長軌條鋪軌機組及其施工工藝研究

紀占玲,高勇偉,上官林建

(華北水利水電學院,鄭州 450011)

據了解,目前的鐵路運輸能力遠遠不能與國民經濟和社會發展的需求相適應,而且還在不斷加劇,未來大量的物流和客流也需要鐵路來完成。與此同時,人們的生活水平不斷提高,對鐵路行車速度、軌道平順性等提出了更高的要求?？鐓^間無縫線路鋪設成為最佳選擇,以適應現代社會高效率、快節奏的要求和乘坐火車時舒適的精神需求。該鋪軌機組正是為了滿足這些需求而研制的具有獨立知識產權的鋪設既有線路、新線軌枕和長鋼軌的大型專用設備。鋪軌機組采用單枕連續鋪設法,不需要組裝軌排的場地和設備,整機采用機電液一體化設計,保障線路鋪設的精度,是具有國際先進水平的新產品。

1 鋪軌機組總體構造

該鋪軌機組是用于長鋼軌以及軌枕鋪設作業的鋪設設備,主要由鋼軌牽引車、鋪軌車、輔助動力車、運枕龍門吊、枕軌運輸車、液壓系統和電氣系統等部分組成[1],如圖1所示。

圖1 鋪軌機組總體構造

鋼軌牽引車采用裝載機改裝,在車輛后端安裝長鋼軌拖拉裝置,裝載斗兩側安裝長鋼軌導向裝置。該機作用是在預鋪長鋼軌時,用于拖拉長鋼軌,即在其左右各懸吊一夾軌鉗,將已抽送至鋪軌車前端的長鋼軌夾住,鋼軌牽引車前行,將長鋼軌拖拉就位。

鋪軌車是綜合功能車輛,主要完成整機動力配置、牽引驅動和布枕鋪軌作業等功能[2]。鋪軌車在布枕作業時履帶和動力轉向架驅動走行；短途運輸時,前端支撐在軌行式輪對上；長途轉運時,置于平板車上運輸。鋪軌車主要由車體、牽引驅動裝置、布枕鋪軌裝置和動力配置等組成。鋪軌車體為雙梁結構,前端履帶支撐,后端動力轉向架支撐,尾端掛鉤連接輔助動力車。車架中間是為布置布枕機構、收軌機構、鋼軌就位機構、軌枕傳送鏈等作業裝置空間。上部由前向后依次是駕駛室、發動機、燃油箱和液壓油箱、配電及控制柜布置空間[2]。履帶走行裝置是鋪設作業時鋪軌車的前支撐和導向機構,與動力轉向架共同為機組提供牽引力。布枕鋪軌裝置完成長鋼軌的導向、收攏、就位和軌枕的傳送、承接和布放等循環作業。

輔助動力車主要由輔助動力車體、動力轉向架、長鋼軌輸送裝置、分軌裝置、行程測量輪裝置、軌枕傳送鏈裝置、鋼軌導向架和制動裝置等組成。動力由鋪軌車提供。前端與鋪軌車掛接,后端和枕軌運輸車聯掛。主要功能為：動力轉向架為鋪軌機組提供牽引動力；運枕龍門吊通過兩側的導軌,上下輔助動力車運送軌枕；長鋼軌輸送裝置將枕軌運輸車上的長鋼軌平穩的輸送出來,通過分軌裝置將長鋼軌分配到輔助動力車的兩邊,以便放軌；輔助動力車的中間提供有上彈條裝置的空間；輔助動力車上的輔助燃油箱向鋪軌車和運枕龍門吊提供足夠的備用燃油。輔助動力車為鋼梁結構,車體兩邊裝有供運枕龍門吊行走的導軌及在長途運輸過程中固定運枕龍門吊的機構。動力車與轉向架相聯接。輔助燃油箱置于輔助動力車的前部。動力車的上部為軌枕傳送鏈,傳送鏈的下面、動力車的上半部用隔板隔開,為動力車下面上彈條的工人設置一個空間。其內部設若干個應急電源插座及照明電源,方便工人的操作和檢修。

運枕龍門吊是系統獨立的吊運一體設備,主要由車架、提升裝置、動力系統、行走機構、駕駛室等部件組成。主要功用為將后部枕軌運輸車上的軌枕運至動力車的傳送鏈上,以滿足鋪軌車布枕的需要。

枕軌運輸車是由平車改造而成,為適應長鋼軌裝運而成列使用。枕軌運輸車上裝有長鋼軌運輸支架、枕軌運輸支架、龍門吊走行軌和長鋼軌鎖定裝置等。主要功能是裝運長鋼軌、軌枕和鋪軌用主要材料。

2 鋪軌機組施工工藝

2.1 有砟道床條件下施工工藝

(1)基本作業模式

以預鋪軌500 m,布枕鋪軌500 m的方式作業,分4次循環完成2 000 m鋪軌作業。

(2)工藝流程

該鋪軌機組的工藝流程為：鋪軌機組推運到施工現場→軌枕運輸車推運到現場→長鋼軌進入輔助動力車分軌、推送裝置→拖拉長鋼軌、布放地面托滾→手動操作收軌→鋼軌對接→布放橡膠墊板、布枕、收軌作業→安裝扣件→收尾、開始下一循環。

(3)工藝流程

第一步：鋪軌機組由運輸狀態轉換為施工狀態。

第二步：枕軌運輸車進入施工現場。枕軌運輸車由機車推送進入鋪軌現場,在距鋪軌機組一定距離處停車。以低速將枕軌運輸車與鋪軌機組聯掛,接好鋪軌機組與軌枕運輸車后摘開機車。

第三步：鋪軌準備工作。

①安裝輔助動力車與枕軌運輸車之間的過橋軌,并檢查運輸車上的所有走行軌道是否有異常情況,以及每輛車上軌枕擺放的整齊程度,確認運枕龍門吊能夠順利通過。

②解除各作業裝置的鎖定裝置,調節各機構的位置,并試運轉,確保各機構運轉正常。

第四步：預鋪軌。輔助動力車尾部長鋼軌輸送裝置由枕軌運輸車將2根長軌條,經分軌裝置向車兩側分送至鋪軌車兩側鋼軌牽引車能牽引的位置。鋼軌牽引車將2根鋼軌開始同時牽引,預鋪在道床兩側指定位置。

第五步：連接長鋼軌。

第六步：布枕、收軌。先手動操作布枕2根,調整作業狀態,轉入自動布枕作業,人工安放絕緣減振墊。

第七步：安裝扣件。用扣件裝置將部分彈條上好,其余扣件待鋪軌機通過后再補齊。

第八步：500 m軌鋪設完畢。鋪軌機行進500 m后,鋪完1對長鋼軌停止,轉入第四步,鋪設完2 000 m長鋼軌。

第九步：收尾作業。補齊扣件,用專用的彈條扳手將剩余的彈條上好。

2.2 短途運輸與有砟道床施工的轉換工藝

2.2.1 由短途運輸轉有砟道床施工工藝

第一步：鋪軌機組推運至施工現場,距已鋪軌端15～20 m處停車,在鋪軌機組的前后都打上止輪器。

第二步：摘開機車,將鋪軌機組驅動輪上的離合器全部合上,取掉止輪器后鋪軌機組自行至已鋪軌端1.5～2 m處停止,再打好止輪器。

第三步：放下履帶,鋪軌車前端支起,使前轉向架懸空。

第四步：鋪軌車繼續向前行駛,至布枕機構越過已鋪軌端頭后停止。

第五步：解除鋪軌機的各部位鎖定裝置,并將各部位調整為工作狀態,檢查試運轉,作好鋪軌準備。

2.2.2 由有砟道床轉短途運輸施工工藝

第一步：將鋼軌全部收入承軌槽內后停止鋪軌。

第二步：將布枕機構、平砟機構、測量輪等收起并鎖定。

第三步：鋪軌車向后退,至前輪組越過已鋪軌端頭1.5～2 m后停止,打好止輪器。

第四步：卸載支撐油缸,使前轉向架落于鋼軌上承載。

第五步：將履帶翻起并鎖定,松開驅動輪上的離合器并將離合器手柄固定,鋪軌機組與機車聯掛后2臺龍門吊同時置于鋪軌車和輔助動力車的行駛軌道上,取掉止輪器,鋪軌機組轉為短途運輸狀態。

2.3 機組裝卸與運輸

鋪軌機組的轉場運輸采用方式如下。

(1)鋪軌車

采用3輛平板車整體運輸。裝車前,將履帶翻起并鎖定,各工作機構收起鎖定或拆掉。裝卸可在鋪軌基地或施工作業現場處進行。利用伸縮支腿,支起鋪軌車。裝車作業為將平板車推至裝載位置,放下鋪軌車。反之進行卸車作業。

(2)輔助動力車

各工作機構收起并鎖定,與運輸鋪軌車的平板車聯掛運輸。

(3)運枕龍門吊

1臺置于輔助動力車上固定并隨其運輸；另一臺采用1輛平板車運輸。

(4)鋼軌牽引車

在鋪軌車的1輛平板車上裝載運輸。裝卸采用吊車、自行等。

3 主要機型對照

國外相應的施工方法和鋪設設備主要分為兩大類,簡稱為單枕法和長軌排法。單枕法又分為單枕連續鋪設法和單枕間歇鋪設法2種[3]。單枕連續鋪設法的代表機械是SVM1000S型綜合鋪軌機(奧地利生產)、美國Tamper公司生產的NTC型鋪軌機和瑞士Matisa公司生產的TCM60型鋪軌機[3]。表1為不同型號鋪軌機組的性能比較。

表1 幾種鋪軌機組比較

通過比較,可以看出該鋪軌機組：①牽引性能：帶有輔助動力機構,整機性能良好；②牽引配置：無需專用輔助動力車；③控制方式：計算機+PLC,控制系統穩定可靠；④轉場運輸：備有液壓支腿機構,可使鋪軌車頂升,便于裝卸、轉場運輸；⑤需要施工人員較少,約12～18人。

4 方案特點

該鋪軌機組方案具有如下特點。

(1)長軌單枕連續鋪設,能適應跨區間無縫線路的施工需要。

(2)施工工藝先進,自動化程度高,施工質量易于保證,作業效率高；行車自動導向控制,精度高,速度快；布枕、勻枕采用光電編碼器實時檢測、PLC控制,技術先進,鋪設精度高,可靠性好[1]。

(3)鋪軌車增設了水平展出的液壓支腿,提高了裝卸的靈活性,且運輸時不超限；增設了平砟機構和防翻枕裝置,防止軌枕翻傾,提高了布枕精度；布枕機構采用了旋轉喂枕垂直送枕相結合的工作方式,使軌枕接送柔和、平穩,減輕了對機構的機械沖擊,有效地避免了軌枕傾翻現象,控制簡單準確[4]。

(4)龍門吊在枕軌運輸列車上的走行軌采用長軌,增加了運行平順性；鋼軌與軌枕采用雙層混裝,減少運輸車數量,提高運輸效率。

(5)鋪軌作業時,采用動力車、動力轉向架共同驅動,整機牽引性能好；關鍵零部件采用國際知名品牌,保證系統的可靠性；與國外同類設備相比,整機參數確定科學、合理,性價比高；整機布局合理,操作便捷,易于維護保養。

5 結語

該鋪軌機組一次可鋪設500 m及以下長軌條,大大減少了線路鋼軌的連接接頭數量,有效減少了輪軌沖擊、振動,提高了軌道鋪設精度,保持了軌道的持續平順,確保了軌道處于優良狀態。它的研制為我國高速鐵路建設提供了新型、可靠、適用、性價比高的鋪軌機械,使我國成為繼美國、奧地利和瑞典之后,第4個掌握該技術和擁有該產品的國家。

2006年,該套設備順利通過了鐵道部科技司組織的專家評審,得到了與會專家的一致好評,并投入工業生產。2008年底,該鋪軌機組已開始在鐵路工程建設中鋪設無縫線路,并順利通過工程驗收。從經過的計算機模擬試驗、組裝調試和廠內試驗、設備現場作業情況來看,該設備簡潔實用,性能良好,運行狀態穩定,完全滿足使用要求[5],克服了以往普通軌節鋪軌機鋪設中存在的諸多難題。在鋪設Ⅲ型枕和60 kg/m、500 m軌條的過程中,創造了日鋪軌4.8 km的紀錄。實踐證明,該鋪軌機組的設計是成功的[5]。

[1] 薛學勇.DPG500型長軌條鋪軌機組組成及關鍵機構[J].建設機械技術與管理,2010,23(9)：91-95.

[2] 紀占玲.鋪軌車車架有限元分析[J].起重運輸機械,2008(6)：74-75.

[3] 紀占玲.鋪軌機布枕機構虛擬樣機技術研究[D].鄭州：華北水利水電學院,2005.

[4] 呂 超.DPG500鋪軌機組布枕機構優化與設計[J].鐵道標準設計,2008(8)：30-32.

[5] 薛淑紅.標準軌和輕軌兩用鋪軌機[J].起重運輸機械,2004(4)：18-19.