高原鐵路岔枕折斷螺栓改錨設(shè)備研究及應(yīng)用

陳亞男

摘 要：本文針對(duì)現(xiàn)有折斷螺栓改錨設(shè)備和改錨方法在高原鐵路應(yīng)用存在的問(wèn)題，研制一種應(yīng)用于高原鐵路岔枕折斷螺栓的直流改錨設(shè)備，成功解決了高原缺氧內(nèi)燃機(jī)降功和低溫作業(yè)普通電池放電困難兩大難題。該設(shè)備采用低溫鋰電池供電，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明：1.改錨設(shè)備安裝方便、固定可靠，對(duì)位快速準(zhǔn)確，鉆孔成功率得到提高。2.低溫鋰電池供電方案能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)需求，在-20℃的環(huán)境下，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果較好。3.改錨設(shè)備改錨一個(gè)折斷螺栓需要9min左右，一個(gè)天窗點(diǎn)作業(yè)時(shí)間（120分鐘）可以完成約10個(gè)折斷螺栓的改錨作業(yè)，改錨效率得到提升。

關(guān)鍵詞：高原鐵路;折斷螺栓;改錨;低溫鋰電池

一、前言

隨著我國(guó)鐵路運(yùn)行速度的提高，對(duì)于鐵路施工及維護(hù)提出了更高的要求。鐵路的鐵軌與墊板通過(guò)地腳螺栓與岔枕連接，列車在鐵軌上運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同方向的振動(dòng)，對(duì)地腳螺栓產(chǎn)生拉剪等交變應(yīng)力，多年運(yùn)行后可能導(dǎo)致地腳螺栓折斷[1]。折斷螺栓斷裂在岔枕孔內(nèi)不便取出，而為了鐵路運(yùn)營(yíng)安全必須及時(shí)改錨。而道岔處彎道較多，列車通過(guò)時(shí)離心力作用使地腳螺栓更容易折斷，改錨需求更大。目前貨運(yùn)重載化是鐵路發(fā)展的重要方向之一，遠(yuǎn)距離輸送的萬(wàn)噸級(jí)以上的重載列車也越來(lái)越多[2]，地腳螺栓面臨的工況更加復(fù)雜，這對(duì)于改錨提出了更高的要求。

目前國(guó)內(nèi)主要改錨方法有：（1）螺栓上焊接螺桿、螺母反向取螺栓[3]，但是這種方法作業(yè)效率低下，且焊接時(shí)容易傷及尼龍?zhí)?（2）空心鉆將折斷螺栓及部分尼龍?zhí)足@出，但是這種方法目前多為人扶作業(yè)，容易鉆孔歪斜甚至傷到軌枕螺紋，而且鉆取后會(huì)殘留尼龍?zhí)?，清理干凈費(fèi)時(shí)費(fèi)力，一個(gè)天窗點(diǎn)僅能完成1～2個(gè)折斷螺栓的改錨作業(yè);（3）45mm空心鉆將整個(gè)孔鉆掉并重新錨固，但是需要重新錨固，等待24小時(shí)再擰入新螺栓;（4）在折斷螺栓上鉆孔，并用反向絲錐取出，這種方法作業(yè)效率較高，且尼龍?zhí)淄旰脮r(shí)不需要更換尼龍?zhí)?，此方法為?yōu)選針對(duì)折斷螺栓的改錨方法。

目前國(guó)內(nèi)用鉆孔方法改錨道岔折斷螺栓時(shí)，多采用內(nèi)燃式或交流電動(dòng)改錨機(jī)。高原鐵路由于其特殊的地理環(huán)境，空氣稀薄，環(huán)境溫度低，內(nèi)燃機(jī)在高原地區(qū)使用存在降功現(xiàn)象，改錨效率低下。交流電動(dòng)改錨機(jī)需要配備發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)搬運(yùn)困難。

目前改錨設(shè)備固定困難，所用改錨機(jī)多為人員手扶，容易造成鉆孔歪斜甚至傷及尼龍?zhí)?，然后必須進(jìn)行尼龍?zhí)滓徊⒏鼡Q，增大工作量。

因此急需一種能夠滿足岔枕線路處及高原作業(yè)要求的新型折斷螺栓改錨設(shè)備。

二、改錨工況分析及設(shè)備研究

2.1道岔工況分析

鐵路道岔處為螺栓折斷發(fā)生頻率較高區(qū)域，而道岔處由于結(jié)構(gòu)原因，需改錨工況較為復(fù)雜，對(duì)不同類型的道岔的工況進(jìn)行分析后，根據(jù)相鄰軌關(guān)系及改錨位置的不同，共分為6種不同工況，如圖1所示。

1.岔枕 2.折斷螺栓孔位置 3.鐵墊板 4.鋼軌

工況1：基本工況，岔枕間距600mm;工況2：岔枕間距575mm;工況3：其中一塊墊板寬度為250mm;工況4：折斷螺栓孔位置距鋼軌軌底距離較近;工況5：折斷螺栓孔位于相鄰兩鋼軌間，且之間間距較小;工況6：折斷螺栓孔位置在墊板左右位置不對(duì)稱。

根據(jù)以上工況分析可以得知，無(wú)法使用一個(gè)固定的裝置來(lái)滿足所有工況的要求，所設(shè)計(jì)的改錨設(shè)備必須滿足不同工況的需求。

2.2改錨設(shè)備供電系統(tǒng)

為滿足高原低溫改錨作業(yè)要求，設(shè)計(jì)采用低溫鋰電池的供電方案。經(jīng)過(guò)計(jì)算選用電池容量為15AH，供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如下：

直流供電系統(tǒng)包括低溫鋰電池、電源開(kāi)關(guān)、改錨開(kāi)關(guān)、調(diào)速按鈕、直流電機(jī)組成。低溫鋰電池作為電源進(jìn)行供電，調(diào)速旋鈕可以調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速。直流供電系統(tǒng)外形如圖2所示。

1.電源開(kāi)關(guān) 2.改錨系統(tǒng)開(kāi)關(guān) 3.調(diào)速旋鈕 4.電源充電口 5.霍爾航插 6.電機(jī)動(dòng)力航插

2.3改錨設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)圖1的工況分析可知，固定寬度不一致，無(wú)法用一個(gè)固定的裝置來(lái)滿足所有工況下改錨鉆機(jī)的固定。

最終設(shè)計(jì)的改錨機(jī)結(jié)構(gòu)如圖3所示。直流電機(jī)帶動(dòng)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆花旋轉(zhuǎn)進(jìn)行鉆削作業(yè)。設(shè)備固定依靠固定機(jī)構(gòu)兩套正反絲連接的撐桿撐在相鄰岔枕間進(jìn)行固定。設(shè)備具有側(cè)向移動(dòng)及旋轉(zhuǎn)功能，旋轉(zhuǎn)依靠鎖緊把手進(jìn)行鎖定，側(cè)向調(diào)節(jié)依靠調(diào)節(jié)手輪進(jìn)行調(diào)整位置，可以滿足不同工況的需求。

1.鉆孔機(jī)構(gòu) 2.進(jìn)刀機(jī)構(gòu) 3.旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 4.固定機(jī)構(gòu) 5.側(cè)向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 6.鉆頭導(dǎo)向套

方案確定完善后，制造加工的改錨機(jī)在不同工況下進(jìn)行試驗(yàn)，得到改錨機(jī)不同位置的固定方式如圖4所示。從圖中可以看出，所設(shè)計(jì)的改錨設(shè)備滿足不同工況下的改錨需求。

1.改錨設(shè)備 2.折斷螺栓孔位置 3.岔枕 4.墊板 5.鋼軌

三、改錨作業(yè)步驟

現(xiàn)就改錨作業(yè)的具體工作步驟進(jìn)行說(shuō)明。

機(jī)具配置：改錨鉆機(jī)一臺(tái)，電源箱一個(gè)，起道機(jī)一臺(tái)，鏟子一把，扣件螺栓套筒扳手一個(gè)，反向絲錐5個(gè)，四方套筒扳手一個(gè)，吹風(fēng)機(jī)一個(gè)。

人員配置：兩人操作設(shè)備;一人負(fù)責(zé)鉆取作業(yè)，另一人負(fù)責(zé)工具的替換。

步驟一：清除所需改錨位置兩軌枕間道砟，清除道砟以岔枕平面向下90mm以上為準(zhǔn)。松開(kāi)扣件，拆除墊板，根據(jù)岔枕寬度初步調(diào)節(jié)固定底板與底部撐桿外部距離，選定位置后將改錨裝置搭接在需改錨螺栓孔位置的岔枕兩側(cè)，分別旋轉(zhuǎn)兩套的底部鎖緊螺母，并用扳手進(jìn)行緊定。

步驟二：旋轉(zhuǎn)防轉(zhuǎn)桿帶動(dòng)整個(gè)鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)至待改錨折斷螺栓孔位的同一水平線上，旋轉(zhuǎn)上下兩個(gè)鎖定把手進(jìn)行旋轉(zhuǎn)角度鎖定。

步驟三：旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手輪使改錨立柱及底座進(jìn)行左右側(cè)向移動(dòng)，直至鉆頭導(dǎo)向套落入所需改錨折斷螺栓孔內(nèi)或套在折斷螺栓上，并對(duì)底座鎖緊螺母進(jìn)行鎖定，完成整個(gè)改錨裝置的對(duì)位及鎖緊。

步驟四：打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，打開(kāi)改錨系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，旋轉(zhuǎn)調(diào)速旋鈕至最大，拔下連桿固定銷，向下按壓連桿，連桿帶動(dòng)滑動(dòng)套筒在改錨底座及立柱上向下滑動(dòng)，并對(duì)折斷螺栓進(jìn)行鉆孔。鉆取深度20mm后，向上提動(dòng)連桿，插上連桿固定銷，旋轉(zhuǎn)調(diào)速旋鈕至最小，關(guān)閉改錨系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)。鉆孔作業(yè)完成。

步驟五：將反向絲錐插入所鉆取孔內(nèi)，并用套筒扳手逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)取出折斷螺栓。將墊板重新安裝，最后錨固新螺栓，并進(jìn)行緊定，至此改錨作業(yè)完成。

四、現(xiàn)場(chǎng)使用情況

2019年12月1日11：00～02：30（天窗點(diǎn)）在西寧工務(wù)段的西寧小橋站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)改錨作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)海拔為2250m，作業(yè)溫度為-15℃;2019年12月5日14：00～16：00（天窗點(diǎn)）哈爾蓋車站的道岔進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)改錨作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)海拔為3200m，作業(yè)溫度為-12℃。根據(jù)第三部分中的作業(yè)步驟，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的作業(yè)流程如圖5所示。

（a）清除折斷螺栓區(qū)域道砟? ? ?（b）松開(kāi)扣件并拆除墊板? ? ? ?（c）固定設(shè)備并進(jìn)行鉆孔對(duì)位

（d）連接線路并打開(kāi)電源? ? ? ? ? ? ? ? ?（e）鉆取作業(yè)? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（f）用反向絲錐取出折斷螺栓

取出折斷螺栓后，最后恢復(fù)墊板，并重新錨固新的地腳螺栓。圖6為取出折斷螺栓圖，取出的折斷螺栓用臺(tái)虎鉗加緊，反向絲錐用扳手順時(shí)針擰出。進(jìn)行7個(gè)折斷螺栓改錨作業(yè)后電池剩余電量為70%，滿足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)需求。原有設(shè)備進(jìn)行改錨需要3～4個(gè)人進(jìn)行作業(yè)，現(xiàn)在改錨作業(yè)需要2個(gè)人就可以完成。新型改錨機(jī)作業(yè)時(shí)固定可靠，改錨的成功率提升?，F(xiàn)場(chǎng)記錄的作業(yè)時(shí)間如表1所示。從表中可以看出，平均改錨一個(gè)折斷螺栓在9min左右，一個(gè)天窗點(diǎn)作業(yè)時(shí)間（120分鐘）可以完成約10個(gè)折斷螺栓的改錨作業(yè)，作業(yè)效率大大提高。

五、結(jié)論

（1）新型改錨設(shè)備采用低溫鋰電池供電、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，適用于高原鐵路低溫缺氧的環(huán)境。

（2）新型改錨設(shè)備安裝方便、固定可靠，對(duì)位快速準(zhǔn)確，鉆孔成功率得到提高。

（3）低溫鋰電池供電方案能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)需求，在-20℃的環(huán)境下，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果較好。

（4）直流改錨鉆機(jī)改錨一個(gè)折斷螺栓需9min左右，一個(gè)天窗作業(yè)時(shí)間（120

分鐘）可以完成約10個(gè)折斷螺栓的改錨作業(yè)，改錨效率得到提升。

參考文獻(xiàn)

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