板式無砟軌道智能精調(diào)設(shè)備減震優(yōu)化及配套設(shè)備

傅重陽，王 金，丁小平，段久波，蘇雅拉圖

（1.中鐵三局集團(tuán)第五工程有限公司，山西 晉中 030600；2.中鐵三局集團(tuán)有限公司，山西 太原 030001）

在“新基建”的背景下，利用信息化手段、工裝設(shè)備研發(fā)、工藝技術(shù)革新服務(wù)于鐵路建設(shè)，為工程建設(shè)提質(zhì)增效，是鐵路智能建造的大趨勢。按照“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人、信息化替人”的思路，中鐵三局集團(tuán)有限公司在行業(yè)內(nèi)首次提出了基于末端反饋的板式無砟軌道智能精調(diào)思路，開展板式無砟軌道智能精調(diào)設(shè)備的研究與應(yīng)用，在線下試驗(yàn)過程中，往往由于整體精調(diào)設(shè)備震動(dòng)過大，導(dǎo)致傳感器讀取軌道板移動(dòng)值和實(shí)際移動(dòng)值產(chǎn)生誤差，需多次調(diào)整后，才能滿足軌道板精調(diào)規(guī)范要求，如何解決精調(diào)設(shè)備震動(dòng)造成的傳感器反饋誤差，是擺在建設(shè)者面前的一道難題。

1 板式無砟軌道智能精調(diào)原理

首次研究應(yīng)用了基于末端參數(shù)控制的板式無砟軌道板智能精調(diào)系統(tǒng)（圖1），采用激光位移傳感器對4 個(gè)精調(diào)標(biāo)架進(jìn)行非接觸式測量檢測，與調(diào)整前的x軸（橫向）、y軸（縱向）、z軸（高程）進(jìn)行對比計(jì)算，確定絕對差值，避免利用精調(diào)爪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)確定軌道板x、y、z軸的位移值時(shí)產(chǎn)生的誤差，有效減少反復(fù)多次調(diào)整精調(diào)爪及全站儀反復(fù)測量，實(shí)現(xiàn)軌道板的高程、橫向及縱向的智能調(diào)整，主要技術(shù)線路為：①精調(diào)控制設(shè)備采集激光位移傳感器與精調(diào)標(biāo)架的三維空間距離參數(shù)；②全站儀將軌道板上的4 個(gè)精調(diào)標(biāo)架的坐標(biāo)（調(diào)整前)發(fā)送給精調(diào)控制設(shè)備，計(jì)算出與目標(biāo)值的差值（即調(diào)整量）；③精調(diào)控制設(shè)備將兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，發(fā)送指令，控制精調(diào)數(shù)控扳手進(jìn)行精調(diào)；④每次調(diào)整后，精調(diào)控制設(shè)備采集激光位移傳感器的數(shù)據(jù)，針對性的控制數(shù)控扳手，直至達(dá)到目標(biāo)值；⑤全站儀二次測量（即復(fù)測工序），達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求后記錄數(shù)據(jù)，調(diào)整下一塊軌道板。

圖1 基于末端反饋的板式無砟軌道智能精調(diào)原理

從基于末端反饋的板式無砟軌道智能精調(diào)原理中可以看出，采用激光位移傳感器對4 個(gè)精調(diào)標(biāo)架進(jìn)行非接觸式測量檢測的關(guān)鍵是如何減少震動(dòng)對傳感器反饋數(shù)值的影響。

2 智能精調(diào)設(shè)備震動(dòng)誤差解決思路

針對基于末端反饋的板式無砟軌道智能精調(diào)設(shè)備在精調(diào)過程中，由于空壓機(jī)震動(dòng)，傳感器固定桿件晃動(dòng)等問題，導(dǎo)致傳感器反饋誤差增大，無法準(zhǔn)確地測量出軌道板移動(dòng)距離，開展了板式無砟軌道智能設(shè)備減震優(yōu)化及配套設(shè)備的研制，主要研發(fā)思路如下（表1）。

表1 板式無砟軌道智能設(shè)備減震優(yōu)化及配套設(shè)備研發(fā)思路

3 設(shè)計(jì)原理

3.1 空壓機(jī)減震固定裝置

采用4 臺(tái)小功率空壓機(jī)代替1 臺(tái)大功率空壓機(jī)（圖2），降低空壓機(jī)工作導(dǎo)致的架體震動(dòng)；研究應(yīng)用了空壓機(jī)減震固定裝置，將4 臺(tái)傳感器放置平臺(tái)設(shè)置在精調(diào)設(shè)備主桁架中部橫梁上，同時(shí)在每臺(tái)空壓機(jī)底部設(shè)置減震支撐墊（圖3），進(jìn)一步降低了空壓機(jī)震動(dòng)對傳感器反饋值準(zhǔn)確性的影響。

圖2 采用4臺(tái)小功率空壓機(jī)

3.2 傳感器大框架固定結(jié)構(gòu)

傳感器固定架由磁力吸盤+萬向桿優(yōu)化為大框架+滑移結(jié)構(gòu)，提高穩(wěn)定性，同時(shí)各結(jié)構(gòu)間增加減震墊塊，逐級(jí)減少震動(dòng)。

軌道板精調(diào)傳感器大框架固定結(jié)構(gòu)如圖4 所示，橫向傳感器、縱向傳感器和高程傳感器與智能精調(diào)設(shè)備框架上的滑移支架連接，滑移支架可沿車架長向滑動(dòng)；沿智能精調(diào)設(shè)備框架長向，縱向傳感器居中，與獨(dú)立的滑移支架相連；2 個(gè)高程傳感器和1 個(gè)橫向傳感器為1 組與同1 個(gè)滑移支架相連，并且橫向傳感器在滑移支架上可沿智能精調(diào)設(shè)備框架的寬度方向滑動(dòng)；在縱向傳感器前后各布置1個(gè)高程傳感器和橫向傳感器的組合。

圖4 高程、橫向、縱向傳感器固定架

3.3 四驅(qū)四轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)

整體智能精調(diào)設(shè)備采用四驅(qū)四轉(zhuǎn)同步走行系統(tǒng)（圖5），確保整體智能精調(diào)設(shè)備前后受力均勻，進(jìn)一步減少整體設(shè)備的震動(dòng)幅度，同時(shí)保證了精調(diào)設(shè)備在狹小空間范圍內(nèi)精確走行。整體智能精調(diào)設(shè)備走行輪胎采用大直徑實(shí)心結(jié)構(gòu)（圖6），進(jìn)一步降低了設(shè)備震動(dòng)。

圖5 采用四驅(qū)四轉(zhuǎn)同步走行系統(tǒng)

圖6 輪胎采用大直徑實(shí)心結(jié)構(gòu)

3.4 其他減震結(jié)構(gòu)

助力臂行走端及旋轉(zhuǎn)端設(shè)計(jì)制動(dòng)裝置（圖7），通過撥動(dòng)氣動(dòng)開關(guān)，可快速鎖死助力臂，保證了末端搭載精調(diào)電機(jī)套筒與精調(diào)爪螺帽的緊密連接。

圖7 助力臂行走端及旋轉(zhuǎn)端設(shè)計(jì)制動(dòng)裝置

多功能輔助卡槽板裝置如圖8 所示，通過擋板卡槽達(dá)到電機(jī)產(chǎn)生的扭力及內(nèi)力上傳至助力結(jié)構(gòu)，下傳導(dǎo)至精調(diào)爪整個(gè)軌道板的受力體系，通過整體集成結(jié)構(gòu)方式，降低了電機(jī)與助力臂之間相互產(chǎn)生的受力，提高了整體設(shè)備的穩(wěn)定性。

圖8 多功能輔助卡槽板裝置

4 減震裝置操作要點(diǎn)

4.1 智能精調(diào)設(shè)備行走

整體智能精調(diào)設(shè)備采用四驅(qū)四轉(zhuǎn)同步走行系統(tǒng)，待智能精調(diào)設(shè)備行走到指定位置后（確保傳感器激光點(diǎn)在反饋門型支架內(nèi)），停止走行。

4.2 軌道板精調(diào)傳感器大框架固定結(jié)構(gòu)使用

智能精調(diào)設(shè)備走行到位后，通過滑移裝置調(diào)整橫向傳感器、縱向傳感器和高程傳感器到指定位置后，鎖死滑移裝置，確保傳感器固定牢固。

4.3 精調(diào)爪驅(qū)動(dòng)就位

利用氣動(dòng)助力臂帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置與精調(diào)爪頂部螺帽進(jìn)行對位，將多功能輔助卡槽板固定在精調(diào)爪頂部結(jié)構(gòu)兩側(cè)，對位完成后，打開氣動(dòng)助力臂鎖定按鈕。

5 結(jié)語

通過板式無砟軌道智能設(shè)備減震優(yōu)化，研制應(yīng)用了空壓機(jī)減震固定裝置、傳感器大框架固定結(jié)構(gòu)、四驅(qū)四轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)等降低板式無砟軌道智能設(shè)備震動(dòng)的工裝及裝置，有效提高了基于末端反饋的板式無砟軌道智能精調(diào)精度，傳感器設(shè)計(jì)測距誤差由0.4mm 提高到0.2mm，降低了由于震動(dòng)導(dǎo)致的精調(diào)傳感器反饋誤差，精調(diào)精度可控制在0.4mm 以內(nèi)。