道岔清篩機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

李洪升，胡 斌

(昆明中鐵集團(tuán)公司，昆明 650215)

道岔機(jī)械化清篩與維修是中國(guó)鐵路乃至世界鐵路，多年來(lái)一直不懈努力探求的難題。中國(guó)鐵路在重載、提速的發(fā)展方針指導(dǎo)下，既有線通過(guò)六次大提速改造，基本達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，然而，道岔區(qū)的綜合維修、特別是道床清篩不徹底，仍然是鐵路提速的瓶頸。20世紀(jì)80年代初，為了解決道岔的機(jī)械化清篩，從國(guó)外進(jìn)口了RM76清篩機(jī)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)證明，無(wú)法滿足綜合維修“天窗”的施工組織要求。事實(shí)上，由于 RM80U清篩機(jī)施工費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、操作復(fù)雜，清篩作業(yè)時(shí)間超出一個(gè)綜合維修“天窗”時(shí)間(180 min)很多，不但在國(guó)內(nèi)難以適用，在世界上也一直沒(méi)能普遍應(yīng)用。

既有線通過(guò)提速改造，更換提速道岔后，由于道岔區(qū)道床的人工清篩，不能徹底根除多年來(lái)積累的道床病害，即使道岔?yè)v固車反復(fù)上道作業(yè)，成效也不明顯。因此，道岔的機(jī)械化清篩這個(gè)難題又顯現(xiàn)出來(lái)。鐵道部于2005年立項(xiàng)，進(jìn)行科研攻關(guān)，現(xiàn)已試制出了樣機(jī)，見(jiàn)圖1。

圖1 CQS-550道岔清篩機(jī)

1 道岔維修技術(shù)方案

1.1 總體目標(biāo)

依照目前的鐵道技術(shù)政策，一個(gè)綜合維修“天窗”應(yīng)至少維修一組單開(kāi)道岔，并保持道岔的基本結(jié)構(gòu)不被破壞，是比較理想的技術(shù)方案。針對(duì)道岔維修內(nèi)容要求，在180 min的綜合維修“天窗”內(nèi)進(jìn)行設(shè)備配置和時(shí)間分配，進(jìn)行施工作業(yè)流程設(shè)計(jì)。

1.2 設(shè)備配置

大機(jī)配套是維修時(shí)間和維修質(zhì)量的可靠保證。道岔區(qū)的道床破底清篩后，要有足夠的道砟，保證道床填充的飽滿度，便于道岔?yè)v固車的搗固作業(yè)，為使道床較快地進(jìn)入一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，動(dòng)力穩(wěn)定車也是必要的。一組12號(hào)單開(kāi)道岔區(qū)的道砟量約是160 m3，含污量按30%計(jì)，物料車2臺(tái)用以收集污土和補(bǔ)給新砟，滿足施工要求。

設(shè)備配置:2臺(tái)物料車、1臺(tái)道岔清篩機(jī)、1臺(tái)道岔?yè)v固車和1臺(tái)動(dòng)力穩(wěn)定車，編組次序如圖2。

圖2 道岔清篩機(jī)組配置次序

2 道岔清篩技術(shù)方案

考慮到道床清篩的工況特別復(fù)雜和惡劣，新的機(jī)械清篩技術(shù)很可能需要較長(zhǎng)的研制周期，工業(yè)性考核的時(shí)間也長(zhǎng);選擇現(xiàn)有成熟的技術(shù)平臺(tái)，解決在不停車的情況下，能根據(jù)道岔寬度的變化，實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)構(gòu)的機(jī)械化和自動(dòng)化調(diào)整，是最理想的選擇。經(jīng)過(guò)研究，如何創(chuàng)新挖掘機(jī)構(gòu)的自動(dòng)化裝置是急需解決的問(wèn)題。

2.1 道岔清篩技術(shù)方案研究

現(xiàn)有技術(shù)中(如RM80U或RM76清篩機(jī))挖掘機(jī)構(gòu)只能向右側(cè)一個(gè)方向展開(kāi)，當(dāng)清篩左開(kāi)渡線道岔時(shí)，機(jī)器要從岔股通行，當(dāng)清篩到目標(biāo)位置時(shí)，就會(huì)侵入鄰線限界，有較大的局限。

新的研制方案，其挖掘機(jī)構(gòu)要能向左右兩個(gè)方向展開(kāi)，不論是清篩左開(kāi)道岔或右開(kāi)道岔，機(jī)器可走行于直股上，在渡線上清篩道岔時(shí)不至于侵入鄰線限界，從岔頭向岔尾篩，或從岔尾向岔頭篩，都能正常作業(yè)。

2.2 道岔清篩寬度的研究

以12號(hào)可動(dòng)心軌轍叉單開(kāi)道岔為例，要求一組道岔清篩完后，道岔兩端都能與正線清篩機(jī)接上。經(jīng)研究計(jì)算，得出各型道岔清篩完的最小挖掘?qū)挾纫?jiàn)表1。

表1 道岔清篩寬度

2.3 道岔清篩時(shí)間的確定(以一組12號(hào)單開(kāi)道岔為例)

根據(jù)現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備，道岔?yè)v固車和動(dòng)力穩(wěn)定車維修一組道岔的時(shí)間約為60～70 min，前提還是道砟的填補(bǔ)比較充分，考慮預(yù)留開(kāi)通前的綜合檢查時(shí)間為20～30 min，道岔清篩時(shí)間按90 min計(jì)算。研制能在90 min內(nèi)清篩一組道岔的清篩機(jī)，就是技術(shù)方案中關(guān)鍵的關(guān)鍵。

2.4 渡線道岔清篩區(qū)域與鄰線建筑限界關(guān)系分析

圖3 渡線道岔清篩區(qū)域與鄰線建筑限界關(guān)系分析(單位:mm)

圖3是由兩組60 kg/m鋼軌12號(hào)單開(kāi)道岔組成的單渡線結(jié)構(gòu)。當(dāng)需要清篩上(下)行線Ⅰ(Ⅱ)時(shí)，封鎖上(下)行線Ⅰ(Ⅱ)及渡線，由圖可知，要保證兩次清篩(清篩上行線Ⅰ和下行線Ⅱ各一次)后能將整個(gè)道岔區(qū)清篩完畢，要求能清篩到渡線的中心區(qū)域。假設(shè)挖掘機(jī)構(gòu)最大挖掘?qū)挾葹? 700 mm，其一側(cè)的清篩寬度為7 700－2 015=5 685 mm，不小于雙線間中心區(qū)域2 500 mm。同時(shí)，挖掘區(qū)域離鄰線建筑限界間距為2 500－1 875=625 mm。所以，在清篩單渡線道岔時(shí)不會(huì)侵入鄰線建筑限界。

3 道岔清篩機(jī)的方案研究及技術(shù)特點(diǎn)

1)研制的總體目標(biāo)與原則。自主創(chuàng)新，創(chuàng)世界一流的制造工藝，廣泛采用加工中心，焊接機(jī)器人等;滿足重載提速的發(fā)展要求，大軸重、大牽引力和聯(lián)掛120 km/h的提速要求。車體與轉(zhuǎn)向架構(gòu)架進(jìn)行必要的有限元分析計(jì)算(圖4)。

圖4 大型養(yǎng)路機(jī)械提速動(dòng)力轉(zhuǎn)向架

2)發(fā)明完全自主創(chuàng)新的挖掘機(jī)構(gòu)。伸縮底梁可向左右兩個(gè)方向自動(dòng)展開(kāi)，挖掘耙鏈可隨挖掘機(jī)構(gòu)作同步調(diào)整。

3)滿足換床作業(yè)要求的補(bǔ)新砟機(jī)構(gòu)，道岔區(qū)換床作業(yè)，后端物料車輸送的道砟通過(guò)補(bǔ)砟機(jī)構(gòu)回填。篩出的污土通過(guò)篩下輸送機(jī)送到前端的物料車上。

4)提速動(dòng)力轉(zhuǎn)向架同步開(kāi)發(fā)。針對(duì)清篩系列產(chǎn)品大軸重、大牽引力的特點(diǎn)，同步開(kāi)發(fā)滿足25 t軸重、單軸黏著牽引力不小于70 kN、自運(yùn)行100 km/h、聯(lián)掛運(yùn)行120 km/h速度要求的提速動(dòng)力轉(zhuǎn)向架。

5)液壓系統(tǒng)，針對(duì)清篩機(jī)高速自走行系統(tǒng)和挖掘系統(tǒng)消耗功率都比較大，而又不在同一工況這一特點(diǎn)，用一個(gè)泵供兩個(gè)系統(tǒng)工作。此泵的輸出，不同的工況下切換到不同的系統(tǒng)，即高速自走行時(shí)，將油輸送到轉(zhuǎn)向架的高速走行馬達(dá)，作業(yè)時(shí)，切換到挖掘驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。既節(jié)省了動(dòng)力輸出口，又節(jié)約了成本。

4 道岔清篩機(jī)試驗(yàn)

4.1 道岔清篩機(jī)的試制和試驗(yàn)

2005年10月，在北京召開(kāi)“道岔清篩機(jī)研制”招標(biāo)方案審查會(huì)，并確定了 A、B兩個(gè)方案，合同號(hào)為2005G006，方案A在昆明中鐵集團(tuán)公司研制，經(jīng)過(guò)多輪的試驗(yàn)與整改，自主研發(fā)的第一臺(tái)道岔清篩機(jī)，2010年5月27日于昆明順利通過(guò)了樣機(jī)出廠審查，并于2010年7月發(fā)往大準(zhǔn)線(大同至準(zhǔn)格爾)做工業(yè)性考核，從9月22日至10月8日安排了17個(gè)集中修的綜合維修“天窗”，選擇了17組道床比較板結(jié)的道岔，給道岔清篩機(jī)90 min的施工時(shí)間，清篩了16組道岔，截止10月底已清篩道岔22組。

4.2 配套作業(yè)、施工組織模式分析

在大準(zhǔn)線，集中修的綜合維修“天窗”時(shí)間定的是240 min，配套的機(jī)械只有道岔?yè)v固車，沒(méi)有物料運(yùn)輸車和動(dòng)力穩(wěn)定車，由于道床含污率大于40%，人工補(bǔ)填的道砟量比較大，線路的恢復(fù)時(shí)間相對(duì)要長(zhǎng)，施工組織和協(xié)調(diào)還可以壓縮時(shí)間。所以，封鎖“天窗”時(shí)間還可以縮短。

5 結(jié)束語(yǔ)

“道岔清篩機(jī)研制”(2005G006)是為了在一個(gè)綜合維修“天窗”180 min內(nèi)完成道岔清篩而研制的，科研人員充分利用大型養(yǎng)路機(jī)械自主研發(fā)的技術(shù)成果研制出A方案的樣機(jī);關(guān)鍵技術(shù)和核心技術(shù)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。樣機(jī)已經(jīng)在大準(zhǔn)線清篩了22組道岔，試驗(yàn)證實(shí)該道岔清篩機(jī)在一個(gè)封鎖“天窗”內(nèi)清篩一組道岔只要90 min，正線清篩效率達(dá)到550 m3/h，自運(yùn)行速度100 km/h，聯(lián)掛運(yùn)行120 km/h，動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)良;特別是起決定作用的挖掘裝置，挖掘底梁可自動(dòng)調(diào)整，適應(yīng)道岔挖掘?qū)挾茸兓囊?集機(jī)電液氣等技術(shù)于一體，機(jī)械化、自動(dòng)化程度在清篩系列產(chǎn)品中達(dá)到了一個(gè)新高度，整體技術(shù)水平處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。

［1］工務(wù)工程標(biāo)準(zhǔn)匯編［M］.北京:鐵道部標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量研究所，2005.

［2］王午生.鐵道線路工程［M］.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1999.

［3］韓志青，唐定全.抄平起撥道搗固車［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，1997.

［4］暢建民.提高D08-32型搗固車系統(tǒng)精度的措施［J］.鐵道建筑，2009(9):109-111.

［5］李增強(qiáng).08-32型搗固車液壓作業(yè)系統(tǒng)壓力不穩(wěn)的原因及解決辦法［J］.鐵道建筑，2007(4):103-104.