無砟軌道板快速更換一體化裝備研究

張建強 中國鐵路上海局集團有限公司科研所

1 前言

高速鐵路開通運營后，隨著時間的發(fā)展，在列車荷載、外部環(huán)境、線下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)變形等因素共同作用下，軌道板已經(jīng)出現(xiàn)裂紋、起鼓、掉塊甚至是地圖狀裂損等病害形式，嚴重影響軌道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)強度，需要通過對傷損較嚴重軌道板的更換來提高線路質(zhì)量，確保高速鐵路行車安全。

目前我國高速鐵路營業(yè)里程高居世界第一位，有CRTSI、CRTSII、CRTSIII型三類無砟軌道，國內(nèi)采用的無砟軌道板更換施工技術(shù)，受限于機械化程度不高以及我國多樣化的無砟軌道類型，存在施工工藝復(fù)雜問題，導(dǎo)致出現(xiàn)施工工期長、施工工人員多、經(jīng)濟代價大等問題。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研情況，一個垂直天窗內(nèi)更換一塊CRTSI型軌道板至少需要施工人員50人以上（不包括防護員、接觸網(wǎng)工、軌道車司機等其他配合人員），現(xiàn)場涉及施工人員、工機具較多，組織困難，潛在安全風險較大。CRTSI型無砟軌道板相比于CRTSII、CRTSIII型無砟軌道軌道板更換工藝較為簡單，同時隨著我國高速鐵路長期在不同環(huán)境下高負荷、高頻率運營，軌道板裂紋傷損不斷產(chǎn)生和發(fā)展，CRTSII、CRTSIII型無砟軌道軌道板也勢必存在軌道板更換問題，因此對傷損特別嚴重的無砟軌道板進行更換勢必成為無砟軌道養(yǎng)護維修的一項重要內(nèi)容。

為滿足日益增多的無砟軌道板更換需求、適應(yīng)高速鐵路單個施工維修天窗短的特點，保障高速鐵路安全、平穩(wěn)、舒適運行，亟需研究無砟軌道板快速更換的機械化裝備，提高軌道板更換作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量，提升我國高速鐵路無砟軌道養(yǎng)護維修技術(shù)水平。

2 無砟軌道板快速更換一體化裝備總體方案

無砟軌道板更換工序復(fù)雜，每個工序都涉及到不同的工機具、裝備，針對工序繁雜特點，根據(jù)當下施工裝備現(xiàn)狀和施工經(jīng)驗按工序完成難度以及裝備配合情況進行等級評估，鋼軌撥道、軌道板更換、軌道板精調(diào)這三個工序是整個軌道板更換施工過程中最具有提升施工效率和施工質(zhì)量意義的關(guān)鍵工序，完成這三大工序的裝備化，可大大簡化整個換板施工流程。基于撥道-換板-精調(diào)這三大工序分別展開了專用裝備研發(fā)，形成了鋼軌撥道裝置、無砟軌道板更換主平臺、精調(diào)裝置為主的軌道板快速更換一體化裝備體系。

圖1為無砟軌道板快速更換裝備配合施工現(xiàn)場圖。具體過程為：首先使用撥道裝置將鋼軌撥開；然后利用軌道板更換主平臺將傷損軌道板吊離放在主平臺存取庫內(nèi)，從存取庫內(nèi)再吊起新板放入；最后使用軌道板精調(diào)裝置進行軌道板的精調(diào)。

圖1 無砟軌道板更換裝備

3 鋼軌撥道裝置

為了保護高速鐵路無縫線路的連續(xù)性，無砟軌道板更換施工采用撥道方式為新舊軌道板的取出與鋪設(shè)提供空間。

鋼軌撥道裝置的功能是將鋼軌向外側(cè)撥至一定位置并將鋼軌鎖緊固定，撥道裝置適用于CRTSI、CRTSII、CRTSIII三類無砟軌道板線路情況，三類軌道板結(jié)構(gòu)尺寸不一樣，見表1所示，不同板型之間承軌臺、鐵墊板高度不同，并且每次更換軌道板松開扣件長度至少在100 m以上，撥道裝置涉及到的撥道范圍較大其性能參數(shù)見表2，結(jié)構(gòu)見圖2。基于以上這些特點將撥道裝置分四個模塊，每個模塊有自己獨立的功能，實際使用時可根據(jù)不同板型以及現(xiàn)場實際條件進行不同模塊替換進行撥道。四大模塊主要包括：

（1）撥道裝置主框架，主要實現(xiàn)鋼軌的外撥、鎖定以及墊支；

（2）撥道動力系統(tǒng)，主要實現(xiàn)鋼軌外撥的動力供給以及撥道力、位移的監(jiān)測；

（3）撥道裝置鋼軌滑移墊支模塊（滑道），主要實現(xiàn)遠端部分鋼軌的墊支抬高；

（4）鋼軌位移約束模塊，主要實現(xiàn)靠近端部鋼軌的橫向限位以及控制鋼軌線形漸變。

表1 三類軌道板尺寸參數(shù)

表2 撥道裝置性能參數(shù)

圖2 鋼軌撥道裝置

4 無砟軌道板快速更換主平臺

軌道板更換主平臺以軌道車為牽引動力，以NX70平板車為載體，集成了無砟軌道板吊裝裝置、軌道板存放交換裝置等，具備運輸、吊裝、存放交換新舊軌道板的功能，可實現(xiàn)遠程遙控操作，主平臺性能參數(shù)見表3設(shè)計，結(jié)構(gòu)見圖3。主平臺具有以下特點：

（1）單雙線兼顧，考慮雙線鄰線作業(yè)為主的方式，兼顧特殊情況下的單線本線作業(yè)。

（2）單個天窗至少更換一塊軌道板，軌道板快速更換主平臺裝置一次獨立支撐后，可完成至少一塊的吊裝更換作業(yè)；如果在鄰線有兩塊CRTSⅠ型軌道板待更換板相連，可完成兩塊板的更換作業(yè)。但對于CRTSⅡ、Ⅲ型軌道板，由于其它施工工序占時長的限制，裝備一次獨立支撐后，只更換一塊。

（3）CRTSⅠ、Ⅱ、III型板都可進行更換。

表3 軌道板快速更換主平臺性能參數(shù)

圖3 無砟軌道板更換主平臺

5 無砟軌道板精調(diào)裝置

無砟軌道板精調(diào)裝置可實現(xiàn)軌道板精調(diào)機械化、自動化，主要以待精調(diào)軌道板與相鄰兩塊軌道板平順過渡為調(diào)整目標，以參考CPIII點為輔，即以相對誤差為主，絕對誤差為輔助參考調(diào)整軌道板。

軌道板精調(diào)裝置實現(xiàn)軌道板的空間位置調(diào)整主要從軌道板垂向、橫向、縱向以及回轉(zhuǎn)四個維度進行，精調(diào)裝置將四個維度的調(diào)整分兩個部分實現(xiàn)，分別為回轉(zhuǎn)調(diào)整部分和底座板支撐部分，精調(diào)裝置的動作主要通過液壓系統(tǒng)實現(xiàn)，主要性能參數(shù)見表4，設(shè)計結(jié)構(gòu)見圖4。軌道板精調(diào)裝置主要分三大模塊來進行功能劃分，具體包括：

（1）回轉(zhuǎn)調(diào)整模塊，該模塊具有軌道板橫向調(diào)整、垂向高程調(diào)整、軌道板旋轉(zhuǎn)功能；

（2）底座板支撐模塊，該模塊負責支撐回轉(zhuǎn)調(diào)整模塊，軌道板縱向位置確定，精調(diào)完成后與回轉(zhuǎn)調(diào)整模塊連接緊固，與底座板形成整體，為下一步灌漿工序做扣壓準備；

（3）液壓控制系統(tǒng)，主要是根據(jù)實時測量的軌道板空間位置坐標進行控制整個液壓系統(tǒng)。

表4 軌道板精調(diào)裝置主要性能參數(shù)

圖4 無砟軌道板精調(diào)裝置

6 總結(jié)

針對軌道板更換需求現(xiàn)狀，中國鐵路上海局集團有限公司聯(lián)合徐工集團、同濟大學(xué)等多家單位進行了針對無砟軌道板更換的裝備研發(fā)，研發(fā)生產(chǎn)了無砟軌道板更換一體化裝備，填補了當下無砟軌道板更換一體化裝備的空白。

鋼軌撥道裝置適用于CRTSI、CRTSII、CRTSIII型三類無砟軌道板，具備根據(jù)現(xiàn)場撥道長度進行布局調(diào)整以及合理控制撥道過程中鋼軌線型的的功能，大大降低了鋼軌撥道的風險。

無砟軌道板快速更換主平臺是用于無砟軌道板更換的專用裝備，可適用于各種營業(yè)線斷面尺寸軌道，滿足單雙線作業(yè)要求，大限度的提升了軌道板更換效率和安全性。

無砟軌道板精調(diào)裝置采用液壓控制系統(tǒng)配合相對誤差為主的測量方式，大大提高了天窗點內(nèi)軌道板精調(diào)效率。