電瓶軌道鋪設(shè)機(jī)的研究與應(yīng)用研究

王斌

【摘?要】在城市軌道交通建設(shè)中，軌道鋪設(shè)機(jī)作為其中一種重要設(shè)備，起著承上啟下的關(guān)鍵作用，對(duì)軌道鋪設(shè)有著至關(guān)重要的作用。那么，如何保證鋪軌的安全與施工進(jìn)度，這是一個(gè)很重要的問(wèn)題。由于現(xiàn)代化的地鐵鋪軌工序大多使用機(jī)械鋪軌，那么機(jī)械設(shè)備性能是否先進(jìn)是影響鋪軌安全和進(jìn)度的關(guān)鍵。軌道鋪設(shè)機(jī)作為軌道“機(jī)鋪法”施工的關(guān)鍵設(shè)備，承擔(dān)著預(yù)制軌排、鋼筋籠以及其它施工物料的運(yùn)輸和混凝土澆筑的施工任務(wù)。

【關(guān)鍵詞】軌道;新型;鋪設(shè)機(jī);電瓶

Research and Application of Battery Track Laying Machine

Wang Bin

（China Railway First Bureau Group New Transportation Engineering Co.， Ltd?Xianyang?Shanxi?712000）

【Abstract】In the construction of urban rail transit， the track laying machine， as one of the important equipments， plays a key role in the connection and has a vital role in the track laying. Then， how to ensure the safety of the track laying and construction progress is an important issue. Since most of the modern subway track laying processes use mechanical track laying， whether the mechanical equipment performance is advanced is the key to affecting the safety and progress of the track laying. As a key equipment for the construction of the track "machine shop"， the track laying machine undertakes the construction tasks of prefabricated rail rows， steel cages and other construction materials transportation and concrete pouring.

【Key words】Track;New type;Laying machine;Battery

1. 前言

（1）自從2004年全面投入地鐵軌道施工至今，軌道鋪設(shè)機(jī)已經(jīng)歷了數(shù)次更新?lián)Q代，雖然每一次更新都能在一定程度上提高工作效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，但始終沒(méi)能擺脫供電電纜，設(shè)備有效施工距離受卷纜長(zhǎng)度和供電線路壓降雙重限制，對(duì)施工效率的提高有很大影響，而且380V的交流電壓在施工中對(duì)人身存在安全隱患。

（2）任何機(jī)械設(shè)備都是在發(fā)展更新的，軌道鋪設(shè)機(jī)也不例外。自從21世紀(jì)我國(guó)地鐵進(jìn)入建設(shè)熱潮后，軌道鋪設(shè)機(jī)已經(jīng)經(jīng)過(guò)了數(shù)次的改進(jìn)，每一次改進(jìn)都能很好的提高工作效率。

（3）我公司在福州軌道交通2號(hào)線鋪軌Ⅰ標(biāo)施工過(guò)程中，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及以前的電瓶軌道鋪設(shè)機(jī)的使用經(jīng)驗(yàn)，在滿足現(xiàn)行工況的情況下，大膽自主嘗試和創(chuàng)新使用新型的電瓶軌道鋪設(shè)機(jī)進(jìn)行機(jī)鋪?zhàn)鳂I(yè)。在使用過(guò)程中不斷摸索、反復(fù)總結(jié)并不斷改進(jìn)，逐漸完善了設(shè)備各項(xiàng)功能與性能指標(biāo)，以更好地適應(yīng)機(jī)鋪?zhàn)鳂I(yè)施工。填補(bǔ)了新型設(shè)備在城市軌道交通建設(shè)中使用的空白。

2. 設(shè)備特性

（1）能夠適應(yīng)長(zhǎng)大區(qū)間遠(yuǎn)距離送電導(dǎo)致的電壓不足的操作環(huán)境。

（2）避免了運(yùn)行距離受電纜線長(zhǎng)度限制，可自由走行，提升施工工效。

（3）避免了供電電纜因來(lái)回拖拉破損，導(dǎo)致頻繁的電路故障，維修工作增加而影響施工效率。

（4）可在低電壓狀態(tài)運(yùn)行，符合目前施工行業(yè)低電壓作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

（5）地鐵施工過(guò)程中，可不受停電因素影響，保證設(shè)備正常運(yùn)行。

（6）大幅度的降低了電瓶軌道鋪設(shè)機(jī)裝機(jī)功率，節(jié)能效果顯著。

（7）采用新的供電系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)電能的循環(huán)使用。

（8）采用先進(jìn)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，極大的降低了機(jī)械設(shè)備故障率。

3. 適用范圍

該電瓶軌道鋪設(shè)機(jī)適應(yīng)于地鐵軌道鋪設(shè)在隧道內(nèi)機(jī)鋪?zhàn)鳂I(yè)及高架橋輕軌鋪設(shè)機(jī)作業(yè)等各種工況。

4. 設(shè)備工作原理

4.1?動(dòng)力源原理（新型電瓶軌道鋪設(shè)機(jī)的BIM模型見(jiàn)圖1、車(chē)載動(dòng)力電池見(jiàn)圖2、直流控制器與直流電機(jī)見(jiàn)圖3）。

采用8塊6V200Ah的車(chē)載電源動(dòng)力電池，配備雙電池組，借鑒車(chē)載動(dòng)力電池技術(shù)供電基礎(chǔ)上，采用集成多模塊控制電路通過(guò)直流控制器作用于電機(jī)，提供能力，穩(wěn)定性強(qiáng)，動(dòng)作精準(zhǔn)。

4.2?起升機(jī)構(gòu)原理。

新型電瓶軌道鋪設(shè)機(jī)起升機(jī)構(gòu)采用直流無(wú)刷電機(jī)與行星齒減速機(jī)構(gòu)作為驅(qū)動(dòng)裝置，大幅度的提升了機(jī)械傳動(dòng)效率，降低了設(shè)備功率。該套起升機(jī)構(gòu)，起升平穩(wěn)、無(wú)機(jī)械噪音，重物不易擺動(dòng)，穩(wěn)定性好（行星齒減速機(jī)見(jiàn)圖4、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物見(jiàn)圖5）。

4.3?走行機(jī)構(gòu)原理（走行機(jī)構(gòu)原理模型見(jiàn)圖6、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物圖見(jiàn)圖7）。

走行機(jī)構(gòu)采用直流無(wú)刷電機(jī)與行星齒減速機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，大幅度的降低了電機(jī)功率。起步與制動(dòng)時(shí)，直流無(wú)刷電機(jī)具備軟啟軟停的功能，實(shí)現(xiàn)走行與制動(dòng)的平穩(wěn)，提升了施工的安全可靠性。

試驗(yàn)結(jié)論：100m極小半徑200次無(wú)障礙通過(guò)。

6.1.4?續(xù)航能力測(cè)試。

在試驗(yàn)線路上運(yùn)行40h后出現(xiàn)低電量提醒，此時(shí)需要更換電瓶并進(jìn)行充電。

試驗(yàn)結(jié)論：連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)40h后，無(wú)法啟動(dòng)。

試驗(yàn)總結(jié)論：新型電瓶軌道鋪設(shè)機(jī)能夠滿足機(jī)鋪?zhàn)鳂I(yè)面施工工況要求。

6.2?節(jié)能試驗(yàn)論證。

6.2.1?試驗(yàn)條件：

（1）用電流表記錄六組電瓶充滿的用電量數(shù)據(jù)，新型電瓶軌道鋪設(shè)機(jī)（7.4KW）與逆變直流電瓶軌道鋪設(shè)機(jī)（8.8KW）

（2）分別用新型電瓶軌道鋪設(shè)機(jī)（單組電瓶供電）、逆變直流電瓶軌道鋪設(shè)機(jī)、交流電瓶軌道鋪設(shè)機(jī)進(jìn)行耗電量試驗(yàn)。

（3）三臺(tái)鋪軌機(jī)分別進(jìn)行不間斷的提升10t重物303次作業(yè)的耗電量統(tǒng)計(jì)。

6.2.2?試驗(yàn)結(jié)論：功率6KW滿足施工要求，節(jié)能效果顯著（耗電量對(duì)比圖見(jiàn)圖11、節(jié)能對(duì)比圖見(jiàn)圖12）。

6.3?充電時(shí)間與續(xù)航時(shí)間測(cè)定。

如圖所示為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用時(shí)間和充電時(shí)間的測(cè)試數(shù)據(jù)。

兩臺(tái)新能能源電瓶軌道鋪設(shè)機(jī)在福大鋪軌基地試驗(yàn)場(chǎng)地進(jìn)行全負(fù)荷試驗(yàn)運(yùn)行，按照滿電量進(jìn)行6組數(shù)據(jù)測(cè)試，測(cè)得新型電瓶軌道鋪設(shè)機(jī)單組電瓶使用時(shí)間45h，單組電瓶平均充電時(shí)間6h。充電時(shí)間<<使用時(shí)間，可滿足電瓶電軌道鋪設(shè)機(jī)循環(huán)作業(yè)（充電時(shí)間與使用時(shí)間統(tǒng)計(jì)圖見(jiàn)圖13）。

試驗(yàn)結(jié)論：充電時(shí)間<<使用時(shí)間，可滿足新型軌道鋪設(shè)及循環(huán)作業(yè)要。

6.4?施工現(xiàn)場(chǎng)鋼絲繩與電路故障率驗(yàn)證（施工區(qū)間機(jī)械故障率統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)表2）。

試驗(yàn)結(jié)論：設(shè)備投入使用后，鋼絲繩故障率0.09/Km，鋼絲繩故障率0.317/Km<1/Km，滿足設(shè)備工況要求（機(jī)械設(shè)備故障率統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)圖14）。

7. 新型電瓶軌道鋪設(shè)機(jī)的創(chuàng)新點(diǎn)

7.1?新能源電瓶軌道鋪設(shè)機(jī)改變了傳統(tǒng)的供電模式，采用電池直接供電，甩掉了長(zhǎng)尾巴，提升了施工工效。

7.2?雙電池組移動(dòng)式新能源供電系統(tǒng)，充電時(shí)間短，解決了電能循環(huán)供應(yīng)的問(wèn)題。

7.3?直流供電，實(shí)現(xiàn)設(shè)備在地鐵潮濕環(huán)境下低壓狀態(tài)安全運(yùn)行，極大的降低了用電安全隱患。

7.4?先進(jìn)的減速機(jī)將整機(jī)功率降低、達(dá)到了節(jié)能目的，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的節(jié)能環(huán)保特性。

8. 應(yīng)用實(shí)例

8.1?新型電瓶軌道鋪設(shè)機(jī)于2018年2月至2018年9月在福州地鐵施工中得到了很好的應(yīng)用，共計(jì)鋪軌16.24Km。單次作業(yè)施工進(jìn)度可實(shí)現(xiàn)100m/day，單組電池的續(xù)航能力可保證3天的施工用電量，續(xù)航能力超出了理論數(shù)據(jù)。

8.2?在16.24Km的鋪軌過(guò)程中，2組電池組交替使用，每組電池組的充電次數(shù)在83次左右，設(shè)備故障率不足1%，整個(gè)操控系統(tǒng)操作平穩(wěn)，電機(jī)執(zhí)行動(dòng)作精準(zhǔn)，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工中各個(gè)工序?qū)υO(shè)備的要求。

8.3?在軌道施工、軌排運(yùn)輸、混凝土澆筑、材料的倒運(yùn)等正常工序不變的情況下，中間不存在影響施工進(jìn)度因素，新型軌道鋪軌機(jī)一組電池組可完成軌道施工265米，中間不需要充電。道床施工完成后，還有電量英語(yǔ)，續(xù)航能力滿足工況要求。

8.4?電瓶軌道鋪設(shè)機(jī)走行平穩(wěn)，具備軟啟軟停功能，能很好的滿足安全操作的要求，整個(gè)起升動(dòng)作平穩(wěn)，無(wú)噪音，鋼絲繩不存在斜拉現(xiàn)象，滿足了現(xiàn)場(chǎng)的吊裝要求，降低了鋼絲繩故障率。

8.5?通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)電瓶軌道鋪設(shè)機(jī)能耗的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)分析，電瓶軌道鋪設(shè)機(jī)節(jié)能效果顯著，極大的節(jié)約了電能。

福州地鐵2號(hào)線投入新型電瓶軌道鋪設(shè)機(jī)應(yīng)用于施工生產(chǎn)，將原來(lái)平均的道床澆筑施工進(jìn)度由73米/日提高到100米/日，節(jié)約了項(xiàng)目成本，提升了施工工效，獲得了業(yè)主的肯定與贊譽(yù)（吊裝軌排作業(yè)見(jiàn)圖15、倒運(yùn)工裝機(jī)具見(jiàn)圖16）。

9. 效益分析

動(dòng)力電池技術(shù)在電瓶軌道鋪設(shè)機(jī)上的成功應(yīng)用，省去地鐵施工隧道內(nèi)復(fù)雜動(dòng)力線的布設(shè)，按照當(dāng)前地鐵施工作業(yè)面配置，節(jié)約了電纜線購(gòu)置費(fèi)、布設(shè)電纜人工費(fèi)及能耗共計(jì)147.54萬(wàn)元（項(xiàng)目節(jié)約成本統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)圖17）。

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