[发明专利]电气化铁路接触网车载式激光-机械协同除冰装置及方法

权利要求书

1.一种电气化铁路接触网车载式激光-机械协同除冰装置，其特征在于，该装置安装在机车上，机车上的能源为其提供电源，包括：

激光除冰单元，包括激光器和位置调节模块，所述激光器产生波长为450nm的激光，并将激光聚焦到接触网的一点，所述位置调节模块调整所述激光器至激光发射的最佳发射位置；

机械除冰单元，以机车的运行方向为参考方向，安装在所述激光除冰单元的后面，

控制及数据分析单元，接收接触网的位置信息以及覆冰厚度，按照覆冰厚度输出转速值给机械除冰单元，输出位置指令给位置调节模块，调整激光的最佳发射位置。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光器包括一个激光发生模块和一个激光聚焦模块，激光聚焦模块包括一块圆柱状的聚焦透镜，将激光聚焦到接触网的一点；位置调节模块包括丝杆滑轨，以及安装在丝杆上的相机，根据相机进行拍照，控制及数据分析单元根据拍照的图片进行位置分析，位置调节模块根据控制及数据分析单元的指令进行位置调节。

3.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机械除冰单元采用电动缸除冰器结构，包括伺服电机，电动缸和三棱柱除冰器，伺服电机控制电动缸上下运动，电动缸带动三棱柱除冰器与接触网接触完成除冰动作。

4.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，控制及数据分析单元包括信息接收模块，数据分析模块和控制指令输出模块，通过所述信息接收模块接收位置调节模块中相机拍摄到的接触网的图片，并发送至数据分析模块，所述数据分析模块分析接触网的位置信息以及覆冰厚度，所述控制模块按照数据分析模块分析的结果进行指令输出。

5.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，激光器的参数的确定包括：

确定融冰所需的激光功率W为:

式中，τ为激光在冰中的透过率；η为激光能量耦合效率；t为激光照射时间，J为冰内部产生的热量，其中，冰内部产生的热量J与温升ΔT之间的关系为：

J＝cρπr²LΔT

式中，c为比热容，ρ为冰密度，r为激光光斑半径，L为融冰孔深；

根据需要的融冰孔深，所需温升ΔT，照射时间，计算得到所需要的激光功率。

6.一种电气化铁路接触网车载式激光-机械协同除冰方法，其特征在于，该方法包括：

当机车行驶时，对接触网的位置和覆冰厚度进行拍摄；

根据拍摄的图像分析接触网的位置和覆冰厚度；

调整激光器，使激光器运动到最佳位置；

产生激光，然后通过放大器进行放大，再通过激光聚焦透镜将激光聚焦至一点打在接触网上，使与接触网接触的冰层局部温度升高，降低冰层与接触网的黏着力，实现初步除冰；

启动机械除冰单元，根据覆冰厚度计算出伺服电机的最佳转速值，再由控制模块输出最佳转速值给伺服电机，伺服电机控制电动缸上下运动，带动三棱柱破冰器完成破冰。

7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，所述激光器的功率为70W，波长为450nm。