道岔區(qū)聚氨酯固化道床烘干裝置的研發(fā)

張銳 高春雷 何國(guó)華 吳和山

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081）

聚氨酯固化道床是一種不同于有砟道床和無(wú)砟道床的新型軌道結(jié)構(gòu)。它是在已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定的新鋪碎石道床內(nèi)灌注液態(tài)的聚氨酯材料，將碎石道砟之間的空隙擠滿(mǎn)，經(jīng)膨化固結(jié)后形成一個(gè)彈性整體結(jié)構(gòu)［1-2］。聚氨酯道床結(jié)合有砟道床的彈性好、可維修性好和無(wú)砟道床整體性好、殘余累積變形緩慢兩者的優(yōu)點(diǎn)，具備減振降噪功能，可解決目前有砟道床橋隧地段養(yǎng)護(hù)維修難度大和無(wú)砟道床彈性差、噪聲大等問(wèn)題［3-4］。

聚氨酯固化道床在澆注施工前，須將道砟中的水分烘干，使固化效果達(dá)到最佳［5］。目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的道床烘干設(shè)備［6-7］都是為正線設(shè)計(jì)，皆為大型設(shè)備，運(yùn)輸、使用較為復(fù)雜，在道岔區(qū)等軌道形式較為復(fù)雜區(qū)段無(wú)法進(jìn)行道床烘干作業(yè)。因此，研發(fā)一套適用于該復(fù)雜線路條件下烘干道床的小型設(shè)備具有重要意義。

1 道床烘干裝置總體設(shè)計(jì)

1.1 烘干裝置組成

整套烘干裝置由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓離合器、液壓系統(tǒng)、高壓風(fēng)機(jī)、密封罩、柴油燃燒爐、燃燒器、控制系統(tǒng)操作臺(tái)等組成，見(jiàn)圖1。

圖1 烘干裝置組成

整套烘干裝置由控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。高壓風(fēng)機(jī)由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)液壓離合器帶動(dòng)，將柴油燃燒爐產(chǎn)生的熱風(fēng)傳輸?shù)矫芊庹謨?nèi)，用于烘干道床道砟?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)判斷溫度傳感器、濕度傳感器傳回的出風(fēng)溫度及道床濕度值，自動(dòng)調(diào)節(jié)燃燒爐供熱量和風(fēng)機(jī)出風(fēng)量。設(shè)備安裝在自走行小車(chē)上。自走行小車(chē)由車(chē)架和動(dòng)力裝置組成。液壓馬達(dá)通過(guò)電磁離合器帶動(dòng)減速箱，為整車(chē)提供走行動(dòng)力。

1.2 道床濕度檢測(cè)系統(tǒng)

非作業(yè)狀態(tài)時(shí)，密封罩由液壓推桿通過(guò)鋼絲繩抬起到收放位置。烘干作業(yè)時(shí)，將密封罩?jǐn)[放在道床上，安裝在密封罩側(cè)面的濕度傳感器放置在側(cè)翼道砟之上，啟動(dòng)烘干風(fēng)機(jī)，通過(guò)測(cè)量道床側(cè)面排出空氣的濕度，檢測(cè)道床濕度［8］。

1.3 高壓熱風(fēng)產(chǎn)生系統(tǒng)

高壓風(fēng)機(jī)由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)液壓離合器帶動(dòng)，液壓離合器由液壓泵站提供動(dòng)力源，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸之間的連接與脫離。

柴油燃燒爐產(chǎn)生熱量，并將熱風(fēng)通過(guò)送風(fēng)箱輸送到高壓風(fēng)機(jī)的入風(fēng)口。加熱空氣時(shí)，最大加熱量可將-20 ℃的空氣加熱到80 ℃［9］。

1.4 智能控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)通過(guò)將測(cè)量到的道床濕度值以及高壓風(fēng)機(jī)出風(fēng)口溫度值分別與設(shè)定目標(biāo)值進(jìn)行比較，自動(dòng)調(diào)節(jié)燃燒爐供熱量及風(fēng)機(jī)出風(fēng)量，來(lái)保持風(fēng)機(jī)出風(fēng)溫度恒定，以保證烘干效果。烘干控制過(guò)程如圖2所示。

1.5 密封罩

密封罩一次能夠?qū)σ粋€(gè)枕木空進(jìn)行烘干作業(yè)，密封罩內(nèi)部設(shè)置有熱風(fēng)導(dǎo)流裝置，有7個(gè)出風(fēng)口，每個(gè)出風(fēng)口出風(fēng)量均勻。密封罩結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 密封罩結(jié)構(gòu)示意

2 數(shù)值模擬

為了使各出風(fēng)口風(fēng)量分布均勻，采用有限元分析軟件，對(duì)密封罩分風(fēng)結(jié)構(gòu)運(yùn)作情況進(jìn)行仿真模擬，結(jié)果見(jiàn)圖4?？芍?，導(dǎo)流角角度為100°時(shí)7個(gè)出風(fēng)口風(fēng)速均勻，同步保持在8.81～11.60 m/s，風(fēng)壓同步保持在435～520 Pa。

圖4 密封罩仿真模擬結(jié)果

3 烘干現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

在試驗(yàn)線上進(jìn)行道岔烘干試驗(yàn)，見(jiàn)圖5。烘干前道床相對(duì)濕度90%，烘干裝置出風(fēng)溫度80℃，烘干時(shí)間12 min，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖5 烘干試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

圖6 道岔烘干試驗(yàn)結(jié)果

由圖6可以看出：烘干約10 min時(shí)烘干深度達(dá)到350 mm，此時(shí)道床相對(duì)濕度約20%，滿(mǎn)足聚氨酯固化道床澆注作業(yè)的施工要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)道岔區(qū)聚氨酯固化道床施工，提出一種道岔區(qū)道床烘干技術(shù)。通過(guò)高精度、智能化的道床濕度檢測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)控烘干效果。與現(xiàn)有設(shè)備相比，道岔烘干系統(tǒng)具有小型化、快捷化特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)道岔區(qū)等復(fù)雜線路區(qū)段的道床烘干作業(yè)，為道岔區(qū)聚氨酯固化道床施工創(chuàng)造了有利條件。