張銳

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081）

聚氨酯固化道床是一種不同于有砟道床和無(wú)砟道床的新型道床結(jié)構(gòu)。它是在已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定的新鋪碎石道床內(nèi)灌注液態(tài)的聚氨酯材料，將碎石道砟之間的空隙擠滿(mǎn)，經(jīng)膨化固結(jié)后形成的一種彈性整體結(jié)構(gòu)［1］。聚氨酯固化道床結(jié)合了有砟軌道的彈性好、可維修性好和無(wú)砟軌道整體性好、殘余累積變形緩慢等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具備減振降噪功能，可解決目前有砟軌道橋隧地段養(yǎng)護(hù)維修難度大和無(wú)砟軌道彈性差、噪聲大等問(wèn)題［2-3］。

1 聚氨酯固化道床澆注施工存在的問(wèn)題

目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的聚氨酯固化道床澆注設(shè)備都是為正線(xiàn)設(shè)計(jì)，皆為大型設(shè)備，運(yùn)輸、使用較為復(fù)雜，在道岔區(qū)等軌道結(jié)構(gòu)形式較為復(fù)雜地段無(wú)法進(jìn)行道床澆注作業(yè)［4］。這就需要研發(fā)一套能夠在該區(qū)段進(jìn)行道床澆注的小型設(shè)備。該設(shè)備應(yīng)具有操作方便、集成小型化、高效率、自走行等功能。

聚氨酯固化道床澆注時(shí)聚氨酯材料發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的膨脹力不對(duì)稱(chēng)，會(huì)導(dǎo)致兩側(cè)軌道高程不一致［5］。因此需要設(shè)計(jì)一套雙槍頭澆注設(shè)備，兩槍頭同時(shí)在軌道兩側(cè)對(duì)稱(chēng)位置進(jìn)行澆注作業(yè)，保證軌道受力均勻。為控制聚氨酯澆注施工中軌道變形量，需要對(duì)道床施加向下的壓力［6］。為此需設(shè)計(jì)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)壓力的道床自動(dòng)保壓裝置。

2 道岔區(qū)聚氨酯固化道床澆注設(shè)備的設(shè)計(jì)

道岔區(qū)聚氨酯固化道床澆注設(shè)備主要包括澆注系統(tǒng)和走行系統(tǒng)2 部分。澆注系統(tǒng)由雙槍頭澆注裝置、成品料罐、原料預(yù)混裝置、原料中轉(zhuǎn)罐、料罐溫控裝置、儲(chǔ)料罐供料循環(huán)裝置、儲(chǔ)料罐等組成。走行系統(tǒng)由動(dòng)力車(chē)、非動(dòng)力車(chē)、道床保壓裝置、輪對(duì)彈性懸掛裝置、液壓裝置、發(fā)電機(jī)組等組成。澆注設(shè)備整體布局見(jiàn)圖1。

圖1 澆注設(shè)備整體布局

2.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

澆注系統(tǒng)放置在走行系統(tǒng)的2 臺(tái)平車(chē)上，如圖2所示。澆注系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了原料預(yù)混裝置、料罐溫控裝置等，保障原料在進(jìn)入澆注槍頭之前，能夠達(dá)到最佳狀態(tài)。

2.1.1 雙槍頭澆注裝置

圖2 澆注系統(tǒng)布局

由于道岔區(qū)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、軌枕長(zhǎng)度不一，為防止單點(diǎn)澆注時(shí)軌枕翹曲從而導(dǎo)致軌道扭曲變形，設(shè)計(jì)了2 個(gè)澆注槍頭，可同時(shí)澆注，也可獨(dú)立澆注。澆注槍頭吊掛在平衡器上，可以調(diào)整吊掛的高度；平衡器安裝在伸縮旋轉(zhuǎn)臂的滑軌上，可調(diào)整澆注槍頭的前后位置。伸縮旋轉(zhuǎn)臂有轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)處安裝可調(diào)阻尼裝置，伸縮旋轉(zhuǎn)臂能夠伸出集裝箱外。工作時(shí)可手動(dòng)操作槍頭自由移動(dòng)，不工作時(shí)澆注槍頭和伸縮旋轉(zhuǎn)臂可收回集裝箱內(nèi)，見(jiàn)圖3。

圖3 雙槍頭澆注裝置

2.1.2 原料預(yù)混裝置

原料在進(jìn)入澆注槍頭之前，需要與催化劑按比例輸入靜態(tài)混合器中，經(jīng)初步混合后再輸送到原料預(yù)混罐中，經(jīng)過(guò)高轉(zhuǎn)速五軸星型攪拌器攪拌，達(dá)到均勻混合狀態(tài)。預(yù)混裝置工作原理如圖4所示。

圖4 預(yù)混裝置工作原理

2.1.3 料罐溫控裝置

成品料罐、原料預(yù)混罐、原料中轉(zhuǎn)罐均具有溫控能力，通過(guò)這三級(jí)料罐的連續(xù)溫度控制，能夠保證原料在澆注之前達(dá)到預(yù)設(shè)溫度［7］。料罐溫控裝置由料罐內(nèi)壁外側(cè)的注水層和冷熱一體機(jī)組組成，冷熱一體機(jī)組將達(dá)到設(shè)定溫度的水輸送到料罐注水層內(nèi)，從而對(duì)原料進(jìn)行溫度控制，保證原料溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值。

2.2 走行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

走行系統(tǒng)中使用的平車(chē)（包括非動(dòng)力車(chē)和動(dòng)力車(chē)）主要適用于中國(guó)普速鐵路、高速鐵路、重載鐵路的有砟區(qū)段聚氨酯固化道床施工，車(chē)輛最高運(yùn)行速度10 km/h，作業(yè)走行速度1.8 km/h。非動(dòng)力車(chē)主要由車(chē)架、輔助電氣系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)等組成。動(dòng)力車(chē)主要由車(chē)架、動(dòng)力系統(tǒng)、電傳動(dòng)系統(tǒng)、電氣牽引控制系統(tǒng)等組成，可雙向行駛。

2.2.1 道床保壓裝置的設(shè)計(jì)

根據(jù)聚氨酯固化道床膨脹力試驗(yàn)結(jié)果［8］，道床未固化前，軌枕支點(diǎn)載荷傳遞距離為相鄰兩根軌枕，如圖5 所示。當(dāng)車(chē)輪在0 號(hào)軌枕正上方并將其作為支點(diǎn)時(shí)，0 號(hào)軌枕所分配載荷約為總重量的40%，1 號(hào)軌枕為20%，2 號(hào)軌枕為10%。為保障聚氨酯固化道床澆注時(shí)對(duì)每根軌枕保持向下的壓力，現(xiàn)利用施工裝置自重（約280 kN）作為反壓設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)保壓裝置，確保每根軌枕受到的壓力至少為30 kN［9］。

圖5 支點(diǎn)載荷示意

在非動(dòng)力車(chē)底部設(shè)計(jì)3組保壓輪對(duì)。輪對(duì)由液壓油缸帶動(dòng)，分別對(duì)車(chē)體下方的鋼軌施加壓力，每組壓力在0～50 kN 可調(diào)，3 組保壓輪對(duì)保壓力最大為150 kN。保壓輪對(duì)位置如圖6所示。

圖6 保壓輪對(duì)位置

保壓裝置將同步液壓升降系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)PLC 信號(hào)處理系統(tǒng)、位移監(jiān)控、設(shè)備負(fù)載監(jiān)控等融合為一體，將位移傳感器和壓力傳感器采集的鋼軌頂升高度信號(hào)和油缸反壓負(fù)載信號(hào)通過(guò)PLC 信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理和分析，根據(jù)輸出結(jié)果控制電磁閥的快速開(kāi)啟與閉合，從而完成3組液壓油缸的同步頂升和下降作業(yè)，保證3組保壓輪對(duì)對(duì)軌道輸出相同壓力。

2.2.2 輪對(duì)彈性懸掛裝置的設(shè)計(jì)

走行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要考慮道岔區(qū)通過(guò)能力，作業(yè)車(chē)輪踏面采用標(biāo)準(zhǔn)LM 型踏面。軸箱采用導(dǎo)框式，設(shè)有磨耗板，外置于輪對(duì)兩端。車(chē)架與軸箱采用彈性懸掛方式連接，走行系統(tǒng)的橫移量可保證整車(chē)在小半徑曲線(xiàn)段及道岔區(qū)的通過(guò)能力。這種彈性懸掛裝置（圖7）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠。

圖7 輪對(duì)彈性懸掛裝置

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)道岔區(qū)軌道形式復(fù)雜多變的情況，設(shè)計(jì)了一種專(zhuān)門(mén)用于道岔區(qū)聚氨酯固化道床澆注的施工設(shè)備。澆注系統(tǒng)中采用雙槍頭澆注裝置，同時(shí)在軌道兩側(cè)對(duì)稱(chēng)位置進(jìn)行聚氨酯澆注作業(yè)，保證軌道受力均勻。走行系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)壓力的道床保壓裝置，控制澆注施工中軌道變形量。軸箱外置于輪對(duì)兩端，車(chē)架與軸箱采用彈性懸掛方式連接，保證整車(chē)在小半徑曲線(xiàn)段及道岔區(qū)的通過(guò)能力。與現(xiàn)有設(shè)備相比，道岔區(qū)澆注設(shè)備具有操作方便、小型化、高效率、自走行、自帶保壓等功能，提高了道岔區(qū)聚氨酯固化道床澆注施工效率，保障了施工質(zhì)量。