無砟軌道板快速更換一體化裝備研究

張建強(qiáng) 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司科研所

1 前言

高速鐵路開通運(yùn)營后，隨著時(shí)間的發(fā)展，在列車荷載、外部環(huán)境、線下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)變形等因素共同作用下，軌道板已經(jīng)出現(xiàn)裂紋、起鼓、掉塊甚至是地圖狀裂損等病害形式，嚴(yán)重影響軌道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，需要通過對傷損較嚴(yán)重軌道板的更換來提高線路質(zhì)量，確保高速鐵路行車安全。

目前我國高速鐵路營業(yè)里程高居世界第一位，有CRTSI、CRTSII、CRTSIII型三類無砟軌道，國內(nèi)采用的無砟軌道板更換施工技術(shù)，受限于機(jī)械化程度不高以及我國多樣化的無砟軌道類型，存在施工工藝復(fù)雜問題，導(dǎo)致出現(xiàn)施工工期長、施工工人員多、經(jīng)濟(jì)代價(jià)大等問題。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研情況，一個(gè)垂直天窗內(nèi)更換一塊CRTSI型軌道板至少需要施工人員50人以上（不包括防護(hù)員、接觸網(wǎng)工、軌道車司機(jī)等其他配合人員），現(xiàn)場涉及施工人員、工機(jī)具較多，組織困難，潛在安全風(fēng)險(xiǎn)較大。CRTSI型無砟軌道板相比于CRTSII、CRTSIII型無砟軌道軌道板更換工藝較為簡單，同時(shí)隨著我國高速鐵路長期在不同環(huán)境下高負(fù)荷、高頻率運(yùn)營，軌道板裂紋傷損不斷產(chǎn)生和發(fā)展，CRTSII、CRTSIII型無砟軌道軌道板也勢必存在軌道板更換問題，因此對傷損特別嚴(yán)重的無砟軌道板進(jìn)行更換勢必成為無砟軌道養(yǎng)護(hù)維修的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

為滿足日益增多的無砟軌道板更換需求、適應(yīng)高速鐵路單個(gè)施工維修天窗短的特點(diǎn)，保障高速鐵路安全、平穩(wěn)、舒適運(yùn)行，亟需研究無砟軌道板快速更換的機(jī)械化裝備，提高軌道板更換作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量，提升我國高速鐵路無砟軌道養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)水平。

2 無砟軌道板快速更換一體化裝備總體方案

無砟軌道板更換工序復(fù)雜，每個(gè)工序都涉及到不同的工機(jī)具、裝備，針對工序繁雜特點(diǎn)，根據(jù)當(dāng)下施工裝備現(xiàn)狀和施工經(jīng)驗(yàn)按工序完成難度以及裝備配合情況進(jìn)行等級評估，鋼軌撥道、軌道板更換、軌道板精調(diào)這三個(gè)工序是整個(gè)軌道板更換施工過程中最具有提升施工效率和施工質(zhì)量意義的關(guān)鍵工序，完成這三大工序的裝備化，可大大簡化整個(gè)換板施工流程?；趽艿?換板-精調(diào)這三大工序分別展開了專用裝備研發(fā)，形成了鋼軌撥道裝置、無砟軌道板更換主平臺、精調(diào)裝置為主的軌道板快速更換一體化裝備體系。

圖1為無砟軌道板快速更換裝備配合施工現(xiàn)場圖。具體過程為：首先使用撥道裝置將鋼軌撥開；然后利用軌道板更換主平臺將傷損軌道板吊離放在主平臺存取庫內(nèi)，從存取庫內(nèi)再吊起新板放入；最后使用軌道板精調(diào)裝置進(jìn)行軌道板的精調(diào)。

圖1 無砟軌道板更換裝備

3 鋼軌撥道裝置

為了保護(hù)高速鐵路無縫線路的連續(xù)性，無砟軌道板更換施工采用撥道方式為新舊軌道板的取出與鋪設(shè)提供空間。

鋼軌撥道裝置的功能是將鋼軌向外側(cè)撥至一定位置并將鋼軌鎖緊固定，撥道裝置適用于CRTSI、CRTSII、CRTSIII三類無砟軌道板線路情況，三類軌道板結(jié)構(gòu)尺寸不一樣，見表1所示，不同板型之間承軌臺、鐵墊板高度不同，并且每次更換軌道板松開扣件長度至少在100 m以上，撥道裝置涉及到的撥道范圍較大其性能參數(shù)見表2，結(jié)構(gòu)見圖2?；谝陨线@些特點(diǎn)將撥道裝置分四個(gè)模塊，每個(gè)模塊有自己獨(dú)立的功能，實(shí)際使用時(shí)可根據(jù)不同板型以及現(xiàn)場實(shí)際條件進(jìn)行不同模塊替換進(jìn)行撥道。四大模塊主要包括：

（1）撥道裝置主框架，主要實(shí)現(xiàn)鋼軌的外撥、鎖定以及墊支；

（2）撥道動力系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)鋼軌外撥的動力供給以及撥道力、位移的監(jiān)測；

（3）撥道裝置鋼軌滑移墊支模塊（滑道），主要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端部分鋼軌的墊支抬高；

（4）鋼軌位移約束模塊，主要實(shí)現(xiàn)靠近端部鋼軌的橫向限位以及控制鋼軌線形漸變。

表1 三類軌道板尺寸參數(shù)

表2 撥道裝置性能參數(shù)

圖2 鋼軌撥道裝置

4 無砟軌道板快速更換主平臺

軌道板更換主平臺以軌道車為牽引動力，以NX70平板車為載體，集成了無砟軌道板吊裝裝置、軌道板存放交換裝置等，具備運(yùn)輸、吊裝、存放交換新舊軌道板的功能，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控操作，主平臺性能參數(shù)見表3設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)見圖3。主平臺具有以下特點(diǎn)：

（1）單雙線兼顧，考慮雙線鄰線作業(yè)為主的方式，兼顧特殊情況下的單線本線作業(yè)。

（2）單個(gè)天窗至少更換一塊軌道板，軌道板快速更換主平臺裝置一次獨(dú)立支撐后，可完成至少一塊的吊裝更換作業(yè)；如果在鄰線有兩塊CRTSⅠ型軌道板待更換板相連，可完成兩塊板的更換作業(yè)。但對于CRTSⅡ、Ⅲ型軌道板，由于其它施工工序占時(shí)長的限制，裝備一次獨(dú)立支撐后，只更換一塊。

（3）CRTSⅠ、Ⅱ、III型板都可進(jìn)行更換。

表3 軌道板快速更換主平臺性能參數(shù)

圖3 無砟軌道板更換主平臺

5 無砟軌道板精調(diào)裝置

無砟軌道板精調(diào)裝置可實(shí)現(xiàn)軌道板精調(diào)機(jī)械化、自動化，主要以待精調(diào)軌道板與相鄰兩塊軌道板平順過渡為調(diào)整目標(biāo)，以參考CPIII點(diǎn)為輔，即以相對誤差為主，絕對誤差為輔助參考調(diào)整軌道板。

軌道板精調(diào)裝置實(shí)現(xiàn)軌道板的空間位置調(diào)整主要從軌道板垂向、橫向、縱向以及回轉(zhuǎn)四個(gè)維度進(jìn)行，精調(diào)裝置將四個(gè)維度的調(diào)整分兩個(gè)部分實(shí)現(xiàn)，分別為回轉(zhuǎn)調(diào)整部分和底座板支撐部分，精調(diào)裝置的動作主要通過液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，主要性能參數(shù)見表4，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)見圖4。軌道板精調(diào)裝置主要分三大模塊來進(jìn)行功能劃分，具體包括：

（1）回轉(zhuǎn)調(diào)整模塊，該模塊具有軌道板橫向調(diào)整、垂向高程調(diào)整、軌道板旋轉(zhuǎn)功能；

（2）底座板支撐模塊，該模塊負(fù)責(zé)支撐回轉(zhuǎn)調(diào)整模塊，軌道板縱向位置確定，精調(diào)完成后與回轉(zhuǎn)調(diào)整模塊連接緊固，與底座板形成整體，為下一步灌漿工序做扣壓準(zhǔn)備；

（3）液壓控制系統(tǒng)，主要是根據(jù)實(shí)時(shí)測量的軌道板空間位置坐標(biāo)進(jìn)行控制整個(gè)液壓系統(tǒng)。

表4 軌道板精調(diào)裝置主要性能參數(shù)

圖4 無砟軌道板精調(diào)裝置

6 總結(jié)

針對軌道板更換需求現(xiàn)狀，中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司聯(lián)合徐工集團(tuán)、同濟(jì)大學(xué)等多家單位進(jìn)行了針對無砟軌道板更換的裝備研發(fā)，研發(fā)生產(chǎn)了無砟軌道板更換一體化裝備，填補(bǔ)了當(dāng)下無砟軌道板更換一體化裝備的空白。

鋼軌撥道裝置適用于CRTSI、CRTSII、CRTSIII型三類無砟軌道板，具備根據(jù)現(xiàn)場撥道長度進(jìn)行布局調(diào)整以及合理控制撥道過程中鋼軌線型的的功能，大大降低了鋼軌撥道的風(fēng)險(xiǎn)。

無砟軌道板快速更換主平臺是用于無砟軌道板更換的專用裝備，可適用于各種營業(yè)線斷面尺寸軌道，滿足單雙線作業(yè)要求，大限度的提升了軌道板更換效率和安全性。

無砟軌道板精調(diào)裝置采用液壓控制系統(tǒng)配合相對誤差為主的測量方式，大大提高了天窗點(diǎn)內(nèi)軌道板精調(diào)效率。