專利名稱：一種采用激光清潔鋼軌的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。主要涉及半導(dǎo)體激光器在交通運(yùn)輸?shù)膽?yīng)用，特別 適合于平時(shí)的鋼軌維護(hù)，其中軌道運(yùn)輸包括鐵路、地鐵和輕軌等。
背景技術(shù)：
隨著人類社會(huì)的進(jìn)步，人口流動(dòng)和貨物運(yùn)送量的日益增加，致使交通運(yùn)輸?shù)膲毫?也越來(lái)越重。鋼軌交通因其出貨量大和運(yùn)送速度快等優(yōu)點(diǎn)，已成為了交通運(yùn)輸中的主力軍。 鋼軌交通主要包括鐵路、地鐵和輕軌等有軌裝置車，它在中國(guó)乃至全世界有很大的發(fā)展。目前世界鐵路約137萬(wàn)公里，超過(guò)60%是標(biāo)準(zhǔn)軌距中國(guó)8. 6萬(wàn)公里，美國(guó)22. 6萬(wàn) 公里，日本2. 7萬(wàn)公里，印度6. 3萬(wàn)公里，歐盟23. 7萬(wàn)公里，俄羅斯8. 6萬(wàn)公里。從上述數(shù) 據(jù)可看出鐵路運(yùn)輸在世界各個(gè)國(guó)家具有很廣闊的分布，我國(guó)未來(lái)幾年在鐵路建設(shè)上也有新 的發(fā)展。在地鐵建設(shè)方面，我國(guó)各城市地鐵建設(shè)規(guī)劃，2010年地鐵建設(shè)達(dá)480公里，2011 15年達(dá)2411公里，2016 20達(dá)3053公里，2011 2015年地鐵新增線路長(zhǎng)度復(fù)合增速為 21%, 2010 15年地鐵建設(shè)投資規(guī)劃額將達(dá)11568億元，2011 2015年的預(yù)計(jì)投資額是 2010年的5. 93倍。在輕軌方面也同樣有大的發(fā)展。由以上數(shù)據(jù)可看出鋼軌交通在我國(guó)未 來(lái)的規(guī)劃藍(lán)圖是非常宏偉的。相對(duì)于鋼軌交通的巨大發(fā)展，鋼軌的日常維護(hù)卻顯得不足。目前主要是通過(guò)人力 采用起道器、直軌器、液壓起道器、軌枕板快速起道器、液壓拔通器、方枕器、軌距調(diào)整器和 橋用起道器等一些工具對(duì)鋼軌的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，而欠缺對(duì)鋼軌本身的處理。鋼軌在長(zhǎng)年累 月的使用中，一般露置于野外，人煙稀少，對(duì)于鋼軌表面的油污、樹(shù)葉和砂石等污質(zhì)不能及 時(shí)清除，然后在裝置車的擠壓下凝集于鋼軌表面。經(jīng)過(guò)常年累月的積累，造成鋼軌變形，形 成安全隱患。一種及時(shí)簡(jiǎn)單的鋼軌清洗裝置變得必要，激光清洗是一種理想的選擇。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決鋼軌及時(shí)可靠的清洗問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種采用激光清潔鋼軌的方 法，可得到很好的效果，同時(shí)實(shí)現(xiàn)低成本、大規(guī)模的應(yīng)用。本方法通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、高壓噴霧器將液體經(jīng)高壓噴頭以不低于IMPa的壓力直接對(duì)鋼軌進(jìn)行沖 洗，并殘留下一層液膜；步驟二、大功率半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直，然后經(jīng)柱透鏡聚焦形 成長(zhǎng)度與鋼軌等寬的矩形光斑，照射軌道使液膜氣化帶走污漬；步驟三、鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流通過(guò)兩根氣體輸出管經(jīng)激光頭上的前向氣體輸入端、 側(cè)向氣體輸入端將氣化后的污質(zhì)吹離鋼軌；本發(fā)明的有益效果，此裝置具有運(yùn)行成本低、使用壽命長(zhǎng)、綠色無(wú)污染、清洗對(duì)象 廣泛和實(shí)用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可用于鋼軌的日常維護(hù)。安全性高，非接觸性清洗；清洗速度快； 清洗方法簡(jiǎn)便，清洗設(shè)備簡(jiǎn)單。


圖1為該裝置的前視圖；圖2為該裝置的剖面視圖；圖3為半導(dǎo)體激光器的光路；圖4為激光頭示意圖；圖5為激光清洗的掃描光斑；
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一、結(jié)合圖1-6說(shuō)明本實(shí)施方式，一種采用激光清潔鋼軌的方法，該 方法由以下步驟完成步驟一、高壓噴霧器2將液體經(jīng)高壓噴頭3以不低于IMPa的壓力直接對(duì)鋼軌進(jìn)行 沖洗，并殘留下一層液膜；步驟二、大功率半導(dǎo)體激光器41發(fā)出的激光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡42準(zhǔn)直，然后經(jīng)柱透鏡51 聚焦形成長(zhǎng)度與鋼軌等寬的矩形光斑，照射軌道使液膜氣化帶走污漬；步驟三、鼓風(fēng)機(jī)6產(chǎn)生的氣流通過(guò)兩根氣體輸出管7經(jīng)激光頭5上的前向氣體輸 入端52、側(cè)向氣體輸入端53將氣化后的污質(zhì)吹離鋼軌；具體實(shí)施方式
二高壓噴霧器2產(chǎn)生的壓力達(dá)IMPa以上，噴射液體具有廉價(jià)、無(wú)害、易于吸收激光的 特點(diǎn)，如水。鋼軌清洗的過(guò)程除了表面液膜汽化帶走部分污質(zhì)外，污質(zhì)本身也受熱汽化或受 激光焦點(diǎn)處產(chǎn)生的等離子體振動(dòng)波而去除，卻不破壞鋼軌本身，同時(shí)采用鼓風(fēng)機(jī)6產(chǎn)生的 氣體將污質(zhì)吹離鋼軌表面，防止二次污染，同時(shí)吹入的氣體還有保護(hù)激光頭5不受清洗過(guò) 程中濺射的污質(zhì)損傷。半導(dǎo)體激光器41是一種功率轉(zhuǎn)換效率高、壽命長(zhǎng)、體積小重量輕的 一種激光器，其輸出光斑本身為一矩形光斑，但是由于發(fā)散角差別太大，一方半角為4°，另 一方半角可達(dá)30°，不便于直接利用，因此需要先經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直。經(jīng)過(guò)透鏡42準(zhǔn)直后，其兩個(gè)方 向的發(fā)散角小于1°，可直接進(jìn)行傳輸，因此半導(dǎo)體激光模塊4輸出的激光為準(zhǔn)直光束，其 發(fā)散角小于1°。然后再通過(guò)激光頭中的柱透鏡51，實(shí)現(xiàn)光束聚焦。
權(quán)利要求
一種采用激光清潔鋼軌的方法，其特征是，該方法由如下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、高壓噴霧器(2)將液體經(jīng)高壓噴頭(3)以不低于1MPa的壓力直接對(duì)鋼軌進(jìn)行沖洗，并殘留下一層液膜；步驟二、大功率半導(dǎo)體激光器(41)發(fā)出的激光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡(42)準(zhǔn)直，然后經(jīng)柱透鏡(51)聚焦形成長(zhǎng)度與鋼軌等寬的矩形光斑，所述激光照射軌道使步驟一中的液膜氣化；步驟三、鼓風(fēng)機(jī)(6)產(chǎn)生的氣流通過(guò)兩根氣體輸出管(7)分別經(jīng)大功率半導(dǎo)體激光器(41)上激光頭(5)的前向氣體輸入端(52)和側(cè)向氣體輸入端(53)將氣化后的液膜吹離鋼軌。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，一種采用激光清潔鋼軌的方法，其特征在于步驟一中，所述 的高壓噴霧器(2)噴出的液體，采用綠色、環(huán)保、無(wú)污染的液體，如水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述，一種采用激光清潔鋼軌的方法，其特征在于步驟二中，所述 的照射在鋼軌表面液膜上的矩形光斑，的功率密度小于104W/cm2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述，一種采用激光清潔鋼軌的方法，其特征在于步驟二中，所述 的大功率半導(dǎo)體激光器(41)，其轉(zhuǎn)化效率WPE大于40 %，工作方式可連續(xù)或脈沖，冷卻方式 可水冷或被動(dòng)冷卻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述，一種采用激光清潔鋼軌的方法，其特征在于步驟三中，所述 的激光頭(5)上部開(kāi)有準(zhǔn)直激光輸入口(55)、前向氣體輸入口(52)、側(cè)向氣體輸入口(53) 和輸出口(54)，在激光頭(5)中部通過(guò)溝槽固定一塊柱透鏡(51)，尾部焊接一個(gè)激光防護(hù) 罩(56)。
全文摘要
一種采用激光清潔鋼軌的方法，本方法，屬于激光技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，他解決了現(xiàn)有鋼軌需要人員手工清潔的問(wèn)題，本發(fā)明的方法為高壓噴霧器噴射的高壓液體先將鋼軌表面易清洗的污質(zhì)去除，同時(shí)在鋼軌表面留下一層液膜，然后通過(guò)大功率半導(dǎo)體激光器模塊發(fā)出的光照射軌道表面，汽化表面液膜，將污質(zhì)清除，而不破壞鋼軌本身，同時(shí)采用鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流將污質(zhì)吹離鋼軌表面，防止二次污染。
文檔編號(hào)B08B7/00GK101906763SQ20101024765
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月6日
發(fā)明者張俊, 王琪, 王立軍, 郝明明 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所