CRTSⅡ型無砟軌道板真空吊具的設計

王 軍，張建超，汪西應

（1. 石家莊鐵道大學 機械工程學院，石家莊 050043；2. 石家莊鐵道大學 工程訓練中心，石家莊 050043）

0 引言

近年來，真空技術的應用越來越廣泛，清潔、高效、經濟的真空元件和系統的發(fā)展，推動了真空技術在設備自動化中的應用，在CRTSⅡ型無砟軌道板制造中即采用了真空技術進行吊裝。CRTSⅡ型無砟軌道板是我國在引進的德國無砟軌道結構形式基礎上，經過消化、吸收、再創(chuàng)新形成的中國特色軌道板，并廣泛應用在京津、京滬、石武等高速鐵路上，其標準板長6.45 m，寬2.55 m，厚0.2 m，質量為9 t。軌道板采用工廠化預制生產，由于沒有吊裝運輸用的錨拴，軌道板采用真空技術——真空吊具脫模，以保證軌道板平穩(wěn)安全地從模具中脫出并搬運到指定地點。

1 結構組成與工作原理

1.1 結構組成

圖1 真空吊具主體結構

軌道板真空吊具懸掛在橋式起重機上，由主體結構、真空系統、液壓系統和輔助部件組成。其中，主體結構有主梁（內腔作為蓄能器）、吸盤、扶手等，如圖1所示。真空系統主要包括真空泵、真空過濾器、真空壓力開關、破壞閥等元件。液壓系統主要有電機、液壓泵、液壓缸、電磁閥、油箱和其它附件。輔助部件則包括信號燈、控制箱和連接裝置。

1.2 工作原理

真空吊具采用了真空原理，即用真空負壓來“吸附”軌道板以達到夾持軌道板的目的。原理圖如圖2所示：通氣口與真空發(fā)生裝置相接，當真空發(fā)生裝置啟動后，通氣口通氣，吊具吸盤內部的空氣被抽走，形成了壓力為P2的真空狀態(tài)。此時，吸盤內部的空氣壓力低于吸盤外部的大氣壓力P1，即P2＜ P1，軌道板在外部壓力的作用下被提起。吸盤內部的真空度越高，吸盤與軌道板之間貼的越緊。

圖2 真空吸盤吸附原理圖

2 主梁的有限元分析

主梁采用牌號Q345厚12mm的鋼板焊接而成，根據主梁的結構形式和受力狀況對主梁進行簡化，去除主梁上不受載荷的幾何特征，建立基于MIDAS軟件的主梁簡化模型，約束四個吊點，載荷除吊具自重外，還考慮模板自重、混凝土構件與模板、凹槽體和緊固體的粘合力（約250 KN）。運行分析，可得應力、位移分析結果，分別如圖3、圖4所示。

圖3 主梁的應力圖

圖4 主梁的位移圖

由圖3可知，主梁所受最大應力為44.2 Mpa，板厚12 mm的Q345鋼材抗拉、抗壓和抗彎強度為310 MPa，則主梁的安全系數為310/44.2=7。而《起重機械吊具與索具安全規(guī)程》中起重真空吸盤的規(guī)定：吸盤承載體的安全系數應不小于4。因此，該主梁的安全系數大于規(guī)定的安全系數，符合吸盤承載體的安全要求。

由圖4可知，最大位移位于主梁的兩端，為0.96 mm，符合要求。

此外，在軌道板吸取過程中，封閉的主梁內腔相當于真空蓄能器，保證有一定的真空度，一旦發(fā)生意外情況時，如突然斷電，軌道板仍可長時間保持與吊具的吸附狀態(tài)而不脫落，能有效地保護操作人員、軌道板及相關設備。因此，主梁應選擇焊接性能較好的鋼材，盡量減少焊接結構，提高焊接質量，以保證密封可靠。

3 真空系統的建立

真空吸盤真空系統的建立有真空泵和真空發(fā)生器兩種方法。一般情況下，如果真空吸盤的數量不是很多，吸盤的直徑不是很大，采用真空發(fā)生器比較經濟。但是軌道板起吊耗能比較大，采用真空泵比較合理，它是一種在吸氣口形成負壓，排氣口接通大氣，吸氣口和排氣口兩端可獲得很大壓力比的抽排氣體的設備。

真空吸盤系統原理圖如圖5所示，當吸持軌道板時，真空切換閥(12)的電磁鐵通電，真空泵(15)吸氣，對蓄能器(13)蓄能后在真空吸盤(10)處產生真空，將軌道板初步吸住。當真空度達到真空壓力開關(7)所設定的壓力時，則發(fā)出電信號開始起吊軌道板。當需要釋放軌道板時，真空切換閥(12)的電磁鐵斷電，真空破壞閥(5)的電磁鐵通電，壓縮空氣經干燥器(1)、過濾器(2)、油霧分離器(3)、溢流減壓閥(4)、真空破壞閥(5)、節(jié)流閥(6)、真空過濾器(8)，到達真空吸盤(10)，真空系統破壞，將軌道板釋放。

圖5 真空吸盤系統原理圖

4 作業(yè)過程

1）將真空吊具掛在橋式起重機的吊鉤上，鎖好吊具，接通設置在起重機上的電源。

2）開動起重機將真空吊具移至要脫模的軌道板上方，調整起重機的位置，降低吊具高度使吸盤落到軌道板混凝土表面固定的區(qū)域。

3）啟動真空泵，通過模具底部的6個入風口壓縮空氣，使吸盤緊緊吸附在混凝土表面，直到達到預先設定好的吸力。

4）啟動5個液壓缸，首先用較小的壓力調平吊具，然后逐漸增壓至預先設定值。

5）將軌道板平穩(wěn)地從模具中吊出來，水平旋轉90度，吊運存放在存板臺座上。

6）松開真空吊具，重復操作直至脫模工序完成。

5 真空吊具的優(yōu)點

5.1 操作速度快

真空能量存儲在真空蓄能器里，瞬時吸取并瞬時釋放，搬運效率高，節(jié)約生產成本。

5.2 安全無污染

在真空泵斷電的情況防止軌道板突然墜落，且無污染，無光、熱、電磁等產生。

5.3 不傷軌道板

與掛鉤式吊具和鋼纜式吊具不同，真空吸盤由于是橡膠材料制造，吸取或者放下軌道板不會對軌道板造成任何損傷。

5.4 勞動強度低

真空吊具吸取和釋放一人操作即可，減少了從事艱苦和危險作業(yè)的操作人員，并且真空吊具在軌道板上方的操作，抓取與釋放較容易。

6 結束語

CRTSⅡ型無砟軌道板預制是按照工業(yè)化設計思路，以最大程度實現軌道板的機械化生產。真空吊具作為其中的重要裝備之一，機械化程度高、勞動強度低、生產安全可靠，不但提高了軌道板的機械化生產水平，而且保證了軌道板的生產質量。

[1] 何存興.液壓傳動與氣壓傳動(第二版)[M].武漢:華中科技大學出版社,2000.

[2] 張群生,黃誠,李華川.真空技術在設備自動化中的應用[J].裝備制造技術,2008,(1):110-111.

[3] 中華人民共和國勞動部.LD48-93.起重機械吊具與索具安全規(guī)程[S].北京:中國標準出版社,1993.