長(zhǎng)軌條鋪軌機(jī)組及其施工工藝研究

紀(jì)占玲,高勇偉,上官林建

(華北水利水電學(xué)院,鄭州 450011)

據(jù)了解,目前的鐵路運(yùn)輸能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能與國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的需求相適應(yīng),而且還在不斷加劇,未來(lái)大量的物流和客流也需要鐵路來(lái)完成。與此同時(shí),人們的生活水平不斷提高,對(duì)鐵路行車速度、軌道平順性等提出了更高的要求?？鐓^(qū)間無(wú)縫線路鋪設(shè)成為最佳選擇,以適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)高效率、快節(jié)奏的要求和乘坐火車時(shí)舒適的精神需求。該鋪軌機(jī)組正是為了滿足這些需求而研制的具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鋪設(shè)既有線路、新線軌枕和長(zhǎng)鋼軌的大型專用設(shè)備。鋪軌機(jī)組采用單枕連續(xù)鋪設(shè)法,不需要組裝軌排的場(chǎng)地和設(shè)備,整機(jī)采用機(jī)電液一體化設(shè)計(jì),保障線路鋪設(shè)的精度,是具有國(guó)際先進(jìn)水平的新產(chǎn)品。

1 鋪軌機(jī)組總體構(gòu)造

該鋪軌機(jī)組是用于長(zhǎng)鋼軌以及軌枕鋪設(shè)作業(yè)的鋪設(shè)設(shè)備,主要由鋼軌牽引車、鋪軌車、輔助動(dòng)力車、運(yùn)枕龍門吊、枕軌運(yùn)輸車、液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)等部分組成[1],如圖1所示。

圖1 鋪軌機(jī)組總體構(gòu)造

鋼軌牽引車采用裝載機(jī)改裝,在車輛后端安裝長(zhǎng)鋼軌拖拉裝置,裝載斗兩側(cè)安裝長(zhǎng)鋼軌導(dǎo)向裝置。該機(jī)作用是在預(yù)鋪長(zhǎng)鋼軌時(shí),用于拖拉長(zhǎng)鋼軌,即在其左右各懸吊一夾軌鉗,將已抽送至鋪軌車前端的長(zhǎng)鋼軌夾住,鋼軌牽引車前行,將長(zhǎng)鋼軌拖拉就位。

鋪軌車是綜合功能車輛,主要完成整機(jī)動(dòng)力配置、牽引驅(qū)動(dòng)和布枕鋪軌作業(yè)等功能[2]。鋪軌車在布枕作業(yè)時(shí)履帶和動(dòng)力轉(zhuǎn)向架驅(qū)動(dòng)走行；短途運(yùn)輸時(shí),前端支撐在軌行式輪對(duì)上；長(zhǎng)途轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí),置于平板車上運(yùn)輸。鋪軌車主要由車體、牽引驅(qū)動(dòng)裝置、布枕鋪軌裝置和動(dòng)力配置等組成。鋪軌車體為雙梁結(jié)構(gòu),前端履帶支撐,后端動(dòng)力轉(zhuǎn)向架支撐,尾端掛鉤連接輔助動(dòng)力車。車架中間是為布置布枕機(jī)構(gòu)、收軌機(jī)構(gòu)、鋼軌就位機(jī)構(gòu)、軌枕傳送鏈等作業(yè)裝置空間。上部由前向后依次是駕駛室、發(fā)動(dòng)機(jī)、燃油箱和液壓油箱、配電及控制柜布置空間[2]。履帶走行裝置是鋪設(shè)作業(yè)時(shí)鋪軌車的前支撐和導(dǎo)向機(jī)構(gòu),與動(dòng)力轉(zhuǎn)向架共同為機(jī)組提供牽引力。布枕鋪軌裝置完成長(zhǎng)鋼軌的導(dǎo)向、收攏、就位和軌枕的傳送、承接和布放等循環(huán)作業(yè)。

輔助動(dòng)力車主要由輔助動(dòng)力車體、動(dòng)力轉(zhuǎn)向架、長(zhǎng)鋼軌輸送裝置、分軌裝置、行程測(cè)量輪裝置、軌枕傳送鏈裝置、鋼軌導(dǎo)向架和制動(dòng)裝置等組成。動(dòng)力由鋪軌車提供。前端與鋪軌車掛接,后端和枕軌運(yùn)輸車聯(lián)掛。主要功能為：動(dòng)力轉(zhuǎn)向架為鋪軌機(jī)組提供牽引動(dòng)力；運(yùn)枕龍門吊通過(guò)兩側(cè)的導(dǎo)軌,上下輔助動(dòng)力車運(yùn)送軌枕；長(zhǎng)鋼軌輸送裝置將枕軌運(yùn)輸車上的長(zhǎng)鋼軌平穩(wěn)的輸送出來(lái),通過(guò)分軌裝置將長(zhǎng)鋼軌分配到輔助動(dòng)力車的兩邊,以便放軌；輔助動(dòng)力車的中間提供有上彈條裝置的空間；輔助動(dòng)力車上的輔助燃油箱向鋪軌車和運(yùn)枕龍門吊提供足夠的備用燃油。輔助動(dòng)力車為鋼梁結(jié)構(gòu),車體兩邊裝有供運(yùn)枕龍門吊行走的導(dǎo)軌及在長(zhǎng)途運(yùn)輸過(guò)程中固定運(yùn)枕龍門吊的機(jī)構(gòu)。動(dòng)力車與轉(zhuǎn)向架相聯(lián)接。輔助燃油箱置于輔助動(dòng)力車的前部。動(dòng)力車的上部為軌枕傳送鏈,傳送鏈的下面、動(dòng)力車的上半部用隔板隔開(kāi),為動(dòng)力車下面上彈條的工人設(shè)置一個(gè)空間。其內(nèi)部設(shè)若干個(gè)應(yīng)急電源插座及照明電源,方便工人的操作和檢修。

運(yùn)枕龍門吊是系統(tǒng)獨(dú)立的吊運(yùn)一體設(shè)備,主要由車架、提升裝置、動(dòng)力系統(tǒng)、行走機(jī)構(gòu)、駕駛室等部件組成。主要功用為將后部枕軌運(yùn)輸車上的軌枕運(yùn)至動(dòng)力車的傳送鏈上,以滿足鋪軌車布枕的需要。

枕軌運(yùn)輸車是由平車改造而成,為適應(yīng)長(zhǎng)鋼軌裝運(yùn)而成列使用。枕軌運(yùn)輸車上裝有長(zhǎng)鋼軌運(yùn)輸支架、枕軌運(yùn)輸支架、龍門吊走行軌和長(zhǎng)鋼軌鎖定裝置等。主要功能是裝運(yùn)長(zhǎng)鋼軌、軌枕和鋪軌用主要材料。

2 鋪軌機(jī)組施工工藝

2.1 有砟道床條件下施工工藝

(1)基本作業(yè)模式

以預(yù)鋪軌500 m,布枕鋪軌500 m的方式作業(yè),分4次循環(huán)完成2 000 m鋪軌作業(yè)。

(2)工藝流程

該鋪軌機(jī)組的工藝流程為：鋪軌機(jī)組推運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)→軌枕運(yùn)輸車推運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)→長(zhǎng)鋼軌進(jìn)入輔助動(dòng)力車分軌、推送裝置→拖拉長(zhǎng)鋼軌、布放地面托滾→手動(dòng)操作收軌→鋼軌對(duì)接→布放橡膠墊板、布枕、收軌作業(yè)→安裝扣件→收尾、開(kāi)始下一循環(huán)。

(3)工藝流程

第一步：鋪軌機(jī)組由運(yùn)輸狀態(tài)轉(zhuǎn)換為施工狀態(tài)。

第二步：枕軌運(yùn)輸車進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)。枕軌運(yùn)輸車由機(jī)車推送進(jìn)入鋪軌現(xiàn)場(chǎng),在距鋪軌機(jī)組一定距離處停車。以低速將枕軌運(yùn)輸車與鋪軌機(jī)組聯(lián)掛,接好鋪軌機(jī)組與軌枕運(yùn)輸車后摘開(kāi)機(jī)車。

第三步：鋪軌準(zhǔn)備工作。

①安裝輔助動(dòng)力車與枕軌運(yùn)輸車之間的過(guò)橋軌,并檢查運(yùn)輸車上的所有走行軌道是否有異常情況,以及每輛車上軌枕擺放的整齊程度,確認(rèn)運(yùn)枕龍門吊能夠順利通過(guò)。

②解除各作業(yè)裝置的鎖定裝置,調(diào)節(jié)各機(jī)構(gòu)的位置,并試運(yùn)轉(zhuǎn),確保各機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

第四步：預(yù)鋪軌。輔助動(dòng)力車尾部長(zhǎng)鋼軌輸送裝置由枕軌運(yùn)輸車將2根長(zhǎng)軌條,經(jīng)分軌裝置向車兩側(cè)分送至鋪軌車兩側(cè)鋼軌牽引車能牽引的位置。鋼軌牽引車將2根鋼軌開(kāi)始同時(shí)牽引,預(yù)鋪在道床兩側(cè)指定位置。

第五步：連接長(zhǎng)鋼軌。

第六步：布枕、收軌。先手動(dòng)操作布枕2根,調(diào)整作業(yè)狀態(tài),轉(zhuǎn)入自動(dòng)布枕作業(yè),人工安放絕緣減振墊。

第七步：安裝扣件。用扣件裝置將部分彈條上好,其余扣件待鋪軌機(jī)通過(guò)后再補(bǔ)齊。

第八步：500 m軌鋪設(shè)完畢。鋪軌機(jī)行進(jìn)500 m后,鋪完1對(duì)長(zhǎng)鋼軌停止,轉(zhuǎn)入第四步,鋪設(shè)完2 000 m長(zhǎng)鋼軌。

第九步：收尾作業(yè)。補(bǔ)齊扣件,用專用的彈條扳手將剩余的彈條上好。

2.2 短途運(yùn)輸與有砟道床施工的轉(zhuǎn)換工藝

2.2.1 由短途運(yùn)輸轉(zhuǎn)有砟道床施工工藝

第一步：鋪軌機(jī)組推運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng),距已鋪軌端15～20 m處停車,在鋪軌機(jī)組的前后都打上止輪器。

第二步：摘開(kāi)機(jī)車,將鋪軌機(jī)組驅(qū)動(dòng)輪上的離合器全部合上,取掉止輪器后鋪軌機(jī)組自行至已鋪軌端1.5～2 m處停止,再打好止輪器。

第三步：放下履帶,鋪軌車前端支起,使前轉(zhuǎn)向架懸空。

第四步：鋪軌車?yán)^續(xù)向前行駛,至布枕機(jī)構(gòu)越過(guò)已鋪軌端頭后停止。

第五步：解除鋪軌機(jī)的各部位鎖定裝置,并將各部位調(diào)整為工作狀態(tài),檢查試運(yùn)轉(zhuǎn),作好鋪軌準(zhǔn)備。

2.2.2 由有砟道床轉(zhuǎn)短途運(yùn)輸施工工藝

第一步：將鋼軌全部收入承軌槽內(nèi)后停止鋪軌。

第二步：將布枕機(jī)構(gòu)、平砟機(jī)構(gòu)、測(cè)量輪等收起并鎖定。

第三步：鋪軌車向后退,至前輪組越過(guò)已鋪軌端頭1.5～2 m后停止,打好止輪器。

第四步：卸載支撐油缸,使前轉(zhuǎn)向架落于鋼軌上承載。

第五步：將履帶翻起并鎖定,松開(kāi)驅(qū)動(dòng)輪上的離合器并將離合器手柄固定,鋪軌機(jī)組與機(jī)車聯(lián)掛后2臺(tái)龍門吊同時(shí)置于鋪軌車和輔助動(dòng)力車的行駛軌道上,取掉止輪器,鋪軌機(jī)組轉(zhuǎn)為短途運(yùn)輸狀態(tài)。

2.3 機(jī)組裝卸與運(yùn)輸

鋪軌機(jī)組的轉(zhuǎn)場(chǎng)運(yùn)輸采用方式如下。

(1)鋪軌車

采用3輛平板車整體運(yùn)輸。裝車前,將履帶翻起并鎖定,各工作機(jī)構(gòu)收起鎖定或拆掉。裝卸可在鋪軌基地或施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)處進(jìn)行。利用伸縮支腿,支起鋪軌車。裝車作業(yè)為將平板車推至裝載位置,放下鋪軌車。反之進(jìn)行卸車作業(yè)。

(2)輔助動(dòng)力車

各工作機(jī)構(gòu)收起并鎖定,與運(yùn)輸鋪軌車的平板車聯(lián)掛運(yùn)輸。

(3)運(yùn)枕龍門吊

1臺(tái)置于輔助動(dòng)力車上固定并隨其運(yùn)輸；另一臺(tái)采用1輛平板車運(yùn)輸。

(4)鋼軌牽引車

在鋪軌車的1輛平板車上裝載運(yùn)輸。裝卸采用吊車、自行等。

3 主要機(jī)型對(duì)照

國(guó)外相應(yīng)的施工方法和鋪設(shè)設(shè)備主要分為兩大類,簡(jiǎn)稱為單枕法和長(zhǎng)軌排法。單枕法又分為單枕連續(xù)鋪設(shè)法和單枕間歇鋪設(shè)法2種[3]。單枕連續(xù)鋪設(shè)法的代表機(jī)械是SVM1000S型綜合鋪軌機(jī)(奧地利生產(chǎn))、美國(guó)Tamper公司生產(chǎn)的NTC型鋪軌機(jī)和瑞士Matisa公司生產(chǎn)的TCM60型鋪軌機(jī)[3]。表1為不同型號(hào)鋪軌機(jī)組的性能比較。

表1 幾種鋪軌機(jī)組比較

通過(guò)比較,可以看出該鋪軌機(jī)組：①牽引性能：帶有輔助動(dòng)力機(jī)構(gòu),整機(jī)性能良好；②牽引配置：無(wú)需專用輔助動(dòng)力車；③控制方式：計(jì)算機(jī)+PLC,控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠；④轉(zhuǎn)場(chǎng)運(yùn)輸：備有液壓支腿機(jī)構(gòu),可使鋪軌車頂升,便于裝卸、轉(zhuǎn)場(chǎng)運(yùn)輸；⑤需要施工人員較少,約12～18人。

4 方案特點(diǎn)

該鋪軌機(jī)組方案具有如下特點(diǎn)。

(1)長(zhǎng)軌單枕連續(xù)鋪設(shè),能適應(yīng)跨區(qū)間無(wú)縫線路的施工需要。

(2)施工工藝先進(jìn),自動(dòng)化程度高,施工質(zhì)量易于保證,作業(yè)效率高；行車自動(dòng)導(dǎo)向控制,精度高,速度快；布枕、勻枕采用光電編碼器實(shí)時(shí)檢測(cè)、PLC控制,技術(shù)先進(jìn),鋪設(shè)精度高,可靠性好[1]。

(3)鋪軌車增設(shè)了水平展出的液壓支腿,提高了裝卸的靈活性,且運(yùn)輸時(shí)不超限；增設(shè)了平砟機(jī)構(gòu)和防翻枕裝置,防止軌枕翻傾,提高了布枕精度；布枕機(jī)構(gòu)采用了旋轉(zhuǎn)喂枕垂直送枕相結(jié)合的工作方式,使軌枕接送柔和、平穩(wěn),減輕了對(duì)機(jī)構(gòu)的機(jī)械沖擊,有效地避免了軌枕傾翻現(xiàn)象,控制簡(jiǎn)單準(zhǔn)確[4]。

(4)龍門吊在枕軌運(yùn)輸列車上的走行軌采用長(zhǎng)軌,增加了運(yùn)行平順性；鋼軌與軌枕采用雙層混裝,減少運(yùn)輸車數(shù)量,提高運(yùn)輸效率。

(5)鋪軌作業(yè)時(shí),采用動(dòng)力車、動(dòng)力轉(zhuǎn)向架共同驅(qū)動(dòng),整機(jī)牽引性能好；關(guān)鍵零部件采用國(guó)際知名品牌,保證系統(tǒng)的可靠性；與國(guó)外同類設(shè)備相比,整機(jī)參數(shù)確定科學(xué)、合理,性價(jià)比高；整機(jī)布局合理,操作便捷,易于維護(hù)保養(yǎng)。

5 結(jié)語(yǔ)

該鋪軌機(jī)組一次可鋪設(shè)500 m及以下長(zhǎng)軌條,大大減少了線路鋼軌的連接接頭數(shù)量,有效減少了輪軌沖擊、振動(dòng),提高了軌道鋪設(shè)精度,保持了軌道的持續(xù)平順,確保了軌道處于優(yōu)良狀態(tài)。它的研制為我國(guó)高速鐵路建設(shè)提供了新型、可靠、適用、性價(jià)比高的鋪軌機(jī)械,使我國(guó)成為繼美國(guó)、奧地利和瑞典之后,第4個(gè)掌握該技術(shù)和擁有該產(chǎn)品的國(guó)家。

2006年,該套設(shè)備順利通過(guò)了鐵道部科技司組織的專家評(píng)審,得到了與會(huì)專家的一致好評(píng),并投入工業(yè)生產(chǎn)。2008年底,該鋪軌機(jī)組已開(kāi)始在鐵路工程建設(shè)中鋪設(shè)無(wú)縫線路,并順利通過(guò)工程驗(yàn)收。從經(jīng)過(guò)的計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)、組裝調(diào)試和廠內(nèi)試驗(yàn)、設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況來(lái)看,該設(shè)備簡(jiǎn)潔實(shí)用,性能良好,運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定,完全滿足使用要求[5],克服了以往普通軌節(jié)鋪軌機(jī)鋪設(shè)中存在的諸多難題。在鋪設(shè)Ⅲ型枕和60 kg/m、500 m軌條的過(guò)程中,創(chuàng)造了日鋪軌4.8 km的紀(jì)錄。實(shí)踐證明,該鋪軌機(jī)組的設(shè)計(jì)是成功的[5]。

[1] 薛學(xué)勇.DPG500型長(zhǎng)軌條鋪軌機(jī)組組成及關(guān)鍵機(jī)構(gòu)[J].建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理,2010,23(9)：91-95.

[2] 紀(jì)占玲.鋪軌車車架有限元分析[J].起重運(yùn)輸機(jī)械,2008(6)：74-75.

[3] 紀(jì)占玲.鋪軌機(jī)布枕機(jī)構(gòu)虛擬樣機(jī)技術(shù)研究[D].鄭州：華北水利水電學(xué)院,2005.

[4] 呂 超.DPG500鋪軌機(jī)組布枕機(jī)構(gòu)優(yōu)化與設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2008(8)：30-32.

[5] 薛淑紅.標(biāo)準(zhǔn)軌和輕軌兩用鋪軌機(jī)[J].起重運(yùn)輸機(jī)械,2004(4)：18-19.