M5-10型車載式布枕機(jī)研制及應(yīng)用

郝銀根

(中鐵二十二局集團(tuán)第二工程有限公司，北京 100141)

1 M5-10型車載式布枕機(jī)研制背景

1.1 無縫線路常用鋪軌方式

根據(jù)線路特點(diǎn)、橋梁結(jié)構(gòu)、梁型、施工組織不同，客運(yùn)專線、客貨混線等有砟無縫線路鋪軌可采用一次性鋪設(shè)無縫線路(使用SVM1000、CCPG500等鋪軌機(jī))、軌排鋪軌(使用DPK32、PJ32等鋪軌機(jī))后換鋪長軌、人工布枕鋪長軌等多種形式。無砟軌道無縫線路一般采用WZ500等無砟鋪軌機(jī)鋪設(shè)。

1.2 WZ500推送長鋼軌鋪設(shè)有砟無縫線路試驗(yàn)

2012年初在廣珠鐵路進(jìn)行了鋪軌工藝性試驗(yàn)，采取挖掘機(jī)吊卸輔助人工擺放軌枕，然后使用WZ500鋪軌機(jī)縱向推送500 m長鋼軌，完成鋪軌15 km。

挖掘機(jī)吊卸輔助人工擺放軌枕的主要弊端是:挖掘機(jī)擾動(dòng)道床后軌枕縱向不平順影響推送;人工作業(yè)布枕精度低;人工和機(jī)械成本高;不符合機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化要求;工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)效率低下，人工布枕速度慢，無法滿足客運(yùn)專線機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化、高精度、高效率的施工需要。

1.3 M5-10型車載式布枕機(jī)研制背景

柳南和南黎高速鐵路軌道工程需鋪設(shè)無縫線路457 km，需3套鋪軌機(jī):SVM100和CCPG500長軌鋪軌機(jī)各一套，第3套擬研制專用布枕裝備，采用“專用布枕裝置布枕，WZ500鋪軌機(jī)推送長鋼軌”的鋪軌方式。采用這種方式鋪軌，前期試驗(yàn)中WZ500一般在90 min內(nèi)可以完成一對(duì)500 m長鋼軌推送，鋪軌效率主要取決于布枕速度。本文研制以軌枕運(yùn)輸車為基礎(chǔ)的專用布枕裝置來提高布枕速度和布枕精度，實(shí)現(xiàn)高效率、高質(zhì)量鋪軌。

2 M5-10車載式布枕機(jī)工作原理、結(jié)構(gòu)和功能

2.1 設(shè)計(jì)思路

M5-10車載式布枕機(jī)設(shè)計(jì)參照SVM1000鋪軌機(jī)的軌枕輸送吊車結(jié)構(gòu)，采用輪軌走行方式，運(yùn)行于SVM1000，CCPG500等型號(hào)鋪軌機(jī)的枕軌運(yùn)輸車上。設(shè)備通過電子、機(jī)械、液壓等控制裝置和機(jī)構(gòu)，配合人工操作，自動(dòng)布設(shè)軌枕到鄰線道床上。

2.2 布枕機(jī)性能參數(shù)(表1)

表1 M5-10車載式布枕機(jī)性能參數(shù)

2.3 設(shè)備構(gòu)成

車載式布枕機(jī)由大車總成、布枕小車、可折疊懸臂、安全支柱、勻枕布枕架、電控及液壓系統(tǒng)等組成，見圖1。

2.4 設(shè)計(jì)和工作原理

大車總成為單臂車載門式起重機(jī)結(jié)構(gòu)，由主縱梁、主橫梁、支腿、走行裝置、安全裝置、配重等組成，可在鐵路平車上鋪設(shè)的軌道上走行，并可由PLC+計(jì)程輪精確計(jì)算并控制大車走行距離。

圖1 M5-10車載式布枕機(jī)

勻枕器由吊架、取枕器、橫向開合機(jī)構(gòu)和縱向伸縮機(jī)構(gòu)組成，設(shè)縱向與橫向定點(diǎn)控制。軌枕間距是依靠液壓油缸自動(dòng)控制技術(shù)，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)0.6 m時(shí)，油缸閥塊自動(dòng)閉合，停止工作。

吊枕小車由吊枕小車鋼結(jié)構(gòu)、滑輪、走行輪、限位裝置等組成。吊枕小車有起始點(diǎn)與作業(yè)點(diǎn)兩個(gè)停車位置，操作人員根據(jù)液晶顯示屏數(shù)據(jù)采用手動(dòng)定位控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)中線準(zhǔn)確對(duì)位，停車精度±10 mm。

動(dòng)力系統(tǒng)采用輸出功率30 kW的柴油發(fā)電機(jī)組。

電控系統(tǒng)由主電源控制子系統(tǒng)、大車走行控制子系統(tǒng)、大車支腿高度調(diào)整及勻枕器伸縮與開合控制子系統(tǒng)、起重與拖拉控制子系統(tǒng)等組成。其中起重、拖拉及大車走行均采用變頻調(diào)速(起重功率為4.5×2 kW、拖拉功率為1.5 kW、大車走行功率為1.5×4 kW)。大車走行測(cè)距與布枕定位采用PLC+計(jì)程輪精確控制大車走行距離。

整機(jī)液壓系統(tǒng)由大車支腿高度調(diào)整、勻枕器伸縮及開合液壓子系統(tǒng)等組成。

2.5 工效

一次鋪設(shè)7根軌枕，一個(gè)工作循環(huán)周期約3 min，每班(8 h)可鋪枕約1 120根，折合長度約672 m。

2.6 應(yīng)用范圍

雙線有砟線路在SVM1000等長軌鋪軌機(jī)完成一條線路鋪軌的基礎(chǔ)上，配合枕軌運(yùn)輸車和無砟鋪軌機(jī)，實(shí)現(xiàn)鄰線布枕。

3 布枕機(jī)抗傾覆安全性檢算

布枕機(jī)外形輪廓尺寸如圖2所示。

圖2 布枕機(jī)外形輪廓尺寸(單位:mm)

有關(guān)參數(shù)計(jì)算如下:

①起吊7根軌枕重量G1=29.4 kN;②吊軌小車與勻枕器重量 G2=21.2 kN;③懸臂梁重量 G3=6.0 kN;④2 t×6 m電動(dòng)葫蘆重量G4=1.8 kN;⑤3 t×6 m電動(dòng)葫蘆重量G5=G6=2.4 kN;⑥配重G7=60.0 kN;⑦后支腿與主縱梁重量G8=16.0 kN;⑧前支腿與主縱梁重量G9=17.0 kN;⑨發(fā)動(dòng)機(jī)與司機(jī)室重量(含支架)G10=10.0 kN;⑩主梁重量G11=15.0 kN。

線路超高150 mm，車輛旁承及轉(zhuǎn)向架彈簧下沉量取12 mm。

由線路及車輛本身引起的傾斜度a=(150+12)/1 435=0.11。

抗傾覆性能檢算如下:

傾覆力矩 M1=G4×2 067+G5×2 650+G6×2 967+G7×3 235+G8×3 000+G10×2 370+G11×1 500=305.5 kN·m

抗傾覆力矩M2=(G1+G2)×3 500+G3×2 350+(G3+G4+G5+G6+G7+G8+G9+G10)×a×2 104=217.5 kN·m

抗傾覆系數(shù)u=M1/M2=305.5/217.5=1.40≥1.3，可滿足抗傾覆要求。

由于該布枕機(jī)支腿設(shè)有超高調(diào)整裝置，在調(diào)試過程中，出于安全考慮又增加了安全支撐裝置，因此實(shí)際工況與計(jì)算所采用的極限工況相比更為有利。

4 作業(yè)流程

1)作業(yè)準(zhǔn)備:將待鋪線路道床清理干凈，道砟壓實(shí)平整;設(shè)備配合人員檢查待布軌枕裝枕質(zhì)量、操作人員檢查設(shè)備油路電路、啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、檢查操縱系統(tǒng)等。

2)對(duì)位:軌枕運(yùn)輸車以5 km/h的速度按上一次鋪軌點(diǎn)和大車對(duì)位。

3)設(shè)定基準(zhǔn):對(duì)位完成后，操作手操作大車走行控制系統(tǒng)設(shè)定大車走行起點(diǎn)(由技術(shù)人員提供施工里程)。

4)大車走行至取枕位置:勻枕器橫移至取枕位置，大車走行到合適的取枕點(diǎn)(每輛平車上裝有定點(diǎn)傳感器，適合大車自動(dòng)?？吭诤线m的取枕點(diǎn)，以提高對(duì)位效率)。

5)取枕:放下取枕器，操作開動(dòng)取枕器的開合機(jī)構(gòu)、夾枕、提升勻枕器至固定位。操作過程中，輔助人員檢查開合機(jī)構(gòu)是否操作正確。

6)大車走行至布枕位置:大車走行，自動(dòng)停在布枕點(diǎn)，立支腿。

7)勻枕、布枕:橫移取枕器至鄰線布枕點(diǎn)，放下勻枕器離地約100 mm，操作縱向勻枕機(jī)構(gòu)，將軌枕間距勻到(600±10)mm，2名輔助人員協(xié)助勻枕器對(duì)準(zhǔn)布枕標(biāo)靶，繼續(xù)下放勻枕器直至軌枕平穩(wěn)落在道床之上。

8)落枕:操縱橫向開合機(jī)構(gòu)，放下軌枕(自動(dòng)控制枕間距)，提起勻枕器。

9)操作縱向勻枕機(jī)構(gòu)，收攏取枕器。

10)繼續(xù)提升勻枕器至固定位。

11)橫移勻枕器至取枕位置。

重復(fù)4)～11)步驟，進(jìn)行下一輪布枕作業(yè)。

5 M5-10型車載式布枕機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

1)利用鄰線快速準(zhǔn)確布枕，解決了使用挖掘機(jī)+液壓散枕裝置布枕、人工布枕等長軌工藝帶來的施工誤差，減少了勻枕、方枕、撥道等工程量，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了鋪軌效率。

2)通過在運(yùn)枕列車兩側(cè)設(shè)置走行軌道，并采用車載單臂門式布枕方案，成組布放鄰線軌枕。每組軌枕間距采用無極預(yù)設(shè)定位裝置，各組軌枕之間的間距采用測(cè)距輪保證其間距。橫向采用自動(dòng)定位傳感器控制其中線位置，自動(dòng)控制，布枕精度高，滿足質(zhì)量要求。

3)一次布枕數(shù)量大，可達(dá)7根，幾乎是挖掘機(jī)+液壓散枕裝置布枕效率的2倍。

4)根據(jù)配套軌枕運(yùn)輸車每層裝枕根數(shù)不同，布枕數(shù)量可在3～7根之間動(dòng)態(tài)調(diào)整，做到布枕效率的最大化。布枕時(shí)枕間距可根據(jù)線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)無級(jí)調(diào)整。

5)經(jīng)濟(jì)環(huán)保，節(jié)能減排，燃油消耗成本低。發(fā)動(dòng)機(jī)總功率30 kW，僅為200型(1 m3)挖機(jī)功率的1/6。

6)使用范圍廣，不僅可在路基地段使用，橋隧地段同樣可進(jìn)行布枕施工;不僅可在正線使用，也可在大型鐵路站場(chǎng)貨場(chǎng)使用。

7)設(shè)備構(gòu)思巧妙，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，維修方便，轉(zhuǎn)場(chǎng)快速靈活，使用成本低，與SVM1000等大型長軌鋪軌機(jī)相比有無可比擬的優(yōu)越性。

6 施工效果及評(píng)價(jià)

2012年11—12月間，M5-10車載式布枕機(jī)成功應(yīng)用于柳南和南黎高速鐵路正線軌道工程施工中，用時(shí)50 d，共布設(shè)軌枕74 km，日平均作業(yè)1.5 km。2013年4月，該設(shè)備在來賓北站、黎塘西站和五塘站共布枕15 km。施工期間經(jīng)檢測(cè)布枕的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。與其他工藝相比較，鋪軌后方枕數(shù)量明顯減少，后續(xù)整道作業(yè)中線撥道量小，基本控制在10～15 mm，施工質(zhì)量和效率達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。M5-10車載式布枕機(jī)和WZ500長軌推送鋪軌機(jī)總價(jià)值僅260萬元，設(shè)備100%國產(chǎn)，零部件購置和維修方便快捷，使用和維修成本極低，設(shè)備性能穩(wěn)定可靠，故障率低，在SVM1000和CCPG500鋪軌機(jī)頻繁發(fā)生故障的情況下晝夜布枕鋪軌，對(duì)保證工程進(jìn)度和工期發(fā)揮了重要作用。

7 結(jié)語

M5-10型車載式布枕機(jī)在柳南和南黎高速鐵路正線軌道鋪軌工程中得到成功應(yīng)用，下一步擬將該裝備應(yīng)用于吉圖琿鐵路客運(yùn)專線鋪軌施工中。M5-10型車載式布枕機(jī)為鐵路雙線有砟線路和大型站場(chǎng)鋪軌提供了新方式，對(duì)相關(guān)單位同類型鋪軌施工具有參考價(jià)值。

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