一种铁路钢轨回收车
技术领域
本实用新型涉及钢轨回收领域，尤其涉及一种铁路钢轨回收车。
背景技术
钢轨是铁路轨道的主要组成部件。它的作用在于引导机车车辆的车轮前进，承受车轮的巨大压力，并传递到轨枕上。在电气化铁道或自动闭塞区段，钢轨还可兼做轨道电路之用。但是随着高速铁路的发展，有些铁路路线则被遗弃掉。被遗弃的铁路上铺设的钢轨在长时间的日晒雨淋下会被腐蚀掉，造成钢材浪费。钢轨的材质比一般的钢材优质，若将这些被遗弃的钢轨回收起来进行二次利用，可以减少钢材的浪费，回收回来的钢轨可以用作其他钢材的加工材料。
现有技术中，大多数遗弃的钢轨未被回收利用，导致大量的钢铁浪费，所以亟需采取有效措施将废弃的钢轨回收起来。传统采用人工将钢轨扛走增加了工作人员的劳动强度。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种铁路钢轨回收车，根据轨道的宽度设计用于回收钢轨的回收车，让回收车在轨道上运行，由工作人员拆除钢轨旁边的扣件，通过夹取机将钢轨一头夹取到传送装置上，由传送装置将钢轨运输至回收车上与车厢同长，再通过切割装置将长出车厢外的钢轨切断，即可将钢轨回收装到车厢内。
为了实现上述目的，本实用新型提供的一种铁路钢轨回收车是这样实现的：
一种铁路钢轨回收车，包括车架、车厢、控制箱、压力传感器、传送装置、第一挡板、切割装置、夹取机，车厢安装在车架上，由车架带动着车厢在轨道上行驶，车厢竖直方向的两端设有相同的传送装置，用于将钢轨传送到车厢中，车厢前后两端分别设有第一挡板、切割装置，且车厢后端安装的是两个相同的切割装置，夹取机安装在车厢后部分，用于夹取待回收的钢轨，第一挡板的两端均设有相同的压力传感器，用于检测钢轨接触到第一挡板，并将采集到的信息传输给控制箱，由控制箱控制车架、传送装置、切割装置、夹取机的工作，当需要对钢轨进行回收时，由工作人员将钢轨旁边的扣件拆除，并每隔20米将钢轨切断，由控制箱控制夹取机夹住切断的钢轨一头，将钢轨夹起放到传送装置上，由控制箱控制传送装置将钢轨往第一挡板方向滑动，当第一挡板上的压力传感器被钢轨触碰到时，将信号传输给控制箱，由控制箱控制传送装置停止传送，接着控制切割装置将长出车厢的钢轨切断，再控制传送装置向内翻转，即可将钢轨放置到车厢中。
本实用新型的车架包括变速箱、轮对、伺服电机、横梁、轴承座，采用两套轮对作为钢轨回收车的车轮，变速箱连接在前方轮对的车轴上，两套轮对上方安装有三根相同的横梁，横梁与轮对的车轴之间采用轴承座连接，伺服电机安装在中间横梁上，伺服电机的输出轴与变速箱连接起来，由伺服电机为变速箱传动，变速箱为轮对的车轴传动，进而带动轮对转动。
本实用新型的轴承座中安装有第一轴承，将轴承套在轮对的车轴上，使得轮对转动时，不会损坏横梁。
本实用新型的车厢前方安装有发电机，为控制箱、压力传感器、传送装置、切割装置、夹取机提供电能。
本实用新型的传送装置包括第二挡板、第一钢条、滚筒、转轴、第二轴承、第一斜齿轮、第二斜齿轮、第一步进电机、第一伸缩电机、第二钢条，第二挡板安装在第二钢条上方，用于放置钢轨掉落在车厢外，滚筒设置在第一钢条与第二钢条之间，第一钢条偏车厢内侧，转轴固定在第二钢条与第二轴承之间，第二钢条两端均设有转轴和第二轴承，两个第二轴承分别固定在车厢前后两端，第一斜齿轮安装在最边上的滚筒上，第二斜齿轮安装在第一步进电机的旋转轴上，由第一步进电机带动第二斜齿轮转动，第二斜齿轮为第一斜齿轮传动，进而带动最边上的滚筒转动，第一伸缩电机的伸缩杆与第一钢条连接，当切割装置将传送到传送装置上的钢轨切断后，控制箱控制第一伸缩电机收缩伸缩杆，将第一钢条往下拉，使得传送装置往车厢内侧倾斜，进而让切断的钢轨滑到车厢中。
本实用新型的切割装置包括切割机、齿条、滑槽、直齿轮、第二步进电机，采用两个相同的切割装置安装在车厢后壁上，且每个切割装置对应一个传输装置安装，分别用于对两个传送装置接到的钢轨进行切割，其中：滑槽、第二步进电机安装在车厢后壁上，切割机安装在齿条上部分，齿条镶嵌在滑槽中，直齿轮安装在第二步进电机的输出轴上，由控制箱控制第二步进电机带动直齿轮转动，直齿轮为齿条传动，再由齿条带动切割机转动，实现对钢轨的切割。
本实用新型的车厢后壁安装切割装置的地方设置两个凹槽，便于齿条带动着切割机在车厢后壁上做上下运动。
本实用新型的夹取机包括第二伸缩电机、滑轨、第三伸缩电机、第三步进电机、电动机械爪、高清摄像头、移动架，第三步进电机安装在车厢中，第三伸缩电机安装在第三步进电机的输出轴上，滑轨安装在第三伸缩电机的伸缩杆上，第二伸缩电机和移动架安装在滑轨上，且第二伸缩电机的伸缩杆与移动架连接，电动机械爪安装在移动架正下方，高清摄像头安装在移动架下方，用于辅助电动机械爪抓取钢轨，控制箱与第二伸缩电机、第三伸缩电机、第三步进电机、电动机械爪、高清摄像头连接，控制箱控制第三步进电机向左或者向右转动后，能将电动机械爪刚好处于钢轨的正上方，控制箱控制第三伸缩电机收缩时，电动机械爪刚好能够卡在钢轨上，控制箱控制第三伸缩电机伸出时，刚好能够将钢轨提起至滚筒水平位置，控制箱控制第二伸缩电机推或者拉动移动架在滑轨上移动，控制箱控制电动机械爪抓取钢轨，并在高清摄像头的辅助下对钢轨准确的抓取。
本实用新型对钢轨的回收方案为：需要对钢轨进行抓取时，控制箱控制电动机械爪张开，控制箱控制第三步进电机将滑轨移动至钢轨上方，电动机械爪随着滑轨移动至钢轨上方，由于两根钢轨之间的轨距基本不变，所以第三步进电机能够较为准确的将电动机械爪移动至需要抓取的钢轨上方，控制箱控制第三伸缩电机收缩伸缩杆，将电动机械爪移动至钢轨上方，高清摄像头不停的采集钢轨所在的位置，并将采集到的图像信息传输给控制箱，经控制箱进行图像识别后不断调节电动机械爪的位置，使得电动机械爪能够处在钢轨上，控制箱再控制电动机械爪抓紧钢轨，控制箱控制第二伸缩电机收缩伸缩杆，带动着移动架往车厢方向移动，再通过高清摄像头采集传送装置所在位置，通过控制箱调节第三步进电机转动，使得电动机械爪抓取的钢轨处于滚筒上方，再控制第三伸缩电机收缩伸缩杆，将钢轨一端放在能被第一步进电机驱动的滚筒上，接着控制箱控制电动机机械爪松动钢轨，且不完全松开钢轨，使得钢轨随着滚筒传送至传送装置上，控制箱控制第一步进电机转动，带动最边上的滚筒转动，协助电动机械爪将钢轨往传送装置上移动，当压力传感器检测到钢轨到达了第一挡板处时，控制箱控制第一步进电机停止工作，接着控制第二步进电机将切割机往上升，使得切割机将长出车厢的钢轨切断，控制箱控制切割机关闭，再控制第一伸缩电机收缩，使得传送装置往车厢内部倾斜，将钢轨滑到车厢中，接着控制箱控制第二步进电机反向转动，将切割机往下收，电动机械爪在高清摄像头的协助下再次将剩下钢轨往传送装置上挪动，在传送装置的输送下将剩下的钢轨放置到车厢中，即完成对其中一根钢轨的回收，接着控制箱控制第三步进电机将电动机械爪移动至另一根钢轨上方，对另一根钢轨进行回收。
本实用新型的滑轨与移动架之间设有滚珠，滚珠可以使第二伸缩电机带动移动架在滑轨上移动时更流畅。
本实用新型的控制箱包括金属铝盒、降压稳压模块、PLC控制器、FPGA控制板，降压稳压模块对发电机输出的电源进行降压稳压，为PLC控制器、FPGA控制板、伺服电机、第一步进电机、第一伸缩电机、第二步进电机、切割机、第二伸缩电机、第三伸缩电机、第三步进电机、电动机械爪提供电源，压力传感器、摄像头将采集到的压力信息和图像信息传输给FPGA控制板进行处理，FPGA控制板将处理后得到的结果发送给PLC控制器，由PLC控制器控制伺服电机、第一步进电机、第一伸缩电机、第二步进电机、切割机、第二伸缩电机、第三伸缩电机、第三步进电机、电动机械爪做出相应的动作，从而实现对钢轨的回收。
本实用新型的FPGA控制板对高清摄像头采集到的图像信息依次做灰度处理，将采集到的图像转换成灰度图，去除离散噪声点，在通过中值滤波法将图片的噪声滤掉，通过阈值分割后得到二值化图像，接着对二值化图像进行边缘检测处理，最后提取图像特征，以钢轨的颜色作为图像特征来识别钢轨。
由于本实用新型采用夹取机将待回收的钢轨夹取值传送装置上，再通过切割装置将长出车厢外的钢轨切断，放入到车厢中的结构，从而可以得到以下有益效果：
本实用新型只需要人工将钢轨旁边的扣件拆除，并以一定的长度将钢轨截断，即可通过夹取机与传送装置、切割装置配合工作将截断的钢轨回收值车厢中，大大降低了工作人员的劳动强度，且对遗弃的钢轨加以回收，减少因钢轨造成的钢材浪费。
附图说明
图1为本实用新型一种铁路钢轨回收车的整体结构示意图；
图2为本实用新型一种铁路钢轨回收车的车架的结构示意图；
图3为本实用新型一种铁路钢轨回收车的轴承座与第一轴承之间的安装结构示意图；
图4为本实用新型一种铁路钢轨回收车的发电机安装结构示意图；
图5为本实用新型一种铁路钢轨回收车的传送装置的结构示意图；
图6为本实用新型一种铁路钢轨回收车的切割装置的结构示意图；
图7为本实用新型一种铁路钢轨回收车的车厢后壁示意图；
图8为本实用新型一种铁路钢轨回收车的齿条与滑槽之间的安装示意图；
图9为本实用新型一种铁路钢轨回收车的夹取机的示意图；
图10为本实用新型一种铁路钢轨回收车的滑轨与移动架之间的安装示意图；
图11为本实用新型一种铁路钢轨回收车的控制箱的结构示意图；
图12为本实用新型一种铁路钢轨回收车的工作原理图。
主要元件符号说明。
具体实施方式
下面结合实施例并对照附图对本实用新型作进一步详细说明。
请参阅图1至图12所示为本实用新型中的一种铁路钢轨回收车，包括车架1、车厢2、控制箱3、压力传感器4、传送装置5、第一挡板6、切割装置7、夹取机8，车厢2安装在车架1上。
如图1所示，由车架1带动着车厢2在轨道上行驶，车架1的宽度与轨距相同，便于车架1在轨道上行驶，车厢2竖直方向的两端设有相同的传送装置5，用于将钢轨传送到车厢2中，车厢2前后两端分别设有第一挡板6、切割装置7，且车厢2后端安装的是两个相同的切割装置7，每个切割装置7对应一个传送装置5，对进入到相应传送装置5上的钢轨进行切割，夹取机8安装在车厢2后部分，用于夹取待回收的钢轨，第一挡板6的两端均设有相同的压力传感器4，用于检测钢轨接触到第一挡板6，并将采集到的信息传输给控制箱3，控制箱3与车架1、传送装置5、切割装置7、夹取机8连接，且控制车架1、传送装置5、切割装置7、夹取机8的工作，当需要对钢轨进行回收时，由工作人员将钢轨旁边的扣件拆除，并每隔20米将钢轨切断，由控制箱3控制夹取机8夹住切断的钢轨一头，将钢轨夹起放到传送装置5上，由控制箱3控制传送装置5将钢轨往第一挡板6方向滑动，当第一挡板6上的压力传感器4被钢轨触碰到时，将信号传输给控制箱3，由控制箱3控制传送装置5停止传送，接着控制切割装置7将长出车厢2的钢轨切断，再控制传送装置5向内翻转，即可将钢轨放置到车厢2中，夹取机8将钢轨夹取到传送装置5上后，会继续夹着钢轨向前推动，直到钢轨被切割装置7切断后才松开，进行下一段钢轨的夹取，夹取机8完成一侧的钢轨回收后，再移动到另一根钢轨上方对钢轨进行回收。
如图2所示，所述的车架1包括变速箱9、轮对10、伺服电机11、横梁12、轴承座13，采用两套轮对10作为钢轨回收车的车轮，变速箱9连接在前方轮对10的车轴上，两套轮对10上方安装有三根相同的横梁12，横梁12与轮对10的车轴之间采用轴承座13连接，伺服电机11安装在中间横梁12上，伺服电机11的输出轴与变速箱9连接起来，由伺服电机11为变速箱9传动，变速箱9为轮对10的车轴传动，进而带动轮对10转动，两套轮对10上共设有四个轴承座13，便于横梁12安装在两套轮对10之间时不影响轮对10的运行，由控制箱3控制伺服电机11转动，从而达到自动控制的效果。
如图3所示，所述的轴承座13中安装有第一轴承14，将第一轴承4套在轮对10的车轴上，使得轮对10转动时，不会损坏横梁12，横梁12固定在轴承座13上，车厢2安装在横梁12上，即可实现车架1带动着车厢2在轨道运行。
如图4所示，所述的车厢2前方安装有发电机15，为控制箱3、压力传感器4、传送装置5、切割装置7、夹取机8提供电能，车厢2长10米，每一段钢轨分两次切割即可放入到车厢2中。
如图5所示，所述的传送装置5包括第二挡板16、第一钢条17、滚筒18、转轴19、第二轴承20、第一斜齿轮21、第二斜齿轮22、第一步进电机23、第一伸缩电机24、第二钢条25，第二挡板16安装在第二钢条25上方，用于放置钢轨掉落在车厢2外，滚筒18设置在第一钢条17与第二钢条25之间，第一钢条17偏车厢2内侧，转轴19固定在第二钢条25与第二轴承20之间，第二钢条25两端均设有转轴19和第二轴承20，两个第二轴承20分别固定在车厢2前后两端，第一斜齿轮21安装在最边上的滚筒18上，第二斜齿轮22安装在第一步进电机23的旋转轴上，由第一步进电机23带动第二斜齿轮22转动，第二斜齿轮22为第一斜齿轮21传动，进而带动最边上的滚筒18转动，最边上的滚筒18与夹取机8协作将钢轨转运到传送装置5上，第一伸缩电机24的伸缩杆与第一钢条17连接，当切割装置7将传送到传送装置5上的钢轨切断后，控制箱3控制第一伸缩电机24收缩伸缩杆，将第一钢条17往下拉，使得传送装置5往车厢2内侧倾斜，进而让切断的钢轨滑到车厢2中，第一钢条17与第二钢条25之间的其他滚筒18用于辅助最边上的滚筒18将钢轨输送到传送装置5上。
如图6所示，所述的切割装置7包括切割机26、齿条27、滑槽28、直齿轮29、第二步进电机30，采用两个相同的切割装置7安装在车厢后壁39上，且每个切割装置7对应一个传输装置安装，分别用于对两个传送装置5接到的钢轨进行切割，其中：滑槽28、第二步进电机30安装在车厢后壁39上，切割机26安装在齿条27上部分，齿条27镶嵌在滑槽28中，直齿轮29安装在第二步进电机30的输出轴上，由控制箱3控制第二步进电机30带动直齿轮29转动，直齿轮29为齿条27传动，再由齿条27带动切割机26转动，实现对钢轨的切割，夹取机8将钢轨夹起放置到传送装置5的过程中，第二步进电机30带动齿条27向下移动，将切割机26移动至传送装置5下方，防止钢轨在传送装置5上移动的过程中损毁切割机26，当传送装置5停止对钢轨进行传送时，第二步进电机30带动齿条27向上移动，使得切割机26对钢轨进行切割。
如图7所示，所述的车厢后壁39安装切割装置7的地方设置两个凹槽，便于齿条27带动着切割机26在车厢后壁39上做上下运动。
如图8所示，所述的齿条27镶嵌在滑槽28中，并在滑槽28中加上润滑油，便于第二步进电机30带动齿条27移动，使得切割机26跟随着齿条27运动。
如图9所示，所述的夹取机8包括第二伸缩电机31、滑轨32、第三伸缩电机33、第三步进电机34、电动机械爪35、高清摄像头36、移动架37，第三步进电机34安装在车厢2中，第三伸缩电机33安装在第三步进电机34的输出轴上，滑轨32安装在第三伸缩电机33的伸缩杆上，第二伸缩电机31和移动架37安装在滑轨32上，且第二伸缩电机31的伸缩杆与移动架37连接，电动机械爪35安装在移动架37正下方，高清摄像头36安装在移动架37下方，用于辅助电动机械爪35抓取钢轨，控制箱3与第二伸缩电机31、第三伸缩电机33、第三步进电机34、电动机械爪35、高清摄像头36连接，控制箱3控制第三步进电机34向左或者向右转动后，能将电动机械爪35刚好处于钢轨的正上方，控制箱3控制第三伸缩电机33收缩时，电动机械爪35刚好能够卡在钢轨上，控制箱3控制第三伸缩电机33伸出时，刚好能够将钢轨提起至滚筒18水平位置，控制箱3控制第二伸缩电机31推或者拉动移动架37在滑轨32上移动，控制箱3控制电动机械爪35抓取钢轨，并在高清摄像头36的辅助下对钢轨准确的抓取。
所述对钢轨的回收方案为：需要对钢轨进行抓取时，控制箱3控制电动机械爪35张开，控制箱3控制第三步进电机34将滑轨32移动至钢轨上方，电动机械爪35随着滑轨32移动至钢轨上方，由于两根钢轨之间的轨距基本不变，所以第三步进电机34能够较为准确的将电动机械爪35移动至需要抓取的钢轨上方，控制箱3控制第三伸缩电机33收缩伸缩杆，将电动机械爪35移动至钢轨上方，高清摄像头36不停的采集钢轨所在的位置，并将采集到的图像信息传输给控制箱3，经控制箱3进行图像识别后不断调节电动机械爪35的位置，使得电动机械爪35能够处在钢轨上，控制箱3再控制电动机械爪35抓紧钢轨，控制箱3控制第二伸缩电机31收缩伸缩杆，带动着移动架37往车厢2方向移动，再通过高清摄像头36采集传送装置5所在位置，通过控制箱3调节第三步进电机34转动，使得电动机械爪35抓取的钢轨处于滚筒18上方，再控制第三伸缩电机33收缩伸缩杆，将钢轨一端放在能被第一步进电机23驱动的滚筒18上，接着控制箱3控制电动机机械爪松动钢轨，且不完全松开钢轨，使得钢轨随着滚筒18传送至传送装置5上，控制箱3控制第一步进电机23转动，带动最边上的滚筒18转动，协助电动机械爪35将钢轨往传送装置5上移动，当压力传感器4检测到钢轨到达了第一挡板6处时，控制箱3控制第一步进电机23停止工作，接着控制第二步进电机30将切割机26往上升，使得切割机26将长出车厢2的钢轨切断，控制箱3控制切割机26关闭，再控制第一伸缩电机24收缩，使得传送装置5往车厢2内部倾斜，将钢轨滑到车厢2中，接着控制箱3控制第二步进电机30反向转动，将切割机26往下收，电动机械爪35在高清摄像头36的协助下再次将剩下钢轨往传送装置5上挪动，在传送装置5的输送下将剩下的钢轨放置到车厢2中，即完成对其中一根钢轨的回收，接着控制箱3控制第三步进电机34将电动机械爪35移动至另一根钢轨上方，对另一根钢轨进行回收。回收过程与前一根钢轨一致。
如图10所示，所述的滑轨32与移动架37之间设有滚珠38，滚珠38可以使第二伸缩电机31带动移动架37在滑轨32上移动时更流畅。
如图11所示，所述的控制箱3包括金属铝盒40、降压稳压模块41、PLC控制器42、FPGA控制板43，压力传感器4、摄像头与FPGA控制板43连接，PLC控制器42与FPGA控制板43、伺服电机11、第一步进电机23、第一伸缩电机24、第二步进电机30、切割机26、第二伸缩电机31、第三伸缩电机33、第三步进电机34、电动机械爪35连接，降压稳压模块41对发电机15输出的电源进行降压稳压，为PLC控制器42、FPGA控制板43、伺服电机11、第一步进电机23、第一伸缩电机24、第二步进电机30、切割机26、第二伸缩电机31、第三伸缩电机33、第三步进电机34、电动机械爪35提供电源，压力传感器4、摄像头将采集到的压力信息和图像信息传输给FPGA控制板43进行处理，FPGA控制板43将处理后得到的结果发送给PLC控制器42，由PLC控制器42控制伺服电机11、第一步进电机23、第一伸缩电机24、第二步进电机30、切割机26、第二伸缩电机31、第三伸缩电机33、第三步进电机34、电动机械爪35做出相应的动作，从而实现对钢轨的回收。
所述的FPGA控制板43对高清摄像头36采集到的图像信息依次做灰度处理，将采集到的图像转换成灰度图，去除离散噪声点，在通过中值滤波法将图片的噪声滤掉，通过阈值分割后得到二值化图像，接着对二值化图像进行边缘检测处理，最后提取图像特征，由于被遗弃的钢轨存在锈蚀的现象，使得表面颜色发生了变化，因此可以用钢轨的颜色作为图像特征，以钢轨的颜色作为图像特征来识别钢轨。
所述的车架1可以由人工推动车厢2，使得车架1带动车厢2在钢轨上运行，需要使其停止时，在轮对10与钢轨接触边上放置石块即可使车架1停止，也可以通过键盘向PLC控制器42发送指令，使得PLC控制器42控制伺服电机11带动车架1运动。
本实用新型的工作原理与工作过程如下：
如图12所示，PLC控制器42控制电动机械爪35张开，PLC控制器42控制第三步进电机34将滑轨32移动至钢轨上方，电动机械爪35随着滑轨32移动至钢轨上方，PLC控制器42控制第三伸缩电机33收缩伸缩杆，将电动机械爪35移动至钢轨上方，高清摄像头36不停的采集钢轨所在的位置，并将采集到的图像信息传输给FPGA控制板43，经FPGA控制板43进行图像识别后，将识别结果传输给PLC控制器42，PLC控制器42根据传来的图像识别结果不断调节电动机械爪35的位置，使得电动机械爪35能够处在钢轨上，PLC控制器42再控制电动机械爪35抓紧钢轨，PLC控制器42控制第二伸缩电机31收缩伸缩杆，带动着移动架37往车厢2方向移动，再通过高清摄像头36采集传送装置5所在位置，通过PLC控制器42调节第三步进电机34转动，使得电动机械爪35抓取的钢轨处于滚筒18上方，再控制第三伸缩电机33收缩伸缩杆，将钢轨一端放在能被第一步进电机23驱动的滚筒18上，接着PLC控制器42控制电动机机械爪松动钢轨，且不完全松开钢轨，使得钢轨随着滚筒18传送至传送装置5上，PLC控制器42控制第一步进电机23转动，带动最边上的滚筒18转动，协助电动机械爪35将钢轨往传送装置5上移动，当压力传感器4检测到钢轨到达了第一挡板6处时，将采集到的信息传输给FPGA控制板43进行处理，并将处理后的结果发送给PLC控制器42，由PLC控制器42控制第一步进电机23停止工作，接着控制第二步进电机30将切割机26往上升，使得切割机26将长出车厢2的钢轨切断，PLC控制器42控制切割机26关闭，再控制第一伸缩电机24收缩，使得传送装置5往车厢2内部倾斜，将钢轨滑到车厢2中，接着PLC控制器42控制第二步进电机30反向转动，将切割机26往下收，电动机械爪35在高清摄像头36的协助下再次将剩下钢轨往传送装置5上挪动，在传送装置5的输送下将剩下的钢轨放置到车厢2中，即完成对其中一根钢轨的回收，接着PLC控制器42控制第三步进电机34将电动机械爪35移动至另一根钢轨上方，对另一根钢轨进行回收。
