道岔?yè)v固順坡以及銜接部分施工工藝*

顧建華

(1．武漢大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，湖北武漢430072;2．廣州大型養(yǎng)路機(jī)械運(yùn)用檢修段，廣東廣州511486)

我國(guó)鐵路網(wǎng)四通八達(dá)，承擔(dān)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)客貨運(yùn)輸?shù)闹匾蝿?wù)，如何確保鐵路列車運(yùn)行的長(zhǎng)期安全可靠顯得尤為重要，這離不開(kāi)線路等固定設(shè)備的有效養(yǎng)護(hù)和維修［1］。其中道岔是鐵路固定設(shè)備軌道結(jié)構(gòu)的重要組成部分，是工務(wù)工程養(yǎng)護(hù)維修的重點(diǎn)部位［2］。實(shí)踐表明，在固定的線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，道岔?yè)v固車作業(yè)過(guò)程中經(jīng)常碰到順坡作業(yè)以及岔群區(qū)域施工斷點(diǎn)銜接的問(wèn)題，嚴(yán)重影響道岔?yè)v固的施工質(zhì)量，為提高線路養(yǎng)護(hù)維修質(zhì)量，確保列車行車安全，采用一定的施工工藝和方法進(jìn)行重點(diǎn)控制勢(shì)在必行。

1 道岔?yè)v固車相應(yīng)的幾何參數(shù)和原理概述

1．1 幾何參數(shù)及數(shù)學(xué)模型

在搗固車作業(yè)過(guò)程中，撥道和抄平系統(tǒng)要完成2個(gè)方向上的道床幾何尺寸檢測(cè)及整正作業(yè):即縱向水平(簡(jiǎn)稱縱平或水平)和橫向水平(簡(jiǎn)稱橫平或超高)。在撥道、抄平系統(tǒng)內(nèi)部，橫平和縱平相互聯(lián)系、相互作用，起道、抄平作業(yè)在同一起道執(zhí)行動(dòng)作中完成［3］。起道、抄平作業(yè)較為常用的作業(yè)車型為CD08－475型，以CD08－475型道岔?yè)v固車為例進(jìn)行分析和運(yùn)算［4－6］，其幾何參數(shù)如圖1所示。

圖1 CD08－475型道岔?yè)v固車幾何參數(shù)Fig．1 The geometric parameters of switch tamping car CD08－475

1．1．1 基本幾何參數(shù)

(3)R點(diǎn)和F點(diǎn)的影響系數(shù)。由圖1示幾何關(guān)系R點(diǎn)的影響系數(shù):

由圖1示幾何關(guān)系F點(diǎn)的影響系數(shù):

1．1．2 起道原理分析

根據(jù)R和F點(diǎn)的影響系數(shù)，并由圖2所示的原理可知抄平作業(yè)時(shí)，以M為基點(diǎn)起道值是由F和R點(diǎn)的反饋而影響。

R和F點(diǎn)對(duì)M的影響值:

圖2 抄平原理示意圖Fig．2 Sight principle diagram

1．1．3 三點(diǎn)法撥道原理分析

在實(shí)際撥道作業(yè)過(guò)程中就CD08－475型道岔?yè)v固車的三點(diǎn)法撥道是用四點(diǎn)法撥道模擬三點(diǎn)法撥道的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。原理如圖3所示。

圖3 四點(diǎn)法模擬三點(diǎn)法撥道原理圖Fig．3 Four simulation three point method to track lining principle diagram

由圖3可見(jiàn):在以BD為弦長(zhǎng)BCD為弧的模型中與08－32的三點(diǎn)撥道原理相同，其中H′1就是08－32對(duì)應(yīng)的偏差值。由于H′1近似與H4相等(所存在的誤差是高階的無(wú)窮小)，所以，只需要把H2和H3矢量值相抵消就可以了，這樣就實(shí)現(xiàn)了四點(diǎn)法模擬三點(diǎn)法撥道。

其中:H3+H4為撥道傳感器正矢偏移，H1為測(cè)量傳感器正矢偏移:

由以上兩式可得:

對(duì)于D點(diǎn)隨動(dòng)的補(bǔ)償是抵消C點(diǎn)一部分的殘余值，這些在電路里面都是固定的。實(shí)際撥道運(yùn)用的原理就是繩正法測(cè)量精度的長(zhǎng)度為18．8 m，自動(dòng)撥道的時(shí)候就是以這個(gè)長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量反饋來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?，所以，D點(diǎn)前端的誤差是沒(méi)有辦法控制的，激光撥道就是把在激光小車的發(fā)射點(diǎn)加進(jìn)了一個(gè)實(shí)時(shí)補(bǔ)償前端(D點(diǎn))對(duì)撥道系統(tǒng)進(jìn)行了前端誤差(線路的偏差)的修正，等于把弦線延長(zhǎng)到了激光點(diǎn)，大的方向(激光發(fā)射的精度一般300 m以內(nèi))可以得到修正。

1．2 模型參數(shù)的分析

圖3中F點(diǎn)的情況Fy(x+11．12)包含了自身結(jié)構(gòu)和電路兩部分。自身的結(jié)構(gòu)是由線路的狀況決定的;電路部分是通過(guò)電路與本身結(jié)構(gòu)的系數(shù)相乘后疊加，由傳感器電路部分來(lái)控制起道，各部分就可以直接通過(guò)人為控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，相當(dāng)于虛擬控制F點(diǎn)的效果，電路部分包含了3個(gè)方面:手動(dòng)輸入部分、ALC系統(tǒng)輸入部分、激光修正部分，通過(guò)3個(gè)方面的結(jié)合使用和對(duì)線路的測(cè)量就可以消除線路本身結(jié)構(gòu)或不良情況對(duì)抄平過(guò)程的影響。

而R點(diǎn)只包含了本身結(jié)構(gòu)的部分，這就要求選取作業(yè)點(diǎn)的時(shí)候盡量保證選取線路從R點(diǎn)到M點(diǎn)線路狀況良好的區(qū)域進(jìn)行作業(yè)。

M點(diǎn)在上面的模型中是作為基本點(diǎn)進(jìn)行建立的，在電路部分也可以改變，這樣的控制類似于虛擬控制基本點(diǎn)M的效果，不同的是它可以單邊控制不像F是左右同時(shí)控制，這個(gè)主要是用于控制橫向水平。

在橫向水平和縱向水平的綜合控制下就形成了一個(gè)面的控制效果。

這在實(shí)際的起道作業(yè)中就是一個(gè)反饋比較的過(guò)程，當(dāng)f(x)與抄平傳感器值抵消(或起道相抵為負(fù)值)時(shí)，起道作業(yè)的過(guò)程結(jié)束。

靜態(tài)的分析就是:Fy(x－6．12)和 Fy(x+11．12)是 2 個(gè)靜態(tài)數(shù)值的過(guò)程。

2 順坡作業(yè)工藝分析

2．1 順坡率變化對(duì)順接的影響分析

若按照道岔車經(jīng)驗(yàn)的作業(yè)模式，每搗固一根枕木起道值變化1 mm(由前端輸入)，其順坡影響值:

x:順坡作業(yè)前進(jìn)的里程。

在線路情況理想的情況下，

其中:C為前端起道的初值，

兩者相加等于1，其作業(yè)的實(shí)際起道值為:

因?yàn)椋?dāng)x∈(－∞，0］時(shí)，

fh(x)=0(順坡過(guò)程，x為負(fù)值，無(wú)法起道)，所以，當(dāng) x ∈ (0，6．12］時(shí)，

fh(x)=C －0．646x(順坡過(guò)程，x為0 －6．12，起道量需減去順坡影響值)。

當(dāng) x∈ (6．12，∞)時(shí)，fh(x)=C － 0．646x+0．645 × fh(x － 6．12)。

fh(x)對(duì)x求一階導(dǎo)數(shù)可以得到順坡率:

當(dāng) x ∈ (0，6．12］時(shí)，p= － 0．646

當(dāng) x∈ (6．12，2 × 6．12)時(shí)，

p= － 0．646 － kR× (－ 0．646)=0．975

當(dāng)x∈ ((n －1)×6．12，n ×6．12］時(shí)，

p= －0．646－kR×(－0．646)－ …

由(4)迭代進(jìn)行計(jì)算，前端的輸入以固定速率順坡，其順坡率是變化的，如表1所示。

表1 固定順坡系數(shù)數(shù)據(jù)Table 1 Fixed along the slope coefficient data

由表1可見(jiàn):這樣順坡率的變化會(huì)造成順接的困難。

2．2 順坡系數(shù)的優(yōu)化調(diào)整

由上述的分析可知，反饋是以固定的RM點(diǎn)的距離進(jìn)行的，如果設(shè)定第1個(gè)6．12 m以b1每空順坡，第2個(gè)6．12 m 以b2每空順坡，第 n個(gè)6．12m以bn每空順坡，進(jìn)行推廣分析。

在x∈((n －1)×6．12，n ×6．12］時(shí)，其上述(2)～(5)式變?yōu)轫樒掠绊懼?

前端影響值為:

實(shí)際起道:

順坡率為:

所以，要對(duì)順坡系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，如表2所示的順坡率的工藝就是合理的。

表2 優(yōu)化順坡系數(shù)數(shù)據(jù)Table 2 Optimize the slope coefficient data

圖4 順坡率的比較Fig．4 The comparison of the slope rate

經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的順坡率均接近1‰，符合線路的順坡要求，而且也便于操作。在(3)式中的C是起道量的高度直接影響到順坡的線路長(zhǎng)度，若按照1‰考慮，則起道高度和順坡的距離基本就是1 m對(duì)應(yīng)1 mm。

2．3 分 析

在直線上面作業(yè)時(shí)，順坡的過(guò)程就是順坡率起道值由0增加到起道初值的過(guò)程，順坡率為正值，如果要順成直線固定坡率的話就要計(jì)算實(shí)際起道到所需要的起道量后，前端的輸入降為實(shí)際起道，出現(xiàn)了固定坡率和0坡率的轉(zhuǎn)接;直線上面作業(yè)結(jié)束時(shí)，順坡的過(guò)程就是順坡起到初值減少到起道值為0過(guò)程，順坡率為負(fù)值。順接有固定順坡率的線路則可以按照原有的順坡率以固定的順坡系數(shù)進(jìn)行順坡，值得注意的順接點(diǎn)一定要對(duì)應(yīng)。

3 搗固作業(yè)中銜接處的工藝分析

3．1 起道作業(yè)中起點(diǎn)與終點(diǎn)的銜接

(1)起點(diǎn)即前次施工作業(yè)的起點(diǎn)區(qū)域作為本次施工結(jié)束點(diǎn)區(qū)域。

(2)對(duì)上次起道值開(kāi)始順坡時(shí)搗固作業(yè)點(diǎn)(B點(diǎn)小車位置)做好標(biāo)記，并了解給定的起道值和起道順坡率。

(3)一般要求本次起道量與上次施工給定起道值一致，當(dāng)前端小車(即D點(diǎn)小車)位置與上次起道搗固標(biāo)記起點(diǎn)位置一致時(shí)，大機(jī)二號(hào)位操作人員應(yīng)將上次起道順坡率作為本次施工作業(yè)結(jié)束的順坡降進(jìn)行降起道量，直至作業(yè)結(jié)束。

(4)較理想狀態(tài)是本次施工結(jié)束時(shí)B點(diǎn)小車位置剛好到達(dá)前次施工起道量給定到位后前端小車(D點(diǎn)小車)位置。

(5)結(jié)束點(diǎn)即前次施工結(jié)束點(diǎn)區(qū)域一般作為本次施工作業(yè)起點(diǎn)區(qū)域。

(6)對(duì)前次施工結(jié)束時(shí)起道量開(kāi)始下降順坡時(shí)B點(diǎn)小車位置做好標(biāo)記，并了解順坡率和起道值。

(7)本次施工中B點(diǎn)小車位置與前次施工中順坡起道量開(kāi)始下降時(shí)B點(diǎn)小車位置一致時(shí)作為搗固作業(yè)的起點(diǎn)，并開(kāi)始給一定量的起道值，該值使左右起道表指針指示為零，在此基礎(chǔ)上，按上次順坡率進(jìn)行起道量增加，起道量給定總量也以上次施工給點(diǎn)值一致。

(8)設(shè)備故障原因，不能繼續(xù)進(jìn)行順坡或者搗固作業(yè)，工務(wù)部門(mén)應(yīng)該組織工務(wù)部門(mén)利用起道機(jī)具進(jìn)行順坡作業(yè)。對(duì)于封鎖區(qū)段限制不能按規(guī)定順坡率進(jìn)行作業(yè)的施工負(fù)責(zé)人應(yīng)該做好預(yù)想，做到最佳順坡率。在曲線區(qū)段順坡時(shí)遵照上述規(guī)定但是不能在緩和曲線上進(jìn)行順坡作業(yè)［7］。

3．2 撥道作業(yè)中起點(diǎn)與終點(diǎn)的銜接

(1)使用自動(dòng)撥道情況下，作業(yè)起點(diǎn)應(yīng)該選在“零點(diǎn)”開(kāi)始(A，B，C和D)在一條直線上面，開(kāi)始自動(dòng)撥道作業(yè)，在銜接點(diǎn)仍采用自動(dòng)撥道，直至作業(yè)結(jié)束，撥道指示表指示零點(diǎn)時(shí)關(guān)閉撥道即可。應(yīng)在前次作業(yè)結(jié)束撥道區(qū)域加載并查找撥道零點(diǎn)，然后打開(kāi)自動(dòng)撥道作業(yè)，直至在順坡階段找到零點(diǎn)時(shí)結(jié)束撥道作業(yè)。

(2)使用激光撥道情況下，必須由工務(wù)部門(mén)提前做好測(cè)量，激光發(fā)射點(diǎn)應(yīng)設(shè)在上次作業(yè)后平直線路上，且本次撥道作業(yè)起點(diǎn)區(qū)域方向應(yīng)與激光發(fā)射點(diǎn)在同一中心線上。需要注意的是本次作業(yè)起點(diǎn)區(qū)域AD段的直線長(zhǎng)度應(yīng)大于24．65 m，并在線路上標(biāo)記出來(lái)，激光點(diǎn)位置距作業(yè)起始點(diǎn)位置不大于300 m。激光撥道作業(yè)結(jié)束時(shí)，如前端平面存在偏差時(shí)，應(yīng)在二號(hào)位輸入激光作業(yè)時(shí)的偏差值。在此種情況下，必須由工務(wù)部門(mén)提前找好激光發(fā)射點(diǎn)，激光發(fā)射點(diǎn)也是作業(yè)結(jié)束點(diǎn)，應(yīng)與前次作業(yè)后線路方向在同一中心線上。操作方法與前次施工作業(yè)起點(diǎn)處的銜接施工中激光撥道作業(yè)相同。

3．3 道岔群區(qū)開(kāi)向不同換加載的銜接

(1)對(duì)于可動(dòng)心的道岔區(qū)域，不存在有害空間，其對(duì)撥道的測(cè)量系統(tǒng)影響很小，應(yīng)該保持撥道的連續(xù)性，從一次方向加載過(guò)去［8］。對(duì)于存在有害空間的道岔且前后道岔是存在不同開(kāi)向時(shí)，應(yīng)該在D點(diǎn)作業(yè)小車接近有害空間時(shí)候(加載方向?yàn)橛泻臻g的對(duì)面?zhèn)?更換測(cè)量小車的加載方向。

(2)采用自動(dòng)撥道時(shí)，在D點(diǎn)靠近反開(kāi)向道岔有害空間前找到一個(gè)撥道“零點(diǎn)”的位置做好標(biāo)記，更換小車的加載方向在確認(rèn)前后動(dòng)車安全的情況下，前后移動(dòng)機(jī)械車，使測(cè)量輪對(duì)靠軌回到作好標(biāo)記的位置，是“零點(diǎn)”時(shí)繼續(xù)自動(dòng)撥道作業(yè)。不是“零點(diǎn)”往作業(yè)反方向退車(A點(diǎn)小車不能到前面作業(yè)完道岔岔心有害空間)，至找到最近的零點(diǎn)只撥不搗至搗固作業(yè)點(diǎn)，繼續(xù)作業(yè)。

(3)采用激光撥道時(shí)，在D點(diǎn)靠近反開(kāi)向道岔有害空間前找到一個(gè)撥道“零點(diǎn)”的位置做好標(biāo)記，并記錄好前端的偏移數(shù)值，更換小車和激光小車的加載方向，前后移動(dòng)機(jī)械車，使測(cè)量輪對(duì)靠軌回到做好標(biāo)記的位置重新標(biāo)對(duì)激光到記錄的數(shù)值，是“零點(diǎn)”繼續(xù)自動(dòng)撥道作業(yè)，不是“零點(diǎn)”往作業(yè)反方向退車(A點(diǎn)小車不能到前面作業(yè)完道岔岔心有害空間)找到最近的零點(diǎn)，重新標(biāo)對(duì)激光的零點(diǎn)只撥不搗到原來(lái)的位置。前端輸入數(shù)值的情況與激光的方法是一致的。

(4)為了更加高效優(yōu)質(zhì)地保證施工質(zhì)量，在安排封鎖計(jì)劃時(shí)要求:單組道岔(包括單開(kāi)、交分、交叉渡線直股)必須在一個(gè)封鎖點(diǎn)內(nèi)完成;在封鎖作業(yè)范圍內(nèi)有豎曲線的，必須一次將豎曲線全部作業(yè)完成;安排精確搗固的道岔，需一次將作業(yè)范圍內(nèi)道岔作業(yè)完畢。另外起道、撥道困難的區(qū)域應(yīng)由人工協(xié)助配合施工。

4 結(jié)論

道岔?yè)v固車作業(yè)過(guò)程中的順坡作業(yè)以及岔群區(qū)域施工斷點(diǎn)銜接的問(wèn)題，可以根據(jù)CD08－475型道岔?yè)v固車的起撥道控制基本原理，采用有效的施工工藝，加強(qiáng)重點(diǎn)部位監(jiān)控，提高作業(yè)質(zhì)量，能夠有效消除病害，進(jìn)而確保鐵路列車行車的安全可靠。

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