邢磊 高春雷 張寶明 陳斌 徐其瑞 李可為 徐濟(jì)松

1.中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司工電部，北京100844；2.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；3.中國(guó)鐵建高新裝備股份有限公司，昆明650215；4.金鷹重型工程機(jī)械股份有限公司，湖北襄陽(yáng)441000；5.中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海大型養(yǎng)路機(jī)械運(yùn)用檢修段，上海200439

我國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)里程不斷增加，線路維護(hù)作業(yè)需求更加多樣化，清篩、搗固、穩(wěn)定、配砟等大型作業(yè)機(jī)組基本能滿足線路大中修需求。但大中修結(jié)束后，線路仍會(huì)出現(xiàn)成段“短、散、繁”的軌道幾何尺寸偏差等問題，需要工務(wù)段組織臨時(shí)維修作業(yè)。按傳統(tǒng)的大機(jī)施工組織模式，須調(diào)用大型養(yǎng)路機(jī)械對(duì)病害區(qū)域進(jìn)行臨時(shí)維修作業(yè)，存在調(diào)車組織繁瑣、設(shè)備利用率低、經(jīng)濟(jì)性差等問題，且影響大型養(yǎng)路機(jī)械年度維修計(jì)劃的順利完成。

目前，工務(wù)段臨時(shí)維修依賴各工區(qū)組織人員使用手持搗固鎬進(jìn)行作業(yè)，存在人員上道頻繁、勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)質(zhì)量差、效率低等問題，導(dǎo)致作業(yè)之后的道床保持時(shí)間短和施工組織管理難度大［1-2］。因此，亟需開展適用于工務(wù)段臨時(shí)維修的搗固車研究工作，研制出適合國(guó)內(nèi)臨時(shí)維修作業(yè)的多功能化、集成化搗固車，滿足臨時(shí)維修作業(yè)需求，促進(jìn)精簡(jiǎn)施工組織，推行大型養(yǎng)路機(jī)械高效化、精細(xì)化作業(yè)，提高站線、道岔等區(qū)域搗固作業(yè)機(jī)械化的適應(yīng)能力，保障鐵路提速擴(kuò)能需求和運(yùn)輸安全。

1 總體技術(shù)方案

多功能搗固車自帶動(dòng)力，可雙向自運(yùn)行，自運(yùn)行速度80 km∕h，附掛運(yùn)行速度100 km∕h，可用于線路與道岔?yè)v固作業(yè)，并具有自動(dòng)起道撥道抄平搗固、第三軌輔助起道、線路幾何參數(shù)測(cè)量、邊坡整形、道砟收集、鎬窩回填、精細(xì)清掃、路料吊裝運(yùn)輸、氣電液外供動(dòng)力源等功能。

多功能搗固車由搗固主車和鎬窩回填車組成，其結(jié)構(gòu)圖1所示。

圖1 多功能搗固車結(jié)構(gòu)示意

多功能搗固車的搗固機(jī)構(gòu)包括主、副搗固裝置。其中，主搗固裝置采用橢圓型或連桿搖擺式振動(dòng)方式，配置16把搗鎬，可實(shí)現(xiàn)變頻、變幅搗固作業(yè)；副搗固裝置采用多節(jié)動(dòng)臂式（圖1中A式副搗固裝置）或分體式機(jī)構(gòu)（圖1中B式副搗固裝置），配合主搗固裝置同步作業(yè)，可實(shí)現(xiàn)岔區(qū)垂直搗固全覆蓋。

主要技術(shù)參數(shù)：最小作業(yè)半徑為250 m；最大自運(yùn)行速度為80 km∕h；最大附掛運(yùn)行速度為100 km∕h；線路搗固作業(yè)效率為500 m∕h；道岔?yè)v固80 min內(nèi)搗固一組12#道岔；橫向水平精度為±2 mm；電噴柴油機(jī)排放滿足國(guó)Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)；采用空氣制動(dòng)及停車手制動(dòng)；車鉤中心距軌面高度為（880±10）mm；軸重小于等于23 t。

2 創(chuàng)新性功能與實(shí)施

2.1 技術(shù)創(chuàng)新性

1）主、副搗固裝置協(xié)同搗固技術(shù)

依據(jù)道岔長(zhǎng)岔枕?yè)v固需求，設(shè)計(jì)開發(fā)一種全新的搗固模式，此搗固模式由主、副搗固裝置協(xié)同作業(yè)，滿足岔區(qū)長(zhǎng)岔枕?yè)v固需求，實(shí)現(xiàn)岔區(qū)全覆蓋搗固。另外，設(shè)計(jì)全新的搗固裝置，該裝置能適應(yīng)變頻搗固、三線局部搗固、小起道搗固等惡劣工況。主、副搗固裝置協(xié)同搗固過程如圖2所示。在岔區(qū)搗固作業(yè)時(shí)，先由主搗固裝置完成能力范圍內(nèi)的搗固，抵達(dá)圖2所示位置①；再放置副搗固裝置，由副搗固裝置從圖2所示位置②至③，對(duì)長(zhǎng)岔枕進(jìn)行協(xié)同搗固。

圖2 主副搗固裝置協(xié)同搗固過程示意

2）線路偏差測(cè)量及線路參數(shù)優(yōu)化分析技術(shù)

基于慣導(dǎo)測(cè)量原理，研制具備自動(dòng)力的搗固車前端偏差測(cè)量小車（圖3），能高效檢測(cè)軌道靜態(tài)幾何參數(shù)［3-5］。搗固車作業(yè)前，由此測(cè)量小車將測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合優(yōu)化處理后，直接指導(dǎo)搗固車對(duì)軌道幾何參數(shù)不良的線路進(jìn)行整治；搗固作業(yè)后，對(duì)軌道線路搗固作業(yè)質(zhì)量進(jìn)行復(fù)測(cè)和評(píng)估，實(shí)現(xiàn)搗固作業(yè)的數(shù)字化、精細(xì)化。

圖3 前端偏差測(cè)量小車掛載示意

3）鎬窩自動(dòng)回填技術(shù)

鎬窩回填車主要包括多功能吊臂、抓斗、回填裝置、儲(chǔ)砟斗等，通過收砟裝置采用側(cè)犁+多功能折臂吊機(jī)+抓斗的組合方式，先由側(cè)犁將邊坡上的石砟收攏，再通過吊機(jī)和抓斗配合將石砟抓起轉(zhuǎn)移到砟斗中，從而實(shí)現(xiàn)砟斗補(bǔ)砟［6］。多功能吊臂配合前端收砟裝置完成回填道砟的收集，如圖4所示。

圖4 攏砟和抓砟過程示意

回填裝置采用數(shù)字化控制技術(shù)精確控制出砟口的旋轉(zhuǎn)角度，實(shí)現(xiàn)回填道砟的定點(diǎn)和定量控制。鎬窩回填作業(yè)時(shí)，砟斗中的石砟從定量裝置，再經(jīng)過分砟裝置，最后從分砟口對(duì)軌道兩側(cè)的鎬窩進(jìn)行補(bǔ)砟回填。

2.2 功能特點(diǎn)

多功能搗固車集成主副搗固裝置協(xié)同搗固技術(shù)、線路偏差測(cè)量及線路參數(shù)優(yōu)化分析技術(shù)、鎬窩自動(dòng)回填技術(shù)，提高站線、道岔等區(qū)域搗固作業(yè)機(jī)械化的適應(yīng)能力的同時(shí)，可節(jié)省大量的人工上道作業(yè)量。與既有搗固車技術(shù)相比，多功能搗固車的主要技術(shù)特點(diǎn)簡(jiǎn)述如下。

1）作業(yè)范圍大于傳統(tǒng)道岔?yè)v固車

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用范圍最廣的道岔?yè)v固車為引進(jìn)的08-475型道岔?yè)v固車。經(jīng)調(diào)研，以12#道岔為例，其搗固范圍最寬至護(hù)軌前可以實(shí)現(xiàn)全覆蓋作業(yè)，作業(yè)至護(hù)軌段時(shí)僅可以搗固護(hù)軌內(nèi)側(cè)，過了護(hù)軌之后第四軌基本無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效搗固［7-8］。

搗固車的主搗固裝置實(shí)現(xiàn)最大橫移時(shí)，外鎬外側(cè)最遠(yuǎn)距離本線中心可達(dá)約2 700 mm，在12#道岔上可以實(shí)現(xiàn)護(hù)軌外側(cè)的搗固，過了護(hù)軌之后第四軌搗固由輔助起撥道裝置和副搗固裝置完成，從而實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)岔枕的搗固需求［9］。

2）精簡(jiǎn)臨時(shí)維修搗固作業(yè)流程

在既有臨時(shí)維修搗固作業(yè)模式下，作業(yè)前，須要檢測(cè)班組利用軌道檢查儀、全站儀、水準(zhǔn)儀等檢測(cè)機(jī)具對(duì)軌道線路幾何病害進(jìn)行檢測(cè)，準(zhǔn)確查找病害位置，做出臨時(shí)維修作業(yè)計(jì)劃；作業(yè)后，由人工進(jìn)行搗固作業(yè)質(zhì)量復(fù)測(cè)。多功能搗固車前端偏差測(cè)量小車可替代完成搗固作業(yè)前后的軌道線路檢測(cè)工作，搗固車作業(yè)前，放下前端測(cè)量小車，由具備自走行功能的測(cè)量小車對(duì)施工作業(yè)段進(jìn)行病害檢測(cè)，由計(jì)算機(jī)軟件對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并將搗固車作業(yè)量傳輸給搗固車前端，指導(dǎo)搗固車作業(yè)。搗固作業(yè)后，可利用前端測(cè)量小車對(duì)搗固作業(yè)段線路進(jìn)行復(fù)測(cè)，檢驗(yàn)作業(yè)效果，從而有效精簡(jiǎn)了搗固作業(yè)所需的檢測(cè)流程［10］。

3）作業(yè)后的線路更加美觀

多功能搗固車布置有鎬窩回填裝置和清掃裝置，搗固完成后鎬窩也同時(shí)得到了定量的補(bǔ)充，而且枕面清掃裝置可以將枕木上搗固帶起的石砟或者補(bǔ)砟多余的石砟掃到枕木盒里。這樣作業(yè)完成后的線路石砟相對(duì)比較均勻，更加美觀。

工務(wù)段的作業(yè)區(qū)域多為站場(chǎng)、支線或者是大機(jī)搗固的空白區(qū)域，這種區(qū)域道床板結(jié)相對(duì)嚴(yán)重。多功能搗固車采用的搗固裝置具有道床自適應(yīng)能力，可以根據(jù)線路道床阻力的不同調(diào)整搗固裝置的振動(dòng)頻率，在遇到板結(jié)道床的時(shí)候搗固裝置的頻率最高可以調(diào)到45 Hz，更有利于搗鎬下插。而且研究表明石砟在35 Hz左右的激振頻率下流動(dòng)性能更好，因搗固裝置振動(dòng)頻率可調(diào)，可以根據(jù)道床阻力的不同調(diào)整搗固裝置振動(dòng)頻率使其一直保持在最優(yōu)于道砟流動(dòng)的水平，從而使搗固后的線路保持時(shí)間更長(zhǎng)［11］。

2.3 方案實(shí)施

為保證施工安全，多功能搗固車不能單獨(dú)進(jìn)入?yún)^(qū)間，須與工務(wù)軌道車或其他自帶動(dòng)力的車輛連掛進(jìn)入?yún)^(qū)間。在進(jìn)入封鎖區(qū)間后車輛先行至線路兩旁石砟較多的區(qū)段進(jìn)行石砟收集，完成石砟收集工作后搗固車運(yùn)行至需要搗固或者鎬窩回填的區(qū)域進(jìn)行搗固作業(yè)。作業(yè)對(duì)象主要分為線路和道岔兩種。作業(yè)流程為：

1）線路作業(yè)流程

車輛整備→區(qū)間行駛→進(jìn)入封閉區(qū)間→車輛開往石砟較為飽滿的地段→解鎖挖機(jī)—抓取石砟→石砟放入儲(chǔ)砟斗→石砟收集完成→區(qū)間行駛→進(jìn)入指定作業(yè)地點(diǎn)→解鎖作業(yè)裝置→放置前端偏差測(cè)量小車→前端偏差測(cè)量小車進(jìn)行線路測(cè)量→傳輸數(shù)據(jù)至搗固車→搗固車根據(jù)接收的數(shù)據(jù)作業(yè)→作業(yè)開始時(shí)開啟鎬窩回填功能→開啟枕面清掃功能→完成搗固和鎬窩回填作業(yè)→搗固車退至起始位→放下前端偏差測(cè)量小車→操縱前端偏差測(cè)量小車對(duì)作業(yè)后的線路進(jìn)行復(fù)檢。

2）道岔作業(yè)流程

車輛整備→區(qū)間行駛→進(jìn)入封閉區(qū)間→進(jìn)入指定作業(yè)地點(diǎn)→解鎖作業(yè)裝置→放置前端偏差測(cè)量小車→前端偏差測(cè)量小車進(jìn)行線路測(cè)量→傳輸數(shù)據(jù)至搗固車→搗固車根據(jù)接收的數(shù)據(jù)作業(yè)搗固至主搗無(wú)法抵達(dá)區(qū)域時(shí)解鎖副搗固裝置→回收主搗固裝置→將副搗固裝置送至需要搗固的區(qū)域→長(zhǎng)岔枕?yè)v固完成→回收副搗固裝置并鎖定→完成道岔延長(zhǎng)區(qū)域搗固→搗固作業(yè)完成→搗固車退至起始位→放下前端偏差測(cè)量小車→操縱前端偏差測(cè)量小車對(duì)作業(yè)后的線路進(jìn)行復(fù)檢。

3 方案論證試驗(yàn)

結(jié)合多功能搗固車技術(shù)方案，對(duì)搗固車前端偏差測(cè)量小車性能和鎬窩回填功能分別進(jìn)行論證試驗(yàn)。

3.1 線路偏差測(cè)量及優(yōu)化

搗固車作業(yè)前，由前端偏差測(cè)量小車對(duì)廠內(nèi)長(zhǎng)200 m線路進(jìn)行軌道線路幾何參數(shù)檢測(cè)，經(jīng)優(yōu)化處理后得出前端偏差，輸入搗固車軌道計(jì)算機(jī)指導(dǎo)作業(yè)。作業(yè)后對(duì)軌道線路進(jìn)行復(fù)測(cè)。作業(yè)前后效果見圖5。

圖5 搗固車作業(yè)前后效果

試驗(yàn)表明，前端偏差測(cè)量小車可快速實(shí)現(xiàn)軌道線路檢測(cè)，直接指導(dǎo)搗固車對(duì)軌道幾何參數(shù)不良的線路進(jìn)行整治，并進(jìn)行作業(yè)質(zhì)量復(fù)測(cè)和評(píng)估。

3.2 鎬窩回填

項(xiàng)目組試制鎬窩回填裝置進(jìn)行論證試驗(yàn)。通過改變砟斗石砟量、氣缸壓力和回填裝置滾筒的零點(diǎn)位置，進(jìn)行了多種狀態(tài)落砟試驗(yàn)。試驗(yàn)裝置見圖6。經(jīng)試驗(yàn)可知，該鎬窩回填裝置能實(shí)現(xiàn)回填道砟的定點(diǎn)和定量控制，論證了鎬窩回填方案的可行性。

圖6 鎬窩回填試驗(yàn)裝置

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)工務(wù)段臨時(shí)維修搗固采用的既有施工組織模式存在人工上道頻繁、效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大等問題，研制了一種適合國(guó)內(nèi)臨時(shí)維修作業(yè)的集成化多功能搗固車。該搗固車融合主副搗固裝置協(xié)同搗固技術(shù)、線路偏差測(cè)量及線路參數(shù)優(yōu)化分析技術(shù)、鎬窩自動(dòng)回填技術(shù)，提高站線、道岔等區(qū)域搗固作業(yè)機(jī)械化的適應(yīng)能力的同時(shí)，可顯著節(jié)省人工上道作業(yè)量。相比既有搗固車，其作業(yè)范圍更大、臨時(shí)維修搗固作業(yè)流程更精簡(jiǎn)、作業(yè)后的線路更加美觀，且線路保持時(shí)間更長(zhǎng)。多功能搗固車的研制及應(yīng)用可促進(jìn)大型養(yǎng)路機(jī)械作業(yè)高效化、精細(xì)化，保障提速擴(kuò)能和鐵路運(yùn)輸安全。