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(duì)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(guó)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(kāi)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(wèn)題

RM80型清篩機(jī)換床作業(yè)，即通過(guò)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(chē)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(shí)采用“全挖全棄”無(wú)區(qū)分方式，勢(shì)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(wú)需處理的石砟，無(wú)效勞動(dòng)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(guó)鐵路道床清篩作業(yè)大多采用清篩機(jī)牽引物料車(chē)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(chē)裝載能力均有限，前述部分無(wú)需處理石砟被當(dāng)作污土卸到物料車(chē)上，浪費(fèi)了物料車(chē)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(guò)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(guò)振動(dòng)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(chē)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(wú)法避免。

2 加裝剝砟裝置目的及要求

針對(duì)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(shí)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(chē)輛無(wú)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(zhǎng)度內(nèi)進(jìn)砟量，提高清篩機(jī)作業(yè)效率及附屬物料車(chē)裝載能力。

（3）不影響清篩機(jī)原作業(yè)性能。

3 方案設(shè)計(jì)及可行性論證

3.1 方案設(shè)計(jì)

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(jì)、方案比對(duì)及試驗(yàn)，提出方案：設(shè)計(jì)一種枕底道床清篩剝砟裝置，該裝置通過(guò)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(guò)程中同時(shí)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(chē)再將剝出石砟回配至道床使用，這樣，道床邊坡無(wú)需清篩的石砟不進(jìn)入清篩機(jī)和物料車(chē)，不占用清篩機(jī)、物料車(chē)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(jì)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(chē)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(duì)應(yīng)位置上的擋圈對(duì)齊并經(jīng)銷(xiāo)軸固定。

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

剝砟裝置及其相關(guān)特征的圖示見(jiàn)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(shí)，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(xiǎn)繩固定，再隨導(dǎo)槽回收至收車(chē)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(wèn)題。

清篩機(jī)作業(yè)時(shí)，上升、下降導(dǎo)槽張開(kāi)下放至軌枕端部，此時(shí)，只要在開(kāi)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(chē)位旋轉(zhuǎn)到作業(yè)需要位置并由支撐桿固定；作業(yè)過(guò)程中，剝砟板隨機(jī)器一道運(yùn)動(dòng)，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?jiǎng)冺膶觾啥它c(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(jì)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(zhǎng)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琍Q=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(jì)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(jì)算出AH=OA/cos(19°)=844mm。

剝砟板與軌道夾角為圖示∠ABH，設(shè)計(jì)要求其角度小于或等于45°，以便于石砟沿剝砟板流動(dòng)，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?jiǎng)冺陌逶O(shè)計(jì)長(zhǎng)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(duì)清篩機(jī)作業(yè)性能不造成太大影響

剝砟裝置對(duì)清篩機(jī)作業(yè)性能的影響主要表現(xiàn)在裝置剝砟時(shí)受到的石砟阻力通過(guò)裝置傳遞到機(jī)器，這部分阻力可粗略計(jì)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(shí)受到的阻力主要是因機(jī)器和石砟相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(duì)剝砟裝置的阻力較小，計(jì)算時(shí)可以忽略不計(jì)；通過(guò)以上分析知：剝砟裝置主要受到長(zhǎng)1200mm（剝砟板長(zhǎng)）、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(jì)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(jì)算；沖擊時(shí)間t=75/83=0.9計(jì)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(dòng)這部分石砟的推力等于這部分石砟移動(dòng)時(shí)需克服的滾動(dòng)和滑動(dòng)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(duì)于一個(gè)自重88t、總功率696kW的清篩機(jī)不會(huì)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(jì)方案，選擇兩塊45錳的長(zhǎng)方形鋼板（增加耐磨性），長(zhǎng)1.2m、寬0.4m、厚16mm，以長(zhǎng)方形鋼板的對(duì)角線為對(duì)稱(chēng)軸，兩端各切掉一個(gè)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(jì)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(chē)位圖片）。

圖5 剝砟裝置實(shí)物圖

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)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(jì)比對(duì)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(shí)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(tái)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(jì)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(jì)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(jiǎn)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(guò)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(shí)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(dòng)，也為我們?cè)谝院蟠髾C(jī)運(yùn)用實(shí)踐中更好地挖掘機(jī)器潛能開(kāi)拓思路積累了經(jīng)驗(yàn)。

責(zé)任編輯：王華張建強(qiáng)來(lái)稿日期：2014-09-26