無(wú)砟軌道混凝土可控式智能振搗車

王慶民

中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，中國(guó)·北京 102600

1 引言

隨著中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，高速鐵路進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展時(shí)期，其中無(wú)砟軌道已經(jīng)取代有砟軌道的主導(dǎo)地位。隨著高速鐵路的普及，無(wú)砟軌道施工過(guò)程中的智能化和產(chǎn)業(yè)化必將受到國(guó)家的大力支持。在以往的無(wú)砟軌道混凝土振搗密實(shí)大多采用人工振搗或簡(jiǎn)易振搗裝置，振搗施工過(guò)程中耗費(fèi)大量人力且功能欠缺，從而影響施工效率及施工質(zhì)量，在此基礎(chǔ)上，一種無(wú)砟軌道混凝土可控式智能振搗車不但能夠節(jié)省人力，提高施工效率，而且兼具智能振搗、減振等功能，能夠根據(jù)實(shí)際情況控制振搗位置；能夠控制振搗參數(shù)，包括振搗時(shí)間、振搗范圍及振搗頻率等，從而保證振搗效率及質(zhì)量；能夠減振，從而減少了振搗施工過(guò)程中對(duì)軌排的沖擊影響。一種用于無(wú)砟軌道混凝土振搗的可控式智能振搗車，適用于直線、曲線段軌枕間混凝土振搗密實(shí)，兼具減振，斜插式振搗及可控式振搗的功能，滿足無(wú)砟軌道快速發(fā)展過(guò)程中越來(lái)越高的質(zhì)量及效率的需求[1]。

2 混凝土可控式智能振搗車組成結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 混凝土可控式智能振搗車組成結(jié)構(gòu)

混凝土可控式智能振搗車主要由車架、走行裝置、振搗系統(tǒng)、升降系統(tǒng)、減振系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等組成，如圖1所示。

圖1 混凝土可控式智能振搗車結(jié)構(gòu)組成

2.1.1 車架

車架采用鋁合金型材和板材組焊而成，承載力好、重量輕，對(duì)精調(diào)后的軌排變形影響小。機(jī)架是設(shè)備其他部件的承載體[2]。

2.1.2 行走裝置

采用軌輪式走行結(jié)構(gòu)，軌輪沿軌排工具軌走行，行走裝置為兩組主動(dòng)行走和兩組被動(dòng)行走機(jī)構(gòu)。兩組主動(dòng)行走機(jī)構(gòu)分別由一臺(tái)蝸輪蝸桿減速機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)通過(guò)變頻器控制，行走速度可調(diào)。

2.1.3 振搗系統(tǒng)

振搗系統(tǒng)由五臺(tái)ZN50型振動(dòng)電機(jī)（含振搗棒）和升降扁擔(dān)梁組成。五臺(tái)振動(dòng)電機(jī)與水平面成45°夾角安裝在車架上，五條振搗棒按照一定的橫向間距成一排安裝在扁擔(dān)梁上，在升降機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)道床混凝土的振搗工作。

每根振搗棒與扁擔(dān)梁連接處采用關(guān)節(jié)軸承固定，在振搗作業(yè)時(shí)可有效避讓鋼筋。

2.1.4 減振系統(tǒng)

振搗電機(jī)安裝座板與車架之間安裝有六套ZRA-40型減振器，可以消減振搗電機(jī)工作時(shí)對(duì)軌排的振動(dòng)影響。

2.1.5 升降系統(tǒng)

升降系統(tǒng)為鏈傳動(dòng)柔性升降系統(tǒng)，由一臺(tái)蝸輪蝸桿減速機(jī)、傳動(dòng)軸、主動(dòng)鏈輪、導(dǎo)向鏈輪、鏈條等組成。鏈條一端固定于鏈輪，另一端與扁擔(dān)梁連接，減速機(jī)驅(qū)動(dòng)兩側(cè)主動(dòng)鏈輪，利用鏈條帶動(dòng)扁擔(dān)梁運(yùn)動(dòng)，通過(guò)電機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)扁擔(dān)梁的升降。上升時(shí)鏈條拉緊向上提升，下降時(shí)鏈條放松，扁擔(dān)梁靠自重下落。升降系統(tǒng)電機(jī)通過(guò)變頻器控制，升降速度可調(diào)，可實(shí)現(xiàn)振搗棒快速下插慢速上提，以遵循混凝土振搗“快插慢拔”的原則[3]。

2.1.6 電控系統(tǒng)

電控系統(tǒng)由集成電控柜、行走編碼計(jì)數(shù)器、升降限位開關(guān)和聲光報(bào)警器等組成，電控柜內(nèi)配置PLC和變頻器，可控制整車行走速度、行走位移、扁擔(dān)梁的升降速度、升降位置以及針對(duì)不同塌落度的混凝土振搗時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。

2.2 混凝土可控式智能振搗車工作原理

混凝土可控式智能振搗車以機(jī)架為承載體，其他系統(tǒng)和機(jī)構(gòu)皆安裝連接與機(jī)架上。走行機(jī)構(gòu)為蝸輪蝸桿減速機(jī)驅(qū)動(dòng)軌輪式，走行電機(jī)通過(guò)變頻器控制，走行速度可調(diào)，走行到位停機(jī)方式可為“人工”模式下的操作人員目測(cè)控制停機(jī)或“自動(dòng)”模式下編碼器計(jì)數(shù)控制停機(jī)，走行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)整機(jī)每次步進(jìn)一個(gè)軌枕間距，用于控制振搗棒的振搗位置。升降系統(tǒng)為蝸輪蝸桿減速機(jī)驅(qū)動(dòng)的鏈傳動(dòng)提升裝置，利用電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制鏈條帶動(dòng)安裝于扁擔(dān)梁上的振搗棒上升或下降，實(shí)現(xiàn)振搗棒在混凝土中插入和拔出功能，同時(shí)還能夠調(diào)節(jié)振搗棒的振搗深度，升、降的極限位置由行程開關(guān)控制。振搗系統(tǒng)由振搗電機(jī)、振搗棒和電機(jī)安裝座組成，振搗棒通過(guò)振搗電機(jī)驅(qū)動(dòng)且在升降系統(tǒng)控制下，完成混凝土振搗動(dòng)作，振搗頻率高，激振力大，可完全覆蓋道床板橫向?qū)挾群颓昂筌壵黹g混凝土的振搗。減振系統(tǒng)安裝在振搗電機(jī)安裝座板與車橫梁之間，用于消減振搗棒工作過(guò)程中對(duì)軌排的影響，提升施工質(zhì)量。電控箱安裝于車架尾端，內(nèi)部裝有PLC及變頻器等，用于控制走行、升降、振搗等系統(tǒng)的動(dòng)作，振搗時(shí)間通過(guò)編程控制，針對(duì)不同塌落度的混凝土其振搗參數(shù)更合理，可有效避免混凝土振搗不足或過(guò)振現(xiàn)象[4]。

在施工過(guò)程中，混凝土可控式智能振搗車整機(jī)吊放在精調(diào)好的軌排軌道上，使振搗棒位于前后軌枕中間位置。根據(jù)兩個(gè)軌枕間距，混凝土塌落度，調(diào)節(jié)PLC及變頻器，設(shè)定走行速度、升降速度，振動(dòng)頻率等參數(shù)?；炷翝仓?，啟動(dòng)振搗車走行系統(tǒng)，使整機(jī)前進(jìn)一個(gè)軌枕間距到位（此時(shí)振搗棒位于前后軌枕中間位置），啟動(dòng)升降系統(tǒng)和振搗系統(tǒng)，開始混凝土振搗作業(yè)，振搗完成后，升起振搗棒，停止振搗電機(jī)。整機(jī)向前步進(jìn)一個(gè)軌枕間距，進(jìn)行下一個(gè)工作循環(huán)。

3 混凝土可控式智能振搗車的技術(shù)參數(shù)

①步進(jìn)行程：軌枕間距；

②行走速度：0～11.5m/min；

③升降速度：下降速度為150mm/s，上升速度為80mm/s；

④振搗棒工作頻率：50Hz；

⑤振搗棒額定轉(zhuǎn)速：2850r/min

⑥通常完成一個(gè)工作循環(huán)時(shí)間：行走4s；下降4s；振搗25s；上升6s。

4 結(jié)語(yǔ)

論文結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目，重點(diǎn)闡述了混凝土可控式智能振搗車的組成結(jié)構(gòu)與工作原理，完成了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及電控系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)。得出如下結(jié)論：

第一，該混凝土可控式智能振搗車操作方便，適用范圍廣，能夠有效地提高施工效率及施工質(zhì)量。

第二，根據(jù)可控式智能振搗原理，可廣泛應(yīng)用于其他相關(guān)領(lǐng)域。