长轨条铺轨机组及其施工工艺研究

纪占玲,高勇伟,上官林建

(华北水利水电学院,郑州 450011)

据了解,目前的铁路运输能力远远不能与国民经济和社会发展的需求相适应,而且还在不断加剧,未来大量的物流和客流也需要铁路来完成。与此同时,人们的生活水平不断提高,对铁路行车速度、轨道平顺性等提出了更高的要求。跨区间无缝线路铺设成为最佳选择,以适应现代社会高效率、快节奏的要求和乘坐火车时舒适的精神需求。该铺轨机组正是为了满足这些需求而研制的具有独立知识产权的铺设既有线路、新线轨枕和长钢轨的大型专用设备。铺轨机组采用单枕连续铺设法,不需要组装轨排的场地和设备,整机采用机电液一体化设计,保障线路铺设的精度,是具有国际先进水平的新产品。

1 铺轨机组总体构造

该铺轨机组是用于长钢轨以及轨枕铺设作业的铺设设备,主要由钢轨牵引车、铺轨车、辅助动力车、运枕龙门吊、枕轨运输车、液压系统和电气系统等部分组成[1],如图1所示。

图1 铺轨机组总体构造

钢轨牵引车采用装载机改装,在车辆后端安装长钢轨拖拉装置,装载斗两侧安装长钢轨导向装置。该机作用是在预铺长钢轨时,用于拖拉长钢轨,即在其左右各悬吊一夹轨钳,将已抽送至铺轨车前端的长钢轨夹住,钢轨牵引车前行,将长钢轨拖拉就位。

铺轨车是综合功能车辆,主要完成整机动力配置、牵引驱动和布枕铺轨作业等功能[2]。铺轨车在布枕作业时履带和动力转向架驱动走行；短途运输时,前端支撑在轨行式轮对上；长途转运时,置于平板车上运输。铺轨车主要由车体、牵引驱动装置、布枕铺轨装置和动力配置等组成。铺轨车体为双梁结构,前端履带支撑,后端动力转向架支撑,尾端挂钩连接辅助动力车。车架中间是为布置布枕机构、收轨机构、钢轨就位机构、轨枕传送链等作业装置空间。上部由前向后依次是驾驶室、发动机、燃油箱和液压油箱、配电及控制柜布置空间[2]。履带走行装置是铺设作业时铺轨车的前支撑和导向机构,与动力转向架共同为机组提供牵引力。布枕铺轨装置完成长钢轨的导向、收拢、就位和轨枕的传送、承接和布放等循环作业。

辅助动力车主要由辅助动力车体、动力转向架、长钢轨输送装置、分轨装置、行程测量轮装置、轨枕传送链装置、钢轨导向架和制动装置等组成。动力由铺轨车提供。前端与铺轨车挂接,后端和枕轨运输车联挂。主要功能为：动力转向架为铺轨机组提供牵引动力；运枕龙门吊通过两侧的导轨,上下辅助动力车运送轨枕；长钢轨输送装置将枕轨运输车上的长钢轨平稳的输送出来,通过分轨装置将长钢轨分配到辅助动力车的两边,以便放轨；辅助动力车的中间提供有上弹条装置的空间；辅助动力车上的辅助燃油箱向铺轨车和运枕龙门吊提供足够的备用燃油。辅助动力车为钢梁结构,车体两边装有供运枕龙门吊行走的导轨及在长途运输过程中固定运枕龙门吊的机构。动力车与转向架相联接。辅助燃油箱置于辅助动力车的前部。动力车的上部为轨枕传送链,传送链的下面、动力车的上半部用隔板隔开,为动力车下面上弹条的工人设置一个空间。其内部设若干个应急电源插座及照明电源,方便工人的操作和检修。

运枕龙门吊是系统独立的吊运一体设备,主要由车架、提升装置、动力系统、行走机构、驾驶室等部件组成。主要功用为将后部枕轨运输车上的轨枕运至动力车的传送链上,以满足铺轨车布枕的需要。

枕轨运输车是由平车改造而成,为适应长钢轨装运而成列使用。枕轨运输车上装有长钢轨运输支架、枕轨运输支架、龙门吊走行轨和长钢轨锁定装置等。主要功能是装运长钢轨、轨枕和铺轨用主要材料。

2 铺轨机组施工工艺

2.1 有砟道床条件下施工工艺

(1)基本作业模式

以预铺轨500 m,布枕铺轨500 m的方式作业,分4次循环完成2 000 m铺轨作业。

(2)工艺流程

该铺轨机组的工艺流程为：铺轨机组推运到施工现场→轨枕运输车推运到现场→长钢轨进入辅助动力车分轨、推送装置→拖拉长钢轨、布放地面托滚→手动操作收轨→钢轨对接→布放橡胶垫板、布枕、收轨作业→安装扣件→收尾、开始下一循环。

(3)工艺流程

第一步：铺轨机组由运输状态转换为施工状态。

第二步：枕轨运输车进入施工现场。枕轨运输车由机车推送进入铺轨现场,在距铺轨机组一定距离处停车。以低速将枕轨运输车与铺轨机组联挂,接好铺轨机组与轨枕运输车后摘开机车。

第三步：铺轨准备工作。

①安装辅助动力车与枕轨运输车之间的过桥轨,并检查运输车上的所有走行轨道是否有异常情况,以及每辆车上轨枕摆放的整齐程度,确认运枕龙门吊能够顺利通过。

②解除各作业装置的锁定装置,调节各机构的位置,并试运转,确保各机构运转正常。

第四步：预铺轨。辅助动力车尾部长钢轨输送装置由枕轨运输车将2根长轨条,经分轨装置向车两侧分送至铺轨车两侧钢轨牵引车能牵引的位置。钢轨牵引车将2根钢轨开始同时牵引,预铺在道床两侧指定位置。

第五步：连接长钢轨。

第六步：布枕、收轨。先手动操作布枕2根,调整作业状态,转入自动布枕作业,人工安放绝缘减振垫。

第七步：安装扣件。用扣件装置将部分弹条上好,其余扣件待铺轨机通过后再补齐。

第八步：500 m轨铺设完毕。铺轨机行进500 m后,铺完1对长钢轨停止,转入第四步,铺设完2 000 m长钢轨。

第九步：收尾作业。补齐扣件,用专用的弹条扳手将剩余的弹条上好。

2.2 短途运输与有砟道床施工的转换工艺

2.2.1 由短途运输转有砟道床施工工艺

第一步：铺轨机组推运至施工现场,距已铺轨端15～20 m处停车,在铺轨机组的前后都打上止轮器。

第二步：摘开机车,将铺轨机组驱动轮上的离合器全部合上,取掉止轮器后铺轨机组自行至已铺轨端1.5～2 m处停止,再打好止轮器。

第三步：放下履带,铺轨车前端支起,使前转向架悬空。

第四步：铺轨车继续向前行驶,至布枕机构越过已铺轨端头后停止。

第五步：解除铺轨机的各部位锁定装置,并将各部位调整为工作状态,检查试运转,作好铺轨准备。

2.2.2 由有砟道床转短途运输施工工艺

第一步：将钢轨全部收入承轨槽内后停止铺轨。

第二步：将布枕机构、平砟机构、测量轮等收起并锁定。

第三步：铺轨车向后退,至前轮组越过已铺轨端头1.5～2 m后停止,打好止轮器。

第四步：卸载支撑油缸,使前转向架落于钢轨上承载。

第五步：将履带翻起并锁定,松开驱动轮上的离合器并将离合器手柄固定,铺轨机组与机车联挂后2台龙门吊同时置于铺轨车和辅助动力车的行驶轨道上,取掉止轮器,铺轨机组转为短途运输状态。

2.3 机组装卸与运输

铺轨机组的转场运输采用方式如下。

(1)铺轨车

采用3辆平板车整体运输。装车前,将履带翻起并锁定,各工作机构收起锁定或拆掉。装卸可在铺轨基地或施工作业现场处进行。利用伸缩支腿,支起铺轨车。装车作业为将平板车推至装载位置,放下铺轨车。反之进行卸车作业。

(2)辅助动力车

各工作机构收起并锁定,与运输铺轨车的平板车联挂运输。

(3)运枕龙门吊

1台置于辅助动力车上固定并随其运输；另一台采用1辆平板车运输。

(4)钢轨牵引车

在铺轨车的1辆平板车上装载运输。装卸采用吊车、自行等。

3 主要机型对照

国外相应的施工方法和铺设设备主要分为两大类,简称为单枕法和长轨排法。单枕法又分为单枕连续铺设法和单枕间歇铺设法2种[3]。单枕连续铺设法的代表机械是SVM1000S型综合铺轨机(奥地利生产)、美国Tamper公司生产的NTC型铺轨机和瑞士Matisa公司生产的TCM60型铺轨机[3]。表1为不同型号铺轨机组的性能比较。

表1 几种铺轨机组比较

通过比较,可以看出该铺轨机组：①牵引性能：带有辅助动力机构,整机性能良好；②牵引配置：无需专用辅助动力车；③控制方式：计算机+PLC,控制系统稳定可靠；④转场运输：备有液压支腿机构,可使铺轨车顶升,便于装卸、转场运输；⑤需要施工人员较少,约12～18人。

4 方案特点

该铺轨机组方案具有如下特点。

(1)长轨单枕连续铺设,能适应跨区间无缝线路的施工需要。

(2)施工工艺先进,自动化程度高,施工质量易于保证,作业效率高；行车自动导向控制,精度高,速度快；布枕、匀枕采用光电编码器实时检测、PLC控制,技术先进,铺设精度高,可靠性好[1]。

(3)铺轨车增设了水平展出的液压支腿,提高了装卸的灵活性,且运输时不超限；增设了平砟机构和防翻枕装置,防止轨枕翻倾,提高了布枕精度；布枕机构采用了旋转喂枕垂直送枕相结合的工作方式,使轨枕接送柔和、平稳,减轻了对机构的机械冲击,有效地避免了轨枕倾翻现象,控制简单准确[4]。

(4)龙门吊在枕轨运输列车上的走行轨采用长轨,增加了运行平顺性；钢轨与轨枕采用双层混装,减少运输车数量,提高运输效率。

(5)铺轨作业时,采用动力车、动力转向架共同驱动,整机牵引性能好；关键零部件采用国际知名品牌,保证系统的可靠性；与国外同类设备相比,整机参数确定科学、合理,性价比高；整机布局合理,操作便捷,易于维护保养。

5 结语

该铺轨机组一次可铺设500 m及以下长轨条,大大减少了线路钢轨的连接接头数量,有效减少了轮轨冲击、振动,提高了轨道铺设精度,保持了轨道的持续平顺,确保了轨道处于优良状态。它的研制为我国高速铁路建设提供了新型、可靠、适用、性价比高的铺轨机械,使我国成为继美国、奥地利和瑞典之后,第4个掌握该技术和拥有该产品的国家。

2006年,该套设备顺利通过了铁道部科技司组织的专家评审,得到了与会专家的一致好评,并投入工业生产。2008年底,该铺轨机组已开始在铁路工程建设中铺设无缝线路,并顺利通过工程验收。从经过的计算机模拟试验、组装调试和厂内试验、设备现场作业情况来看,该设备简洁实用,性能良好,运行状态稳定,完全满足使用要求[5],克服了以往普通轨节铺轨机铺设中存在的诸多难题。在铺设Ⅲ型枕和60 kg/m、500 m轨条的过程中,创造了日铺轨4.8 km的纪录。实践证明,该铺轨机组的设计是成功的[5]。

[1] 薛学勇.DPG500型长轨条铺轨机组组成及关键机构[J].建设机械技术与管理,2010,23(9)：91-95.

[2] 纪占玲.铺轨车车架有限元分析[J].起重运输机械,2008(6)：74-75.

[3] 纪占玲.铺轨机布枕机构虚拟样机技术研究[D].郑州：华北水利水电学院,2005.

[4] 吕 超.DPG500铺轨机组布枕机构优化与设计[J].铁道标准设计,2008(8)：30-32.

[5] 薛淑红.标准轨和轻轨两用铺轨机[J].起重运输机械,2004(4)：18-19.