鐵路橋梁木枕自動刻槽機(jī)的研制

涂 明 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司杭州工務(wù)段

1 必要性

隨著列車速度的不斷提高，橋枕受到列車輪對的沖擊力加大。段管內(nèi)橋梁大部分運(yùn)行10多年，導(dǎo)致鋼梁橋橋枕裂化較嚴(yán)重，失效較多，大量橋枕需要進(jìn)行制作更換。目前橋枕制作普遍是采用手工制作，橋枕每根制作需要花費(fèi)的工時定額是115 min，其中橋枕刻槽需要花費(fèi)大約80 min/根，一座20 m的鋼梁橋，橋枕根數(shù)54根，刻槽所花費(fèi)的時間為72 h。傳統(tǒng)的人工刻槽，不僅花費(fèi)時間長，工作效率低，而且刻槽工作比較辛苦，同時橋枕制作的質(zhì)量及平行度一致性較差。因此急需研制一種橋枕刻槽機(jī)來代替人工刻槽，以此來提高勞動作業(yè)效率和降低安全風(fēng)險系數(shù)。

同時，根據(jù)鐵路總公司養(yǎng)修體制的改革要求，結(jié)合集團(tuán)公司“強(qiáng)基達(dá)標(biāo)、提質(zhì)增效”工作主題，以及橋梁檢修工作需要，提升養(yǎng)修作業(yè)機(jī)械化發(fā)展要求。針對目前我段橋梁枕木手工刻槽工藝，進(jìn)行機(jī)械電氣化改造，減輕員工勞動強(qiáng)度、提高勞動作業(yè)效率和安全生產(chǎn)思路，加大鐵路養(yǎng)修機(jī)具研發(fā)力度，提升養(yǎng)修產(chǎn)品的工作質(zhì)量，確保鐵路運(yùn)輸安全。

2 橋枕刻槽機(jī)設(shè)計(jì)思路

利用機(jī)械結(jié)構(gòu)傳動技術(shù)，對傳統(tǒng)的橋枕刻槽工作進(jìn)行提升改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化橋枕刻槽。預(yù)期總體目標(biāo)及特征如下：

（1）設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊傳動效率高的機(jī)械裝置；

（2）采用機(jī)械自動化控制技術(shù)完成刻槽；

（3）刻槽機(jī)調(diào)整操控系統(tǒng)靈活，可制作多種型號槽口；

（4）制作槽口平直度、光潔度高及尺寸達(dá)到要求。

查閱國內(nèi)外鐵路橋隧橋枕刻槽方面有關(guān)資料和文獻(xiàn)，目前國內(nèi)還沒有專業(yè)廠家生產(chǎn)橋枕刻槽機(jī)。一線班組進(jìn)行實(shí)地分析生產(chǎn)工藝，分析橋枕刻槽的現(xiàn)狀以及存在的缺陷，根據(jù)橋枕制作的步驟流程，圍繞槽口的類型等展開技術(shù)分析，根據(jù)需求分析和研發(fā)目標(biāo)，提出橋枕刻槽的總體設(shè)計(jì)。

①由電氣加液壓裝置對刻槽工作進(jìn)行控制；

②研制一套三維傳動的刻槽移動裝置；

③配置切削裝置對槽型進(jìn)行切削，鉆孔裝置對連接孔位進(jìn)行鉆削。

3 橋枕刻槽機(jī)構(gòu)造

枕木刻槽機(jī)主要由設(shè)備機(jī)架、工作平臺、龍門架、切削裝置、鉆孔裝置、液壓系統(tǒng)和電器控制系統(tǒng)七部分組成（見圖1）。二套切削裝置安裝在龍門架上，切削裝置由電機(jī)通過三角帶帶動刀盤刀具做旋轉(zhuǎn)切削，根據(jù)槽位的分布，采用四把可調(diào)整移刀以保證刻槽精度，工作平臺在油壓系統(tǒng)的控制驅(qū)動下，沿著軌道前后移動進(jìn)行進(jìn)給切削，切削裝置在龍門架上上下左右移動，對橋枕深度、寬度尺寸進(jìn)行進(jìn)給工作。

圖1 橋枕刻槽機(jī)示意圖

3.1 設(shè)備機(jī)架

設(shè)備機(jī)架主要由12#槽鋼和6#槽鋼焊接，四角增加調(diào)整支座，尺寸長3 500 mm，寬2 000 mm，左右兩側(cè)裝有走行軌道，便于工作平臺和龍門架在軌道上精密位移。

3.2 工作平臺

工作平臺在設(shè)備機(jī)架上通過滾輪在油缸推動下前后移動（見圖2），安裝橋枕平臺采用滾筒結(jié)構(gòu)，滾筒采用分級水平安裝，即兩頭滾筒高，中間滾筒低，便于切削時受力均勻，不易翹頭；枕木鎖緊采用轉(zhuǎn)盤進(jìn)行螺旋固定，鎖緊效果牢固，工作平臺位移速度28 mm/s，最大移動量700 mm。

圖2 橋枕刻槽機(jī)工作平臺圖

龍門架采用門式結(jié)構(gòu)，兩門柱和橫臂使用12#槽鋼進(jìn)行焊接，兩門柱間用鋼管螺桿連聯(lián)，便于橫臂間隙調(diào)整。兩門柱設(shè)有升降裝置，采用精密螺紋推桿可使橫臂上下升降（見圖3），升降速度每秒5 mm，最大可升降量400 mm；龍門架底部裝有滾動裝置，利用液壓系統(tǒng)可在基架軌道上進(jìn)行前后移動，移動速度28 mm/s，最大移動量300 mm。

圖3 橋枕刻槽機(jī)龍門架圖

3.3 切削裝置

切削裝置由基座、電機(jī)、傳動主軸、刀盤組成（見圖4）。基座安裝在橫臂上通過螺紋推桿可使切削裝置左右移動，移動速度5 mm/s，最大可移動量750 mm；采用三相電機(jī)，電機(jī)功率3 kW，刀盤回轉(zhuǎn)速度為1 410轉(zhuǎn)/min，刀具的最大直徑采用180 mm，刀具的主軸直徑30 mm，刀具的線性速度為13 m/s，能夠滿足橋枕刻槽質(zhì)量要求。刀具主要四組刀片周向均布采用斜面自鎖組裝結(jié)構(gòu)，刻槽刀片采用T10高速工具鋼，刀片高出刀盤工作面2 mm，便于刀盤排屑順利。不同的刀具對應(yīng)不同的槽口，已滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需求。

圖4 切削裝置圖

3.4 鉆孔裝置

鉆孔裝置由鉆孔基座和電鉆組成（見圖5），基座安裝在龍門架前鍘滑道上，由龍門架油缸控制電鉆的升降，完成橋枕螺栓孔、鉚釘孔的鉆削。

圖5 鉆孔裝置圖

3.5 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)主要由電機(jī)、液壓油泵、電磁閥和油缸等四部分組成（見圖6）。該系統(tǒng)由2.2 kW的三相電機(jī)帶動液壓油泵，液壓油通過油管進(jìn)入電磁閥。通過電路控制電磁閥液壓油推動油缸控制工作平臺和龍門架平穩(wěn)均勻的前后移動。液壓系統(tǒng)公稱壓力7 MPa，工作平臺油缸行程700 mm，龍門架油缸行程300 mm，切削時能輕易將工作平臺平穩(wěn)進(jìn)給，滿足橋枕刻槽需要。

圖6 液壓裝置

3.6 電器控制系統(tǒng)

電器控制系統(tǒng)由：空氣開關(guān)、接觸器、繼電器和按鈕開關(guān)等組成。主電路有兩組接觸器控制切削裝置和油壓系統(tǒng)主電路，控制電路四套其中二套控制工作平臺和龍門架液壓前后位移，另二套控制精密螺紋推桿龍門架上下移動、切削裝置左右移動。

4 應(yīng)用效果

為保證設(shè)備能達(dá)到現(xiàn)場使用要求及設(shè)計(jì)技術(shù)要求，進(jìn)行批量試產(chǎn)前性能測試及組裝切削測試。

4.1 性能測試

（1）首先對機(jī)床水平調(diào)整保證各移動裝置滑動平衡及阻力減少；

（2）對工作平臺前后位移試驗(yàn)，位移時兩工作油缸前后運(yùn)動平行，工作臺沒有振動現(xiàn)象；

（3）龍門架前后上下移動平行測試，前后移動平行架不平行不大于2 mm，上下移動不平行不大于1 mm，達(dá)到設(shè)計(jì)要求；

（4）切削裝置轉(zhuǎn)動平衡振動量及移動平穩(wěn)性測試，通過測試切削裝置振動量不大于0.05 mm，裝置移動平穩(wěn)性符合要求（見圖 7）。

圖7 橋枕刻槽機(jī)測試圖

4.2 組裝切削測試

（1）工作平臺組裝兩根橋枕夾緊后，兩頭向下加力不發(fā)生枕木翹頭及翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，工作平臺前后移動平行及平穩(wěn)；

（2）切削裝置轉(zhuǎn)動后，上下左右移動平穩(wěn)，對刀后向下位移30 mm，進(jìn)行前行切削，切削時出木屑出屑均勻，枕木無跳動現(xiàn)象；

（3）切削橋枕質(zhì)量檢驗(yàn)，切削光潔度底面4級，兩側(cè)面6級，深度30.5 mm，走行6刀每刀50 mm，前后均無破刀現(xiàn)象，能達(dá)到橋枕刻槽技術(shù)要求（見圖8）。

圖8 橋枕刻槽機(jī)刻槽圖

5 效益

橋枕刻槽機(jī)根據(jù)傳統(tǒng)作業(yè)方式，通過機(jī)械裝置完成橋枕刻槽工藝。

5.1 規(guī)范作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

（1）橋枕刻槽嚴(yán)格按照"橋枕刻槽機(jī)安裝使用說明"進(jìn)行；

（2）刻槽質(zhì)量嚴(yán)格按照"鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則"要求。

5.2 保障勞動安全

由電氣液壓系統(tǒng)進(jìn)行操控，減少橋梁工手工操作的安全風(fēng)險。

5.3 簡化作業(yè)工具

利用機(jī)械刻槽，機(jī)械打鉆孔等功能，以前攜帶繁重的機(jī)具等，現(xiàn)在都由機(jī)器代替。

5.4 作業(yè)效率顯著提升

提高各類槽口刻制效率，保證了刻槽產(chǎn)品平直度及尺寸精度，橋枕刻槽機(jī)完成橋枕刻槽的70%的工作量，根據(jù)杭州工務(wù)段工時定額要求，橋枕制作需要花費(fèi)的工時定額是115 min工時，其中橋枕刻槽需要花費(fèi)大約80 min/根，與手工刻槽相比（橋枕刻槽機(jī)一次性可對2根橋枕進(jìn)行刻槽），至少可以節(jié)約將近2 h。如表1所示：

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6 結(jié)論

鐵路橋枕自動刻槽機(jī)完成橋枕刻槽的絕大部分工作，為橋枕刻槽開辟一種新的方式。使手工刻槽工藝通過機(jī)械裝置完成了橋枕刻槽工藝，大大提高了生產(chǎn)作業(yè)效率，技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到現(xiàn)場使用要求，已基本符合批量加工橋枕的工藝要求，得到了現(xiàn)場維修人員充分肯定。