多功能铁路轨道与供电电缆清洁机器人设计

文/宋子诏

1　铁路轨道与供电电缆清洁机器人研发背景

当今中国铁路建设步伐建设逐步加快。但随着高铁和动车速度的提升，威胁越来越多。越多的垃圾进入铁路轨道或供电电缆上，轻则引起列车供电不稳定，使列车自动停车从而造成事故；重则将高压电引入列车车体上，造成工作人员或旅客触电死亡，产生极大危害。

但是目前国内外仅有部分功能低端的轨道垃圾清洁产品，并且需要依赖人工操作，针对铁路供电电缆清洁垃圾的产品尚未出现。

2　铁路轨道与供电电缆清洁机器人整机组成

针对国内外对轨道及轨道上方的供电电缆垃圾清理和灰尘清洁的迫切需求，本文设计了适用于铁路轨道垃圾清理及供电电缆垃圾清洁的多功能机器人，该智能机器人可实现对铁路轨道、铁路上部的供电线缆的垃圾清理和回收工作，如图1。

3　铁路轨道与供电电缆清洁机器人结构设计

3.1　轨道与线缆清洁机器人移动底盘

主要实现带动机器人在铁路轨道上行进功能，包括：清洁机器人移动底盘车体、清洁机器人底盘驱动部件、清洁机器人轮系部件、清洁机器人能源部件。

3.2　列车避让变形机构

通过自身机构动作，对轨道与线缆清洁机器人移动底盘进行位置变换，使机器人移动底盘及附属机构完成从铁路轨道上移开动作，进而实现对列车的避让功能，主要部件为：变形机构基体、变形驱动机构等。

3.3　轨道清洁与垃圾清理机构

该机构可对铁轨上大、轻型垃圾进行强气流吸附，对微小垃圾颗粒或附着物进行强气流吹离和清洁，包括：铁轨附着物清洁机构、铁轨垃圾吸附机构。其中铁轨附着物清洁机构还包括轨道高压喷头、轨道高压喷头供气管道等结构。铁轨垃圾吸附机构则包括高压吸盘、高压吸管、高压涡轮风机、过滤网等结构。

3.4　供电电缆清洁与探伤机构

供电电缆清洁与探伤机构包含的部件有：供电电缆清洁头、供电电缆垃圾清理爪、供电电缆清洁支臂、横向微调装置等。通过控制不同的执行机构动作，将对应的功能机构送至供电电缆附近。

3.5　能源获取机构

该机构主要包括接触网取电机构、风能捕获机构、太阳能捕获机构。通过接触网取电、风能发电和太阳能发电，从而保证清洁机器人始终拥有充足的电力供应。

3.6　环境参数采集机构

该机构主要实现对清洁机器人周围环境图像、视频以及器前方列车到来信号的采集功能，包括环境影像获取机构、列车信号检测机构。

3.7　控制机构

该结构为机器人控制核心，包括控制模块、驱动和通讯模块等。

3.8　功能载荷机构

包括：轨道损伤探测机构等。

4　铁路轨道与供电电缆清洁机器人工作方法

4.1　清洁机器人从行走状态变形实现对列车避让功能

机器人对列车躲避时，控制变形驱动模块从而驱动变形驱动机构动作，带动变形机构基体发生变形动作；在变形过程中，控制重心调节机构实现变形的高可靠性，机器人逐渐远离铁轨，最终实现对列车避让功能；当列车通过后，列车避让变形机构恢复原状，机器人重新回到轨道上工作。

4.2　清洁机器人实现多功能电能采集功能

采集伸缩杆驱动电机向上移动，带动供电电缆受电弓与供电电缆接触，实现取电功能；风能捕获风轮将捕获的电能输送至能源部件中；太阳能则将发出的电能输送至能源部件存储。

图1：多功能铁路轨道与供电电缆清洁机器人

4.3　清洁机器人实现轨道垃圾吸附、轨道清洁及探平功能

高压涡轮风机工作，实现对轨道上垃圾吸附并回收至垃圾回收箱中。轨道清洁高压气泵通过强气流对轨道上垃圾微粒及附着物的吹离。同时，驱动清洁擦实现对轨道上垃圾微粒及附着物的清洁工作。

4.4　清洁机器人实现供电电缆垃圾清理、清洁及电缆探伤功能

4.4.1清洁机器人实现供电电缆垃圾清理和清洁功能

供电电缆清洁支臂上升至供电电缆上垃圾所在的位置处，供电电缆垃圾清理爪实现对供电电缆上垃圾的清理功能；同时供电电缆清洁头实现对供电电缆的清洁；

4.4.2清洁机器人实现供电电缆探伤功能

供电电缆清洁支臂上升至供电电缆附近，电缆探伤机构实现对供电电缆的探伤功能。

5　结束语

本文针对国内铁路轨道及供电电缆上垃圾无法有效清除的难题，设计了多功能铁路轨道与供电电缆清洁机器人设计，实现了对铁轨及电缆多种垃圾清理和清洁功能，大大提升了铁路垃圾的清理效率，保障了铁车行驶的安全性，对提升和加快我国铁路建设的自动化和智能化建设具有重大的意义。