TAS-2型全自動軌道板精調(diào)系統(tǒng)在客專中的應用

杜天民李寶蘊

中圖分類號：U21 獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2012）01-0020-02

摘要：介紹了TAS-2型全自動軌道板精調(diào)系統(tǒng)的空間數(shù)學模型、動力調(diào)整裝置以及現(xiàn)場使用效果,精調(diào)效果完全滿足客運專線技術(shù)標準，從而使得軌道幾何尺寸達到高速度、高平順性、高穩(wěn)定性要求。

關(guān)鍵詞：全自動；精調(diào)；應用

Abstract: This paper describes the mathematical model, power adjustment device and on-site use of effects of the TAS-2 automatic orbital plate of fine-tuning the system space, fine-tune the effect of completely meet the standard of passenger dedicated line technology, which makes the track geometry of high-speed, high ride comfort and high stability requirements.???Key words: automatic; fine-tuning; application

概述

我國《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》提出，到2020年將新建成鐵路1.98×104km，其中新建客運專線9800km以上。為適應客運專線鐵路對高速度、高平順性、高穩(wěn)定性的要求，發(fā)展無砟軌道結(jié)構(gòu)線路已是必然的趨勢。預計新建客運專線無砟軌道結(jié)構(gòu)約占軌道工程總量的70-80%，設(shè)計時速均在250km以上，最高時速350km。

京津、京滬、京石等客運專線（高速鐵路）的軌道均采用以CRTS II型軌道板為主體的板式結(jié)構(gòu)，在軌道鋪設(shè)工程中，其質(zhì)量控制、進度控制的關(guān)鍵工序之一就是軌道板的精確定位，此前這道關(guān)鍵的工序都是依靠人工扳動精調(diào)爪的螺桿來完成的。因此，技術(shù)先進、精確可靠的TAS-2全自動精調(diào)系統(tǒng)，不僅適應當前工程的需要，也將大幅度地提升我國無砟軌道精調(diào)施工裝備的技術(shù)含量，亦為今后高速鐵路優(yōu)質(zhì)、高效的修建打下了堅實的硬件基礎(chǔ)。

空間數(shù)學模型

軌道板在調(diào)整過程中，既有剛體的運動規(guī)律，又有彈性體的運動特點。根據(jù)軌道板的設(shè)計數(shù)據(jù)和現(xiàn)場的實測結(jié)果，總結(jié)出軌道板的動作規(guī)律如下：

圖1

在調(diào)整動作量較大時，軌道板橫向的運動與變形主要表現(xiàn)為剛性特征，沿長度方向主要表現(xiàn)為彈性特征。如圖1所示，如果在軌道板的一角施加作用力F，軌道板將產(chǎn)生彎曲變形，但是在作用力的一端，沿橫向變形量H1與H2接近，但是沿長度方向，軌道板則呈現(xiàn)明顯的弧形，變形量從0到H1或H2。

但是在軌道板變形量較小時，一般在1mm以下時，軌道板的變形更多的表現(xiàn)為彈性變形，較小的調(diào)整量H1對其他三個角的位移產(chǎn)生的影響很小。

在此基礎(chǔ)上，對運動過程的主要、次要因素進行合理的取舍，得到了下列數(shù)學模型。

H1a=(A+2B)tg（arctg((H1+K)/(A+B))-arctg(K/(A+B))- (A+2B)tg（arctg((H8+K)/(A+B))-arctg(K/(A+B))

H8a=(A+2B)tg（arctg((H8+K)/(A+B))-arctg(K/(A+B))-(A+2B)tg（arctg((H1+K)/(A+B))-arctg(K/(A+B))

使用了這個算法后，精調(diào)設(shè)備一次調(diào)整合格率大幅提高，反復次數(shù)減少，調(diào)整效率提高。

3主要參數(shù)的確定

使用全自動設(shè)備對CRTS II型軌道板的精調(diào)，是通過調(diào)整器來轉(zhuǎn)動精調(diào)爪的螺桿的，因此，設(shè)備的直接負荷來源于軌道板的重量。整塊軌道板重量G0按照9t計算。

單精調(diào)爪承擔的負載

G=G0/2=4500kg=44000N

精調(diào)爪的螺桿螺紋為普通α=60°的三角螺紋，螺紋中徑d=30mm，螺距為s=2mm，摩擦系數(shù)f=0.1（潤滑情況一般）， 于是精調(diào)調(diào)整器的轉(zhuǎn)動扭矩N的計算：

當量摩擦角ψ′=arctg（f/cos（α/2））=6°35′

螺紋升角ψ=arctg（s/πd）=1°12′

中徑力 F=Gtg（ψ+ψ′）=44000N×tg（7°47′）=6015N

轉(zhuǎn)動扭矩N= Fd/2 =6015N×30×10-3/2=90Nm

考慮到調(diào)整器傳動效率約為η=0.8，因此調(diào)整器的輸出扭矩應當為：

N1=N/η=90/0.8=112.5Nm.

經(jīng)過現(xiàn)場測試，正常扭矩在70Nm，最大位130Nm，與計算值比較接近；根據(jù)理論分析與實地測量，水平方向的動作負載小于垂直方向。因此，從現(xiàn)有電機、減速機的重量輸出值考慮，選擇輸出扭矩最大值為220Nm，安全系數(shù)為2。

4動力調(diào)整裝置

在不改變現(xiàn)有精調(diào)爪支承軌道板的思路下，設(shè)計了以高精度伺服電機配合行星減速為動力單元的調(diào)整器，以電動力單元高速、精確的轉(zhuǎn)動代替人工扳動扳手，并設(shè)計了快速拆卸、快速裝入的固定機構(gòu)，代替人工力量轉(zhuǎn)動精調(diào)爪的螺桿。這種調(diào)整器有以下特點：

（1）伺服電機轉(zhuǎn)動精度高、速度高。

高精度伺服電機配有單圈分辨率達2500脈沖的位置反饋傳感器，將每轉(zhuǎn)360°分為2500份。這樣電機轉(zhuǎn)動精度達到0.144°，根據(jù)實測轉(zhuǎn)動精調(diào)爪的速度，結(jié)合系統(tǒng)的功率、扭矩需求，確定電機轉(zhuǎn)動速度設(shè)為700rpm（最高可達3000rpm）。

（2）強勁的扭矩輸出。

配有減速比70:1的行星減速機，將電機速度降低至10rpm，扭矩提高至極限300NM，是人工的三倍左右；這時調(diào)整器轉(zhuǎn)動精調(diào)爪螺桿，升降和平移軌道板的速度為20mm/min，是人工調(diào)整速度的3倍以上。另一方面，動作精度進一步提高至0.001mm。

（3）采用可快速安裝與拆卸機構(gòu)。

調(diào)整器的12邊套筒，配以可調(diào)節(jié)螺桿，組成方便的的快裝結(jié)構(gòu)，水平和垂直調(diào)整器只需幾秒鐘即可裝入頂緊或松開拆卸。

（4）重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。

緊湊可靠的調(diào)整器結(jié)構(gòu)，重量僅有16kg，有專門的手提裝置，使用非常方便。

6效果

在京石客專使用TAS-2E全自動精調(diào)設(shè)備精調(diào)約25km軌道板，從調(diào)板效率、精度等方面進行了對比，數(shù)據(jù)表明，TAS-2E自動精調(diào)設(shè)備調(diào)整精度完全達到技術(shù)要求: 軌道板的承軌座在高程方向偏差、中線方向偏差、相鄰兩塊軌道板之間平順性偏差不超過±0.3mm，正常情況下調(diào)板效率大約是人工的1.5-2倍。

參考文獻：

[1]車兆利 CRTSII型板式無砟軌道底座板施工技術(shù)《21世紀建筑材料》2011年 第1期

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。