王志強(qiáng) 上海鐵路局上海大機(jī)運(yùn)用檢修段

清篩機(jī)加裝剝砟裝置研究

王志強(qiáng) 上海鐵路局上海大機(jī)運(yùn)用檢修段

為了更好地挖掘清篩機(jī)潛能，充分發(fā)揮機(jī)器優(yōu)良特性，提出清篩機(jī)加裝剝砟裝置的方案，并進(jìn)行可行性論證，并對改進(jìn)效果進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，從經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)效益兩方面分析加裝剝砟裝置的收益，最后得出結(jié)論。

清篩機(jī)；撥砟裝置

1 背景技術(shù)

目前，我國鐵路已基本采用RM80型清篩機(jī)完成道床清篩作業(yè)，該型機(jī)器技術(shù)先進(jìn)、綜合作業(yè)能力強(qiáng)，優(yōu)良特性突出，但該型機(jī)器仍有挖掘潛能的空間，本文正是根據(jù)其某些缺陷，開展加裝剝砟裝置研究。

1.1 現(xiàn)行RM80型清篩機(jī)換床作業(yè)存在問題

RM80型清篩機(jī)換床作業(yè)，即通過挖掘鏈將道砟挖起，并將挖出的道砟經(jīng)導(dǎo)槽、輸送帶輸送到線路兩側(cè)或物料車上，此作業(yè)方法有以下缺陷：

（1）大量可利用石砟浪費(fèi)。道床表層，尤其是道床邊坡表層150mm～200mm厚度的石砟層潔度較好，可以再利用，機(jī)器換床時采用“全挖全棄”無區(qū)分方式，勢必將該層可利用石砟當(dāng)作“污土”拋掉，造成浪費(fèi)。

（2）降低清篩機(jī)自身作業(yè)效率。機(jī)器處理這部分無需處理的石砟，無效勞動占用了機(jī)器寶貴的作業(yè)資源，降低了機(jī)器作業(yè)效率。

（3）降低清篩機(jī)組作業(yè)效率。因環(huán)保、作業(yè)地形等要求，目前我國鐵路道床清篩作業(yè)大多采用清篩機(jī)牽引物料車裝載污土方式，而不是直接將清篩后道床污土拋棄至線路兩側(cè)的做法，清篩機(jī)牽引能力和物料車裝載能力均有限，前述部分無需處理石砟被當(dāng)作污土卸到物料車上，浪費(fèi)了物料車的裝載能力，大大降低了清篩機(jī)組的作業(yè)效率。

1.2 RM80型清篩機(jī)普通清篩作業(yè)存在缺陷

清篩機(jī)普通清篩作業(yè)，即通過挖掘鏈將道砟挖起并經(jīng)導(dǎo)槽提升到篩分裝置上，臟污道砟通過振動篩篩分后，符合標(biāo)準(zhǔn)、清潔的道砟經(jīng)回填裝置回填到軌道線路上，碎砟及污土經(jīng)污土輸送帶輸送到線路兩側(cè)或卸到裝載污土的物料車上；與換床作業(yè)相比，以上所述三條缺陷的（1）、（3）兩條基本可以避免，但第（2）條缺陷無法避免。

2 加裝剝砟裝置目的及要求

針對上述缺陷，設(shè)備改進(jìn)后必須滿足如下要求：

（1）減少清篩機(jī)換床作業(yè)時潔凈石砟拋除量，避免不必要浪費(fèi)，提高作業(yè)經(jīng)濟(jì)性。

（2）減少清篩機(jī)及其附屬車輛無效作業(yè)，減小清篩機(jī)挖掘截面面積從而減小清篩機(jī)單位作業(yè)長度內(nèi)進(jìn)砟量，提高清篩機(jī)作業(yè)效率及附屬物料車裝載能力。

（3）不影響清篩機(jī)原作業(yè)性能。

3 方案設(shè)計及可行性論證

3.1 方案設(shè)計

根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足及確定的改進(jìn)目標(biāo)，經(jīng)規(guī)劃設(shè)計、方案比對及試驗(yàn)，提出方案：設(shè)計一種枕底道床清篩剝砟裝置，該裝置通過在既有的清篩機(jī)兩側(cè)導(dǎo)槽上加裝向內(nèi)傾斜的剝砟板并經(jīng)限位桿支頂固定，以使清篩機(jī)可在進(jìn)行換床、清篩作業(yè)的過程中同時將導(dǎo)槽前方邊坡上的表層石砟剝向外側(cè)，清篩機(jī)作業(yè)后，后續(xù)配砟整形車再將剝出石砟回配至道床使用，這樣，道床邊坡無需清篩的石砟不進(jìn)入清篩機(jī)和物料車，不占用清篩機(jī)、物料車的作業(yè)資源，從而提高清篩機(jī)組的工作效率，剝出的石砟回收再利用，又節(jié)約了石砟。

設(shè)計思想由以下技術(shù)方案完成：

在清篩機(jī)兩側(cè)導(dǎo)槽前端導(dǎo)槽板端部用鉸鏈固定，剝砟板與導(dǎo)槽板之間呈鈍角角度設(shè)置，在導(dǎo)槽板板面與剝砟板板面之間設(shè)有一限位桿，限位桿一端固定連接于導(dǎo)槽板板面上，另一端支頂于剝砟板板面上。

剝砟板呈平行四邊形狀，其底邊與水平地面約成15～19°的夾角。

剝砟板與清篩機(jī)車體軸線方向的夾角小于或等于45°。

導(dǎo)槽板豎直方向上等距分布有若干水平擋圈，剝砟板的豎直邊上等距分布若干水平擋圈，鉸接是指剝砟板上的擋圈與導(dǎo)槽板上相對應(yīng)位置上的擋圈對齊并經(jīng)銷軸固定。

導(dǎo)槽板外側(cè)設(shè)有固定螺釘和保險索，不作業(yè)時，將剝砟板翻轉(zhuǎn)至導(dǎo)槽板平行緊靠導(dǎo)槽板用保險繩固定。

剝砟裝置及其相關(guān)特征的圖示見圖1、圖2、圖3。

圖4 清篩機(jī)作業(yè)道床橫截面和剝砟裝置剝砟截面右半部分示意圖

圖1 清篩機(jī)及增設(shè)剝砟裝置俯視示意圖

圖2 剝砟板示意圖

圖3 剝砟板與清篩機(jī)鉸接示意圖

3.2 可行性

3.2.1 足夠的空間可供裝置的安裝、使用

清篩機(jī)不作業(yè)時，剝砟板旋轉(zhuǎn)折疊、固定于導(dǎo)槽外側(cè)緊靠導(dǎo)槽板由保險繩固定，再隨導(dǎo)槽回收至收車位，相當(dāng)于上升、下降導(dǎo)槽外側(cè)各加寬不足50mm，不存在設(shè)備超鐵路限界的相關(guān)問題。

清篩機(jī)作業(yè)時，上升、下降導(dǎo)槽張開下放至軌枕端部，此時，只要在開挖的導(dǎo)槽坑前方1.2m范圍內(nèi)道床邊坡預(yù)切除200mm厚石砟層，剝砟板即可自由由后端收車位旋轉(zhuǎn)到作業(yè)需要位置并由支撐桿固定；作業(yè)過程中，剝砟板隨機(jī)器一道運(yùn)動，將石砟剝出清篩機(jī)挖掘斷面范圍。

3.2.2 剝砟裝置能有效剝除道床邊坡約150mm厚石砟層

圖4中MGERN所圍區(qū)域?yàn)榍搴Y機(jī)部分挖掘斷面，五邊形ABCDE是剝砟裝置剝砟截面，F(xiàn)C、GD為軌道方向，F(xiàn)GTP為道床右側(cè)砟肩部分，剝砟截面沿軌道方向在挖掘截面上的投影為五邊形AHFGE，即剝砟層；由圖可知剝砟層兩端點(diǎn)處厚度為AE、HF的高，砟肩點(diǎn)G及其附近點(diǎn)剝砟層厚度略大于F、E點(diǎn)，AE、HF的高基本代表了剝砟層厚度。

由標(biāo)準(zhǔn)道床的相關(guān)參數(shù)知：砟肩寬FG=330mm、軌枕高220mm、坡率GQ：QT=1:1.75；清篩機(jī)挖掘標(biāo)準(zhǔn)深度為軌枕下330mm；由此可計算得GQ=220+300=520mm，QT=1.75×520= 910mm；清篩機(jī)挖掘?qū)挾葹?030mm，即通常枕外寬度PR= 800mm（軌枕長2500mm，一般情況下上升導(dǎo)槽和下降導(dǎo)槽兩側(cè)挖掘?qū)挾染鶆虿贾茫?，PQ=FG=330mm，QR=PR-PQ=470 mm，RT=QT+PQ-QR=910+330-470=440mm，RE=RT/1.75=251 mm，如取AR=100mm，即剝砟板底邊與導(dǎo)槽板鉸接處高于導(dǎo)槽板底100mm，則AE=RE-AR=151mm；若HF=150mm，則OH=FP-HF-OP=520-150-100=270mm,tg（∠OAH）=OH/OA= 270/800=0.3375，OA=PR=800mm，得∠OAH=19°，也即只要設(shè)計剝砟板底邊與水平面夾角∠OAH約成19°，HF的高就可控制為150mm；由此亦可計算出AH=OA/cos(19°)=844mm。

剝砟板與軌道夾角為圖示∠ABH，設(shè)計要求其角度小于或等于45°，以便于石砟沿剝砟板流動，減少剝砟板阻力；如圖示剝砟板底邊AB=AH/sin(∠ABH)=844/0.707=1193mm,也即只要剝砟板設(shè)計長度約為1200mm（或大于），就可滿足剝砟角度小于或等于45°的要求。

3.2.3 增設(shè)剝砟裝置對清篩機(jī)作業(yè)性能不造成太大影響

剝砟裝置對清篩機(jī)作業(yè)性能的影響主要表現(xiàn)在裝置剝砟時受到的石砟阻力通過裝置傳遞到機(jī)器，這部分阻力可粗略計算如下：

鐵路道床邊坡石砟基本處于堆放狀態(tài)，石砟間有不規(guī)律間隙存在，剝砟裝置剝砟時受到的阻力主要是因機(jī)器和石砟相對運(yùn)動造成的沖擊力和剝離石砟的推力之和，道床縱斷面其他石砟因石砟間隙的緩沖以及清篩機(jī)作業(yè)速度極慢特性，對剝砟裝置的阻力較小，計算時可以忽略不計；通過以上分析知：剝砟裝置主要受到長1200mm（剝砟板長）、高150mm（剝砟層厚）、寬75mm（石砟最大粒徑）石砟沖擊力，由mv=ft即可計算出沖擊力大小。

石砟體積V=1.2×0.15×0.075=0.0135（m3），石砟密度ρ約為3000kg/m3，這部分石砟質(zhì)量m=ρV=3000×0.0135=40.5kg；清篩機(jī)換床最大作業(yè)速度v=3m/min、普通清篩最大作業(yè)速度v=5m/min，取最大值v=5（m/min）=0.083（m/s）計算；沖擊時間t=75/83=0.9計算；得f=(40.5×0.083)/0.9=3.74（N）；清篩機(jī)受到兩側(cè)的沖擊力之和為7.48N。

剝動這部分石砟的推力等于這部分石砟移動時需克服的滾動和滑動摩擦力，摩擦力之和應(yīng)該小于石砟重量（兩側(cè)剝砟重之和約為40.5×2=81kg），即最大推力約為980N。

不到1000N的阻力對于一個自重88t、總功率696kW的清篩機(jī)不會造成大的影響，另外，從剝砟板支承角度研究，清篩機(jī)導(dǎo)槽板的強(qiáng)度足夠支承增設(shè)的剝砟板。

4 剝砟裝置制作及使用試驗(yàn)

按照設(shè)計方案，選擇兩塊45錳的長方形鋼板（增加耐磨性），長1.2m、寬0.4m、厚16mm，以長方形鋼板的對角線為對稱軸，兩端各切掉一個三角形，三角形短邊為0.135m，以獲得如圖2中所示的平行四邊形剝砟板3；再按設(shè)計分別制作支桿、鉸接、鎖定等配件并安裝，安裝后效果如下實(shí)物圖5（工作位、收車位圖片）。

圖5 剝砟裝置實(shí)物圖

經(jīng)現(xiàn)場多次作業(yè)試驗(yàn)驗(yàn)證：剝砟裝置能按預(yù)想實(shí)現(xiàn)剝砟功能，并經(jīng)統(tǒng)計比對確認(rèn)清篩機(jī)組作業(yè)效率有明顯提高。

5 使用剝砟裝置收益分析

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

由前述分析知：如清篩機(jī)換床作業(yè)時兩側(cè)導(dǎo)槽均實(shí)施剝砟，剝砟截面積約為2S=0.254（m2），清篩機(jī)作業(yè)1km即可節(jié)約石砟200余方，單側(cè)剝砟亦可每公里節(jié)約100余方石砟；經(jīng)濟(jì)效益良好。

5.2 技術(shù)效益

在原技術(shù)條件下，單臺清篩機(jī)拋床清篩作業(yè)平均一分鐘可以完成2.5m，普通清篩作業(yè)平均一分鐘可以完成5m（試驗(yàn)統(tǒng)計結(jié)果）；加裝剝砟裝置后，單機(jī)拋床清篩作業(yè)平均一分鐘可以完成3.3m，普通清篩作業(yè)平均一分鐘可以完成6m（試驗(yàn)統(tǒng)計結(jié)果）；即采用拋床清篩方式，單機(jī)可提高作業(yè)效率近32%，采用普通清篩作業(yè)方式，單機(jī)的作業(yè)效率也可提高近20%。

6 結(jié)論

該裝置制作簡便，成本低廉；剝砟板加裝方便，可在清篩機(jī)上自由調(diào)節(jié)安裝高度以剝離不同深度的石砟；通過在既有的清篩機(jī)上加裝剝砟板以使道床剝砟和清篩作業(yè)可同時進(jìn)行，大大提升了工作效率和經(jīng)濟(jì)效益，降低了施工組織難度。在清篩機(jī)上加裝剝砟裝置是一項(xiàng)事半功倍的設(shè)備改進(jìn)活動，也為我們在以后大機(jī)運(yùn)用實(shí)踐中更好地挖掘機(jī)器潛能開拓思路積累了經(jīng)驗(yàn)。

責(zé)任編輯：王華張建強(qiáng)來稿日期：2014-09-26