臨時維修用多功能搗固車技術研究

邢磊 高春雷 張寶明 陳斌 徐其瑞 李可為 徐濟松

1.中國國家鐵路集團有限公司工電部，北京100844；2.中國鐵道科學研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京100081；3.中國鐵建高新裝備股份有限公司，昆明650215；4.金鷹重型工程機械股份有限公司，湖北襄陽441000；5.中國鐵路上海局集團有限公司上海大型養(yǎng)路機械運用檢修段，上海200439

我國鐵路運營里程不斷增加，線路維護作業(yè)需求更加多樣化，清篩、搗固、穩(wěn)定、配砟等大型作業(yè)機組基本能滿足線路大中修需求。但大中修結束后，線路仍會出現成段“短、散、繁”的軌道幾何尺寸偏差等問題，需要工務段組織臨時維修作業(yè)。按傳統(tǒng)的大機施工組織模式，須調用大型養(yǎng)路機械對病害區(qū)域進行臨時維修作業(yè)，存在調車組織繁瑣、設備利用率低、經濟性差等問題，且影響大型養(yǎng)路機械年度維修計劃的順利完成。

目前，工務段臨時維修依賴各工區(qū)組織人員使用手持搗固鎬進行作業(yè)，存在人員上道頻繁、勞動強度大、作業(yè)質量差、效率低等問題，導致作業(yè)之后的道床保持時間短和施工組織管理難度大［1-2］。因此，亟需開展適用于工務段臨時維修的搗固車研究工作，研制出適合國內臨時維修作業(yè)的多功能化、集成化搗固車，滿足臨時維修作業(yè)需求，促進精簡施工組織，推行大型養(yǎng)路機械高效化、精細化作業(yè)，提高站線、道岔等區(qū)域搗固作業(yè)機械化的適應能力，保障鐵路提速擴能需求和運輸安全。

1 總體技術方案

多功能搗固車自帶動力，可雙向自運行，自運行速度80 km∕h，附掛運行速度100 km∕h，可用于線路與道岔搗固作業(yè)，并具有自動起道撥道抄平搗固、第三軌輔助起道、線路幾何參數測量、邊坡整形、道砟收集、鎬窩回填、精細清掃、路料吊裝運輸、氣電液外供動力源等功能。

多功能搗固車由搗固主車和鎬窩回填車組成，其結構圖1所示。

圖1 多功能搗固車結構示意

多功能搗固車的搗固機構包括主、副搗固裝置。其中，主搗固裝置采用橢圓型或連桿搖擺式振動方式，配置16把搗鎬，可實現變頻、變幅搗固作業(yè)；副搗固裝置采用多節(jié)動臂式（圖1中A式副搗固裝置）或分體式機構（圖1中B式副搗固裝置），配合主搗固裝置同步作業(yè)，可實現岔區(qū)垂直搗固全覆蓋。

主要技術參數：最小作業(yè)半徑為250 m；最大自運行速度為80 km∕h；最大附掛運行速度為100 km∕h；線路搗固作業(yè)效率為500 m∕h；道岔搗固80 min內搗固一組12#道岔；橫向水平精度為±2 mm；電噴柴油機排放滿足國Ⅲ標準；采用空氣制動及停車手制動；車鉤中心距軌面高度為（880±10）mm；軸重小于等于23 t。

2 創(chuàng)新性功能與實施

2.1 技術創(chuàng)新性

1）主、副搗固裝置協(xié)同搗固技術

依據道岔長岔枕搗固需求，設計開發(fā)一種全新的搗固模式，此搗固模式由主、副搗固裝置協(xié)同作業(yè)，滿足岔區(qū)長岔枕搗固需求，實現岔區(qū)全覆蓋搗固。另外，設計全新的搗固裝置，該裝置能適應變頻搗固、三線局部搗固、小起道搗固等惡劣工況。主、副搗固裝置協(xié)同搗固過程如圖2所示。在岔區(qū)搗固作業(yè)時，先由主搗固裝置完成能力范圍內的搗固，抵達圖2所示位置①；再放置副搗固裝置，由副搗固裝置從圖2所示位置②至③，對長岔枕進行協(xié)同搗固。

圖2 主副搗固裝置協(xié)同搗固過程示意

2）線路偏差測量及線路參數優(yōu)化分析技術

基于慣導測量原理，研制具備自動力的搗固車前端偏差測量小車（圖3），能高效檢測軌道靜態(tài)幾何參數［3-5］。搗固車作業(yè)前，由此測量小車將測量數據進行擬合優(yōu)化處理后，直接指導搗固車對軌道幾何參數不良的線路進行整治；搗固作業(yè)后，對軌道線路搗固作業(yè)質量進行復測和評估，實現搗固作業(yè)的數字化、精細化。

圖3 前端偏差測量小車掛載示意

3）鎬窩自動回填技術

鎬窩回填車主要包括多功能吊臂、抓斗、回填裝置、儲砟斗等，通過收砟裝置采用側犁+多功能折臂吊機+抓斗的組合方式，先由側犁將邊坡上的石砟收攏，再通過吊機和抓斗配合將石砟抓起轉移到砟斗中，從而實現砟斗補砟［6］。多功能吊臂配合前端收砟裝置完成回填道砟的收集，如圖4所示。

圖4 攏砟和抓砟過程示意

回填裝置采用數字化控制技術精確控制出砟口的旋轉角度，實現回填道砟的定點和定量控制。鎬窩回填作業(yè)時，砟斗中的石砟從定量裝置，再經過分砟裝置，最后從分砟口對軌道兩側的鎬窩進行補砟回填。

2.2 功能特點

多功能搗固車集成主副搗固裝置協(xié)同搗固技術、線路偏差測量及線路參數優(yōu)化分析技術、鎬窩自動回填技術，提高站線、道岔等區(qū)域搗固作業(yè)機械化的適應能力的同時，可節(jié)省大量的人工上道作業(yè)量。與既有搗固車技術相比，多功能搗固車的主要技術特點簡述如下。

1）作業(yè)范圍大于傳統(tǒng)道岔搗固車

現在國內應用范圍最廣的道岔搗固車為引進的08-475型道岔搗固車。經調研，以12#道岔為例，其搗固范圍最寬至護軌前可以實現全覆蓋作業(yè)，作業(yè)至護軌段時僅可以搗固護軌內側，過了護軌之后第四軌基本無法實現有效搗固［7-8］。

搗固車的主搗固裝置實現最大橫移時，外鎬外側最遠距離本線中心可達約2 700 mm，在12#道岔上可以實現護軌外側的搗固，過了護軌之后第四軌搗固由輔助起撥道裝置和副搗固裝置完成，從而實現了長岔枕的搗固需求［9］。

2）精簡臨時維修搗固作業(yè)流程

在既有臨時維修搗固作業(yè)模式下，作業(yè)前，須要檢測班組利用軌道檢查儀、全站儀、水準儀等檢測機具對軌道線路幾何病害進行檢測，準確查找病害位置，做出臨時維修作業(yè)計劃；作業(yè)后，由人工進行搗固作業(yè)質量復測。多功能搗固車前端偏差測量小車可替代完成搗固作業(yè)前后的軌道線路檢測工作，搗固車作業(yè)前，放下前端測量小車，由具備自走行功能的測量小車對施工作業(yè)段進行病害檢測，由計算機軟件對實測數據進行分析，并將搗固車作業(yè)量傳輸給搗固車前端，指導搗固車作業(yè)。搗固作業(yè)后，可利用前端測量小車對搗固作業(yè)段線路進行復測，檢驗作業(yè)效果，從而有效精簡了搗固作業(yè)所需的檢測流程［10］。

3）作業(yè)后的線路更加美觀

多功能搗固車布置有鎬窩回填裝置和清掃裝置，搗固完成后鎬窩也同時得到了定量的補充，而且枕面清掃裝置可以將枕木上搗固帶起的石砟或者補砟多余的石砟掃到枕木盒里。這樣作業(yè)完成后的線路石砟相對比較均勻，更加美觀。

工務段的作業(yè)區(qū)域多為站場、支線或者是大機搗固的空白區(qū)域，這種區(qū)域道床板結相對嚴重。多功能搗固車采用的搗固裝置具有道床自適應能力，可以根據線路道床阻力的不同調整搗固裝置的振動頻率，在遇到板結道床的時候搗固裝置的頻率最高可以調到45 Hz，更有利于搗鎬下插。而且研究表明石砟在35 Hz左右的激振頻率下流動性能更好，因搗固裝置振動頻率可調，可以根據道床阻力的不同調整搗固裝置振動頻率使其一直保持在最優(yōu)于道砟流動的水平，從而使搗固后的線路保持時間更長［11］。

2.3 方案實施

為保證施工安全，多功能搗固車不能單獨進入區(qū)間，須與工務軌道車或其他自帶動力的車輛連掛進入區(qū)間。在進入封鎖區(qū)間后車輛先行至線路兩旁石砟較多的區(qū)段進行石砟收集，完成石砟收集工作后搗固車運行至需要搗固或者鎬窩回填的區(qū)域進行搗固作業(yè)。作業(yè)對象主要分為線路和道岔兩種。作業(yè)流程為：

1）線路作業(yè)流程

車輛整備→區(qū)間行駛→進入封閉區(qū)間→車輛開往石砟較為飽滿的地段→解鎖挖機—抓取石砟→石砟放入儲砟斗→石砟收集完成→區(qū)間行駛→進入指定作業(yè)地點→解鎖作業(yè)裝置→放置前端偏差測量小車→前端偏差測量小車進行線路測量→傳輸數據至搗固車→搗固車根據接收的數據作業(yè)→作業(yè)開始時開啟鎬窩回填功能→開啟枕面清掃功能→完成搗固和鎬窩回填作業(yè)→搗固車退至起始位→放下前端偏差測量小車→操縱前端偏差測量小車對作業(yè)后的線路進行復檢。

2）道岔作業(yè)流程

車輛整備→區(qū)間行駛→進入封閉區(qū)間→進入指定作業(yè)地點→解鎖作業(yè)裝置→放置前端偏差測量小車→前端偏差測量小車進行線路測量→傳輸數據至搗固車→搗固車根據接收的數據作業(yè)搗固至主搗無法抵達區(qū)域時解鎖副搗固裝置→回收主搗固裝置→將副搗固裝置送至需要搗固的區(qū)域→長岔枕搗固完成→回收副搗固裝置并鎖定→完成道岔延長區(qū)域搗固→搗固作業(yè)完成→搗固車退至起始位→放下前端偏差測量小車→操縱前端偏差測量小車對作業(yè)后的線路進行復檢。

3 方案論證試驗

結合多功能搗固車技術方案，對搗固車前端偏差測量小車性能和鎬窩回填功能分別進行論證試驗。

3.1 線路偏差測量及優(yōu)化

搗固車作業(yè)前，由前端偏差測量小車對廠內長200 m線路進行軌道線路幾何參數檢測，經優(yōu)化處理后得出前端偏差，輸入搗固車軌道計算機指導作業(yè)。作業(yè)后對軌道線路進行復測。作業(yè)前后效果見圖5。

圖5 搗固車作業(yè)前后效果

試驗表明，前端偏差測量小車可快速實現軌道線路檢測，直接指導搗固車對軌道幾何參數不良的線路進行整治，并進行作業(yè)質量復測和評估。

3.2 鎬窩回填

項目組試制鎬窩回填裝置進行論證試驗。通過改變砟斗石砟量、氣缸壓力和回填裝置滾筒的零點位置，進行了多種狀態(tài)落砟試驗。試驗裝置見圖6。經試驗可知，該鎬窩回填裝置能實現回填道砟的定點和定量控制，論證了鎬窩回填方案的可行性。

圖6 鎬窩回填試驗裝置

4 結語

針對工務段臨時維修搗固采用的既有施工組織模式存在人工上道頻繁、效率低、勞動強度大等問題，研制了一種適合國內臨時維修作業(yè)的集成化多功能搗固車。該搗固車融合主副搗固裝置協(xié)同搗固技術、線路偏差測量及線路參數優(yōu)化分析技術、鎬窩自動回填技術，提高站線、道岔等區(qū)域搗固作業(yè)機械化的適應能力的同時，可顯著節(jié)省人工上道作業(yè)量。相比既有搗固車，其作業(yè)范圍更大、臨時維修搗固作業(yè)流程更精簡、作業(yè)后的線路更加美觀，且線路保持時間更長。多功能搗固車的研制及應用可促進大型養(yǎng)路機械作業(yè)高效化、精細化，保障提速擴能和鐵路運輸安全。