捕獲機構、太陽能捕獲機構。通過接觸網取電、風能發電和太陽能發電，從而保證清潔機器人始終擁有充足的電力供應。

3.6　環境參數采集機構

該機構主要實現對清潔機器人周圍環境圖像、視頻以及器前方列車到來信號的采集功能，包括環境影像獲取機構、列車信號檢測機構。

3.7　控制機構

該結構為機器人控制核心，包括控制模塊、驅動和通訊模塊等。

3.8　功能載荷機構

包括：軌道損傷探測機構等。

4　鐵路軌道與供電電纜清潔機器人工作方法

4.1　清潔機器人從行走狀態變形實現對列車避讓功能

機器人對列車躲避時，控制變形驅動模塊從而驅動變形驅動機構動作，帶動變形機構基體發生變形動作；在變形過程中，控制重心調節機構實現變形的高可靠性，機器人逐漸遠離鐵軌，最終實現對列車避讓功能；當列車通過后，列車避讓變形機構恢復原狀，機器人重新回到軌道上工作。

4.2　清潔機器人實現多功能電能采集功能

采集伸縮桿驅動電機向上移動，帶動供電電纜受電弓與供電電纜接觸，實現取電功能；風能捕獲風輪將捕獲的電能輸送至能源部件中；太陽能則將發出的電能輸送至能源部件存儲。

圖1：多功能鐵路軌道與供電電纜清潔機器人

4.3　清潔機器人實現軌道垃圾吸附、軌道清潔及探平功能

高壓渦輪風機工作，實現對軌道上垃圾吸附并回收至垃圾回收箱中。軌道清潔高壓氣泵通過強氣流對軌道上垃圾微粒及附著物的吹離。同時，驅動清潔擦實現對軌道上垃圾微粒及附著物的清潔工作。

4.4　清潔機器人實現供電電纜垃圾清理、清潔及電纜探傷功能

4.4.1清潔機器人實現供電電纜垃圾清理和清潔功能

供電電纜清潔支臂上升至供電電纜上垃圾所在的位置處，供電電纜垃圾清理爪實現對供電電纜上垃圾的清理功能；同時供電電纜清潔頭實現對供電電纜的清潔；

4.4.2清潔機器人實現供電電纜探傷功能

供電電纜清潔支臂上升至供電電纜附近，電纜探傷機構實現對供電電纜的探傷功能。

5　結束語

本文針對國內鐵路軌道及供電電纜上垃圾無法有效清除的難題，設計了多功能鐵路軌道與供電電纜清潔機器人設計，實現了對鐵軌及電纜多種垃圾清理和清潔功能，大大提升了鐵路垃圾的清理效率，保障了鐵車行駛的安全性，對提升和加快我國鐵路建設的自動化和智能化建設具有重大的意義。