鐵路有砟軌道智能鋪軌成套裝備及關鍵技術研究

韓連軍

（中鐵一局集團新運工程有限公司，咸陽 712000）

1 鋪軌機組自動巡航走行定位技術

1.1 背景

我國鐵路迎來了高速、大容量、智能化的新時代。在此背景下，鋪軌機組作為鐵路建設中不可或缺的關鍵設備，社會對其效率和精度的要求越來越高[1]。傳統鋪軌作業主要由人工操作，存在時間長、效率低的問題。為了滿足鐵路建設的新需求，提出了自動巡航走行定位技術。該技術將先進的自動化技術引入鋪軌施工，提高了整體工程的施工水平。在當前鐵路建設的大背景下，追求更高效、更準確的施工方式已成為必然。

1.2 系統規劃與實現

自動巡航走行定位技術的核心在于對系統的全面規劃與智能實現。虛擬走行線路的規劃，要求系統能夠充分理解工程場地的復雜性，為鋪軌機提供準確的走行路線。系統設計應考慮多種變化因素，如地形、氣候、工程要求等，以確保系統能夠在各種條件下穩定、可靠地自動巡航。系統設計的關鍵點在于確保虛擬走行線路的高度仿真，準確反映實際施工場地的復雜特征。這需要系統具備強大的計算能力，能夠智能計算鋪軌機頭坐標與走行線路的偏移距離，以達到精準巡航的目的。

應用定位技術是自動巡航走行定位技術的關鍵所在。在路基地段，系統利用北斗、全球定位系統（Global Positioning System，GPS）等衛星定位技術，能夠有效減小位置誤差，確保鋪軌機的高精度定位，為鋪軌施工提供堅實基礎。系統還需要在隧道等有限空間內智能引導鋪軌機巡航，因此以全站儀引導作為確保鋪軌機在復雜環境中自動巡航的重要手段。通過多技術的協同應用，定位技術為鋪軌作業提供了高精度和高效率的雙重保障。

2 新型長鋼軌牽引車

2.1 創新功能

新型長鋼軌牽引車的設計目的在于提高軌道線路施工的效率和靈活性。它不僅能夠高效、便捷地完成有砟軌道和無砟軌道的施工，而且能夠實現有砟施工與無砟施工的無縫切換。自動夾軌技術的引入是一項重要創新，通過智能夾持鐵軌，有效提高了鋪軌的操作效率。自動夾軌作為創新功能之一，通過感知鐵軌的位置和形狀，使牽引車迅速、準確地夾住鐵軌，從而實現了高效鋪設。它不僅提高了施工的連續性，還減輕了操作人員的勞動強度，提高了施工過程的智能化程度。

整機跨線轉移功能的實現，使車輛能夠輕松適應復雜的施工場景，實現多線路間的高效轉換[2]。新型長鋼軌牽引車在施工現場長途轉場時無須解體，極大地提升了施工便捷性。這種車輛便捷轉場方式直接加快了整體的施工進度，無須解體的設計降低了施工現場的復雜性，使得車輛能夠更加快速地適應新的工程環境，有效提高了作業效率。自動夾軌和整機跨線轉移功能的引入，使得牽引車能夠在不同線路之間無縫切換，為工程的順利推進奠定了基礎。

2.2 實際效果

通過全面發揮創新功能的作用，線路施工得以實現無縫切換和高效操作，大幅提升了施工效率。自動夾軌技術的應用使鋪軌作業更為智能化，減少了對人工的依賴。牽引車的便捷轉場方式提高了工程施工的靈活性，使牽引車可以迅速適應不同工程的要求[3]。

3 扣件智能安裝車

3.1 創新安裝方式

新一代扣件智能安裝車融合了機器人技術和先進的視覺定位系統，創新了鐵路施工的安裝方式。傳統的扣件安裝方式通常依賴人工，而新型智能安裝車通過引入機器人，實現了人機協同作業，提高了安裝效率和準確性。機器人在扣件安裝中的應用，不僅減輕了人工負擔，還能夠根據預設程序實現高度精準操作。視覺定位系統的引入使得機器人能夠感知并“理解”周圍環境，更加準確地定位扣件的安裝位置。這種創新的智能化安裝方式，為扣件安裝提供了更為可靠和高效的解決方案。

3.2 室外工程應用

扣件智能安裝車不僅在室內工程中發揮著重要作用，也在室外工程中表現出色。為適應室外工程的復雜環境，研發團隊專門開發了適用于室外環境的高效視覺定位系統。該系統在不同的天氣、光照條件下均能穩定運行，為扣件的智能安裝提供了技術支持。室外工程環境常常受到自然因素的影響，如天氣、光照變化等，而傳統的安裝方式難以在這些復雜條件下保持高效性。通過引入適用于室外工程環境的視覺定位系統，新型扣件智能安裝車在各種天氣條件下都能穩健運行，使得安裝作業更具健壯性和穩定性。

3.3 效果驗證

通過配備螺母緊固工具和力矩顯示功能，新型扣件智能安裝車成功實現了智能安裝方式。螺母緊固工具確保了扣件的牢固連接，而力矩顯示功能則實現了安裝過程中扭矩的實時監控。實踐證明，這種全新的智能安裝方式不僅提高了扣件的安裝速度，而且確保了每個扣件的精準安裝。智能安裝車在執行安裝任務時能夠根據實際情況自主調整，以適應不同的工程環境。

4 有砟軌道智能搗固

4.1 技術原理

有砟軌道智能搗固技術的核心在于采用了新型慣性導航儀，并基于單點和多點絕對控制的精密相對測量原理。這項技術的引入使得搗固作業能夠被更準確地感知和控制，實現軌道狀態的高精度監測和搗固。新型慣性導航儀的使用為搗固機械提供了更精準的導航和位置感知能力[4]。通過單點及多點絕對控制的精密相對測量原理，系統可以實時獲取搗固機在軌道上的位置信息，確保搗固作業在規定的軌道范圍內進行。這樣不僅提高了搗固精度，還使作業過程更加高效和可控。

4.2 技術突破

有砟軌道智能搗固技術在軌道幾何狀態檢測方面實現了重大突破。通過引入先進的測量技術，系統能夠快速檢測軌道的幾何狀態，包括高程、平整度等，進而及時調整搗固機的工作參數，確保每次搗固都能達到預定標準。這一智能化作業方式提高了施工的自動化程度，為穩定的軌道質量提供了可靠保障。為進一步提升系統的性能，將系統升級為GVA486 系統。新增軌道參數自動引導記錄系統是新系統的一大亮點，實現了軌道測量數據的無線傳輸。系統升級改造使得搗固機在搗固作業中能夠更加靈活地獲取和處理軌道數據。軌道參數自動引導記錄系統的引入提高了系統的智能化水平，使系統通過無線傳輸，將軌道測量數據及時傳送給控制系統，為搗固作業提供實時反饋。GVA486 系統使有砟軌道智能搗固技術在能夠更好地適應不同的工程環境和復雜條件，提高了鐵路軌道施工的智能化水平和作業效率。

5 鋼軌焊接綠色技術及成套裝備

5.1 新能源供電系統

鋼軌焊接綠色技術及成套裝備的創新點體現在對新能源供電系統的應用上。為改善焊軌現場作業環境，提高工效和焊接質量，研發團隊引入了先進的新能源供電系統。該系統采用磷酸鐵鋰電池代替傳統的小型汽油發電機，為焊接作業提供清潔、高效的能源。新能源供電系統的應用有效降低了焊軌作業現場的噪聲和環境污染，還減少了有害氣體的排放，符合綠色環保的發展理念。通過采用新能源供電系統，焊軌作業環境得到了明顯改善。

5.2 除銹打磨機

除銹打磨機的創新設計是該技術的又一亮點。除銹打磨機采用磷酸鐵鋰電池供電系統，擺脫了對傳統小型汽油發電機的依賴。同時，除銹打磨機實現了無線遙控操作，減輕了工作人員的勞動強度，提高了作業安全性。此外，除銹打磨機可以同時完成鋼軌兩個側面的打磨工作，不僅提高了操作便捷性，還提高了打磨效率和質量。總的來說，除銹打磨機在能源利用上更環保，為焊軌作業提供了更加現代化和智能化的工具。

5.3 環保性與安全性

環保性和安全性是鋼軌焊接綠色技術的兩大亮點。為減少有害尾氣排放，焊接裝備引入了磷酸鐵鋰電池供電系統，不僅確保了電能的高效供應，而且減少了噪聲和空氣污染，避免對環境造成負面影響。此外，設計七氟丙烷自動滅火系統，為焊接作業的安全性提供了全方位的保障。鋼軌焊接綠色技術的應用，使焊軌作業兼具安全性和環保性，為鐵路建設提供了更加可持續和安全的工程解決方案。

6 移動式鋼軌中頻正火作業車

6.1 關鍵技術

電磁感應正火技術是移動式鋼軌中頻正火作業車的核心技術之一。通過電磁感應加熱原理，該技術能夠實現對鋼軌接頭的局部加熱，確保正火的精確度和均勻度。應用該技術不僅提高了正火作業效果，還降低了對整個鋼軌的熱影響，有效保障了鋼軌的質量和穩定性。

自動溫控雙頻技術則進一步提升了正火作業的智能化水平。該技術能夠實時檢測鋼軌接頭的溫度，根據實際情況自動調控加熱功率和頻率，確保正火溫度處于合適范圍內。自動溫控雙頻技術的引入，不僅提高了正火精度，而且降低了操作人員的作業難度，提高了作業的便利性和安全性。

6.2 遙控操作系統

移動式鋼軌中頻正火作業車采用遙控操作系統，實現了整個作業過程的遠程操控，使用操作人員可以通過遙控手柄控制正火作業車。作業車自帶動力走行功能，可以通過遙控手柄靈活操控，實現對車輛的精準定位，為正火作業提供更大的機動性。操作人員能夠根據實際情況調整車輛位置，確保正火覆蓋范圍和質量。這種操控方式不僅提高了操作的便捷性，還能避免操作人員長時間暴露在高溫環境中，有效降低了勞動強度。

7 自動化精磨機

7.1 設備構成

自動化精磨機的核心在于其復雜而精密的設備構成。機架作為整個結構的支撐，保證了設備的穩定性和可靠性。仿形架承擔了對焊接接頭形狀進行復制和仿形的功能，保證了打磨的精準性。進刀箱和打磨電機作為整個系統的動力和執行部分，負責打磨作業。機架的穩定性和仿形架的準確性對于自動化精磨機至關重要。機架采用高強度合金材料，經過精密制造和調試，確保其在高速運轉中不產生振動和變形；仿形架通過先進的傳感器和控制系統，能夠準確感知焊接接頭的形狀，為后續打磨操作提供精準參考。這些設備的協同工作，為精磨作業奠定了堅實基礎。

7.2 自動檢測系統

自動化精磨機的自動檢測系統是一大特色。該系統通過高精度傳感器實時檢測鋼軌接頭的打磨平直度，并通過反饋控制實現對打磨質量的精細調整。這一自動檢測系統的引入，使得打磨操作具有更高的智能化程度和精準性，有效提高了焊接接頭的質量。通過自動檢測系統，可以在打磨過程中實時監測打磨平直度的變化，一旦發現異常立即做出調整，確保平直度符合標準要求。這種即時反饋機制不僅提高了作業效率，而且保證了焊接接頭的質量和穩定性。

自動化精磨機還采用了遙控操作系統。通過遙控組件，操作人員可以在安全距離內控制精磨機，實現快速且精確的精磨操作。遙控操作方式提高了作業安全性，使得操作人員能夠更靈活地調整設備的運行狀態，確保打磨效果最佳，還減輕了他們的勞動負擔，提高了工作的舒適性。由于遙控操作系統的靈活性，操作人員可以根據實際情況動態調整打磨參數，以適應不同焊接接頭的形狀和材質。

8 鋼軌閃光焊遠程監控診斷系統

鋼軌閃光焊遠程監控診斷系統的引入標志著我國鐵路建設進入數字化和智能化的新階段[5]。該系統以其先進的技術特性在鐵路施工中發揮著關鍵作用，為提高焊軌施工效率、質量和安全性提供了強大支持。通過遠程監控與集中管理，該系統實現了對全國范圍內多個施工點的焊軌機性能和焊接質量的實時監測。作業管理人員可以隨時獲取每臺焊軌機的運行狀態、效率和質量指標等關鍵信息，為決策提供及時、全局的數據支持。這種遠程監控的應用不僅提高了作業管理的時效性，而且為跨地域、大范圍的鐵路施工提供了便捷的監測手段。

系統的異常曲線監測功能具有重要意義。通過實時分析焊接曲線，系統能夠及時發現焊接過程中的異常情況，減少焊接質量風險，避免潛在的焊接問題。該功能使得鋼軌閃光焊遠程監控診斷系統成為焊軌施工的質量控制手段，在保障施工質量的同時提高工程效率。

在安全方面，系統設有報警系統和遠程操作功能，為焊接作業提供了全方位的安全保障。報警系統能夠實時監測施工現場的安全狀態，一旦發生潛在安全風險事故，能夠迅速響應并發出警報。而遠程操作功能為操作人員提供了更加靈活、安全的操作方式，減少了操作人員與設備間的直接接觸，降低了操作風險。這種安全設計在鐵路施工中尤為重要，有助于防范事故發生，確保焊接作業平穩進行。

9 結語

自動化和智能化手段顯著提高了我國鐵路建設的施工水平，解決了傳統鋪軌方式效率低下的問題。新技術的應用不僅推動了鐵路建設向機械化、綠色化、智能化的方向發展，而且在提高效率、確保安全、降低環境影響等方面取得了顯著成果，為我國鐵路迎接高速、大容量、智能化新時代提供了支持。這些先進技術推動著我國鐵路事業朝著更加綠色、智能的方向邁進，為實現“雙碳”目標貢獻力量。