六槍頭聚氨酯固化道床澆注設備研究

張銳 王鵬 高春雷 何國華 周佳亮

中國鐵道科學研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081

聚氨酯固化道床是在全新鋪設的有砟道床中，同時澆注兩種液態聚氨酯材料（A組分與B組分），兩種原料在道床內發生化學反應，膨化固結的過程中將石砟間的縫隙填滿，與石砟形成一種彈性整體結構［1］。聚氨酯固化道床兼具有砟道床、無砟道床的優點，有利于減少有砟軌道的養護維修工作量，同時能夠降低振動和噪聲，為軌道交通提供了一種新的軌道結構形式［2-3］。國內的聚氨酯固化道床施工大多是試驗段等小規模施工，澆注施工設備皆為小型設備［4］，在大規模聚氨酯固化道床施工時，施工效率低，無法進行連續作業。因此，新研發的澆注設備，應能夠實現在正線區段進行大規模、高效率的道床澆注施工，還應該便于操作、并自帶走行功能。

澆注施工時，聚氨酯材料在膨化固結的過程中，會產生向上的膨脹力［5］，現有設備多為單槍頭澆注設備，需要在一個枕木兩側進行多次澆注，這樣不僅施工效率低，還可能造成軌枕整體受力不均，從而導致兩側的軌道高程不一致，軌道變形量不可控。因此，需要設計能夠多點位同時澆注的設備，一次完成一個枕木澆注點位的同時施工。

1 總體設計方案

聚氨酯固化道床正線區段施工，每個枕木兩側需要澆注12個點位［6］（圖1），因此新設計的澆注設備安裝有6個澆注槍頭同時進行澆注作業，以保證軌道整體受力均勻。為控制聚氨酯澆注施工中的軌道變形量［7］，還需要對道床整體施加向下的持續壓力，可以利用保壓塊與設備自重設計道床保壓裝置。

圖1 澆注點位示意（單位：mm）

新設計的六槍頭澆注設備分為澆注系統、走行系統兩部分（圖2）。澆注系統由澆注裝置、原料供應裝置、管路拖鏈、液壓泵站等組成。走行系統由澆注小車、槍頭移動平臺、道床保壓裝置、連掛裝置等組成。

圖2 六槍頭澆注設備整體布局示意

2 澆注系統

澆注系統由6套高壓澆注槍頭、2組原料供應裝置（A組分、B組分原料各6個供料泵站，共12個）、2組液壓泵站、管路拖鏈等部分組成，安裝在澆注小車上，通過原料輸送管路與預混系統連接。澆注系統原理如圖3所示。

圖3 澆注系統原理示意

2.1 澆注裝置

按照澆注點位要求，將6個澆注槍頭并排布置在一個滑道上，每個澆注頭能夠左右移動，如圖4所示。每把槍頭可自動設定料比、流量、注射時間等，槍嘴注料后的殘留原料通過高壓氣體自動清理。

圖4 澆注槍頭布局

由于A組分、B組分原料混料比例要求精度較高，每個澆注槍頭只能單獨供料，故6個澆注頭有多根管道與原料供應裝置、液壓泵站相連，見圖5。同時每個澆注槍頭還需要與一根氣動管道和多根控制電纜相連，導致澆注槍頭與供料裝置的連接非常復雜。故采用快換接頭進行連接，方便六槍頭澆注裝置的收放。澆注小車與平車上的預混系統使用快接管路相連接，方便澆注小車的拆裝。

圖5 六槍頭澆注裝置

2.2 原料供應裝置

原料在進入澆注槍頭之前，需要經由供料泵站提高原料壓力，以達到最佳混合效果。兩種原料按比例進入澆注槍頭混合艙內，經高壓碰撞混合后達到均勻混合狀態，從出料口流出。不澆注時，原料經供料泵站后還可以在管路中形成高壓循環，能夠防止原料發生沉積。

A組分、B組分原料供料泵站工作壓力控制在6～22 MPa，若超出此范圍，設備自動停機并發出警報。

2.3 澆注管路拖鏈

由于每個澆注槍頭配有4個原料管路、4個液壓管路，因此整套澆注設備共有48根管路。在澆注槍頭移動平臺向前移動時，需要設計管路拖鏈對管路進行支撐，管路平行鋪設在拖鏈上，拖鏈可隨移動平臺前后拖動，能夠保證管路在移動過程中不要外力拖拉，防止管路松動。

3 走行系統

澆注小車通過連掛裝置能與NX70型平車或地鐵用平車連掛，由軌道車推動走行作業。澆注槍頭安裝于移動平臺上，各澆注槍頭位置能夠通過滑道進行調節，移動平臺通過電動推桿和導軌導槽與澆注小車主構架連接，可沿著鋼軌方向移動，實現固化道床澆注的連續作業。

3.1 澆注小車車架設計

澆注小車通過連掛裝置與平板車連接，作業過程中由平板車推動小車前進。澆注小車構架由主構架和前構架組成。

主構架由方管和矩形管焊接而成，主要用于安裝和承載原料供應裝置、電動推桿、控制柜、防雨棚、制動裝置安裝座、連掛裝置安裝座等。前構架也由方管和矩形管焊接而成，主要用于安裝和承載六槍頭澆注裝置、管路托鏈、保壓配重塊等。

3.2 道床保壓裝置的設計

新鋪設的道床在未經聚氨酯固化前，軌枕的支點載荷能夠影響相鄰的兩根軌枕［8］。其中，支點軌枕、相鄰軌枕、次相鄰軌枕所分配的載荷分別為總重量的40%、20%、10%，如圖6所示。因此，利用設備的自身重量和配重塊重量，設計了實時保壓裝置，對澆注過程中的每根軌枕都施加持續向下的壓力，確保每根軌枕受到的向下壓力都達到30 kN［9］。

圖6 支點載荷示意

在澆注槍頭移動平臺上，放置1 t的配重塊，能夠保證在移動平臺移動到最前端時，對軌枕的向下壓力保持在30 kN。

3.3 澆注小車連掛裝置

澆注小車通過連掛裝置與平板車連接，在作業過程中，由平板車帶動小車前進或者后退。主要組成部分為平車側連掛裝置安裝座、車鉤、車鉤連接桿、彈簧緩沖裝置、小車側連掛裝置安裝座。彈簧緩沖裝置能夠吸收車輛運行過程中的沖擊振動，車鉤連接桿以車鉤為軸，有一定的擺動角度，在車輛過曲線時能夠保證澆注小車與平車之間的平穩連接，保障澆注小車隨著平板車平穩前行。

4 結語

針對正線區段大規模聚氨酯固化道床澆注施工的情況，設計了一種高效聚氨酯道床澆注施工設備。在澆注系統的設計中，6個槍頭在軌枕一側的澆注點位上同時進行澆注，施工效率高，同時能夠確保軌道整體受力平衡。在走行系統的設計中，利用設備自重以及配重塊重量，設計了實時保壓裝置，能夠有效控制聚氨酯澆注施工中的軌道整體變形。與現有的聚氨酯澆注設備相比較，六槍頭澆注施工設備具有施工效率高、自帶走行功能及道床實時保壓功能、便于操作等優點，極大地提高了聚氨酯固化道床澆注施工效率，為現場施工提供了保障。