郝銀根

(中鐵二十二局集團第二工程有限公司，北京 100141)

1 M5-10型車載式布枕機研制背景

1.1 無縫線路常用鋪軌方式

根據(jù)線路特點、橋梁結(jié)構(gòu)、梁型、施工組織不同，客運專線、客貨混線等有砟無縫線路鋪軌可采用一次性鋪設(shè)無縫線路(使用SVM1000、CCPG500等鋪軌機)、軌排鋪軌(使用DPK32、PJ32等鋪軌機)后換鋪長軌、人工布枕鋪長軌等多種形式。無砟軌道無縫線路一般采用WZ500等無砟鋪軌機鋪設(shè)。

1.2 WZ500推送長鋼軌鋪設(shè)有砟無縫線路試驗

2012年初在廣珠鐵路進行了鋪軌工藝性試驗，采取挖掘機吊卸輔助人工擺放軌枕，然后使用WZ500鋪軌機縱向推送500 m長鋼軌，完成鋪軌15 km。

挖掘機吊卸輔助人工擺放軌枕的主要弊端是:挖掘機擾動道床后軌枕縱向不平順影響推送;人工作業(yè)布枕精度低;人工和機械成本高;不符合機械化、標準化要求;工人勞動強度大、作業(yè)效率低下，人工布枕速度慢，無法滿足客運專線機械化、標準化、高精度、高效率的施工需要。

1.3 M5-10型車載式布枕機研制背景

柳南和南黎高速鐵路軌道工程需鋪設(shè)無縫線路457 km，需3套鋪軌機:SVM100和CCPG500長軌鋪軌機各一套，第3套擬研制專用布枕裝備，采用“專用布枕裝置布枕，WZ500鋪軌機推送長鋼軌”的鋪軌方式。采用這種方式鋪軌，前期試驗中WZ500一般在90 min內(nèi)可以完成一對500 m長鋼軌推送，鋪軌效率主要取決于布枕速度。本文研制以軌枕運輸車為基礎(chǔ)的專用布枕裝置來提高布枕速度和布枕精度，實現(xiàn)高效率、高質(zhì)量鋪軌。

2 M5-10車載式布枕機工作原理、結(jié)構(gòu)和功能

2.1 設(shè)計思路

M5-10車載式布枕機設(shè)計參照SVM1000鋪軌機的軌枕輸送吊車結(jié)構(gòu)，采用輪軌走行方式，運行于SVM1000，CCPG500等型號鋪軌機的枕軌運輸車上。設(shè)備通過電子、機械、液壓等控制裝置和機構(gòu)，配合人工操作，自動布設(shè)軌枕到鄰線道床上。

2.2 布枕機性能參數(shù)(表1)

表1 M5-10車載式布枕機性能參數(shù)

2.3 設(shè)備構(gòu)成

車載式布枕機由大車總成、布枕小車、可折疊懸臂、安全支柱、勻枕布枕架、電控及液壓系統(tǒng)等組成，見圖1。

2.4 設(shè)計和工作原理

大車總成為單臂車載門式起重機結(jié)構(gòu)，由主縱梁、主橫梁、支腿、走行裝置、安全裝置、配重等組成，可在鐵路平車上鋪設(shè)的軌道上走行，并可由PLC+計程輪精確計算并控制大車走行距離。

圖1 M5-10車載式布枕機

勻枕器由吊架、取枕器、橫向開合機構(gòu)和縱向伸縮機構(gòu)組成，設(shè)縱向與橫向定點控制。軌枕間距是依靠液壓油缸自動控制技術(shù)，當達到設(shè)計數(shù)據(jù)0.6 m時，油缸閥塊自動閉合，停止工作。

吊枕小車由吊枕小車鋼結(jié)構(gòu)、滑輪、走行輪、限位裝置等組成。吊枕小車有起始點與作業(yè)點兩個停車位置，操作人員根據(jù)液晶顯示屏數(shù)據(jù)采用手動定位控制系統(tǒng)來實現(xiàn)中線準確對位，停車精度±10 mm。

動力系統(tǒng)采用輸出功率30 kW的柴油發(fā)電機組。

電控系統(tǒng)由主電源控制子系統(tǒng)、大車走行控制子系統(tǒng)、大車支腿高度調(diào)整及勻枕器伸縮與開合控制子系統(tǒng)、起重與拖拉控制子系統(tǒng)等組成。其中起重、拖拉及大車走行均采用變頻調(diào)速(起重功率為4.5×2 kW、拖拉功率為1.5 kW、大車走行功率為1.5×4 kW)。大車走行測距與布枕定位采用PLC+計程輪精確控制大車走行距離。

整機液壓系統(tǒng)由大車支腿高度調(diào)整、勻枕器伸縮及開合液壓子系統(tǒng)等組成。

2.5 工效

一次鋪設(shè)7根軌枕，一個工作循環(huán)周期約3 min，每班(8 h)可鋪枕約1 120根，折合長度約672 m。

2.6 應用范圍

雙線有砟線路在SVM1000等長軌鋪軌機完成一條線路鋪軌的基礎(chǔ)上，配合枕軌運輸車和無砟鋪軌機，實現(xiàn)鄰線布枕。

3 布枕機抗傾覆安全性檢算

布枕機外形輪廓尺寸如圖2所示。

圖2 布枕機外形輪廓尺寸(單位:mm)

有關(guān)參數(shù)計算如下:

①起吊7根軌枕重量G1=29.4 kN;②吊軌小車與勻枕器重量 G2=21.2 kN;③懸臂梁重量 G3=6.0 kN;④2 t×6 m電動葫蘆重量G4=1.8 kN;⑤3 t×6 m電動葫蘆重量G5=G6=2.4 kN;⑥配重G7=60.0 kN;⑦后支腿與主縱梁重量G8=16.0 kN;⑧前支腿與主縱梁重量G9=17.0 kN;⑨發(fā)動機與司機室重量(含支架)G10=10.0 kN;⑩主梁重量G11=15.0 kN。

線路超高150 mm，車輛旁承及轉(zhuǎn)向架彈簧下沉量取12 mm。

由線路及車輛本身引起的傾斜度a=(150+12)/1 435=0.11。

抗傾覆性能檢算如下:

傾覆力矩 M1=G4×2 067+G5×2 650+G6×2 967+G7×3 235+G8×3 000+G10×2 370+G11×1 500=305.5 kN·m

抗傾覆力矩M2=(G1+G2)×3 500+G3×2 350+(G3+G4+G5+G6+G7+G8+G9+G10)×a×2 104=217.5 kN·m

抗傾覆系數(shù)u=M1/M2=305.5/217.5=1.40≥1.3，可滿足抗傾覆要求。

由于該布枕機支腿設(shè)有超高調(diào)整裝置，在調(diào)試過程中，出于安全考慮又增加了安全支撐裝置，因此實際工況與計算所采用的極限工況相比更為有利。

4 作業(yè)流程

1)作業(yè)準備:將待鋪線路道床清理干凈，道砟壓實平整;設(shè)備配合人員檢查待布軌枕裝枕質(zhì)量、操作人員檢查設(shè)備油路電路、啟動發(fā)動機、檢查操縱系統(tǒng)等。

2)對位:軌枕運輸車以5 km/h的速度按上一次鋪軌點和大車對位。

3)設(shè)定基準:對位完成后，操作手操作大車走行控制系統(tǒng)設(shè)定大車走行起點(由技術(shù)人員提供施工里程)。

4)大車走行至取枕位置:勻枕器橫移至取枕位置，大車走行到合適的取枕點(每輛平車上裝有定點傳感器，適合大車自動停靠在合適的取枕點，以提高對位效率)。

5)取枕:放下取枕器，操作開動取枕器的開合機構(gòu)、夾枕、提升勻枕器至固定位。操作過程中，輔助人員檢查開合機構(gòu)是否操作正確。

6)大車走行至布枕位置:大車走行，自動停在布枕點，立支腿。

7)勻枕、布枕:橫移取枕器至鄰線布枕點，放下勻枕器離地約100 mm，操作縱向勻枕機構(gòu)，將軌枕間距勻到(600±10)mm，2名輔助人員協(xié)助勻枕器對準布枕標靶，繼續(xù)下放勻枕器直至軌枕平穩(wěn)落在道床之上。

8)落枕:操縱橫向開合機構(gòu)，放下軌枕(自動控制枕間距)，提起勻枕器。

9)操作縱向勻枕機構(gòu)，收攏取枕器。

10)繼續(xù)提升勻枕器至固定位。

11)橫移勻枕器至取枕位置。

重復4)～11)步驟，進行下一輪布枕作業(yè)。

5 M5-10型車載式布枕機的優(yōu)點

1)利用鄰線快速準確布枕，解決了使用挖掘機+液壓散枕裝置布枕、人工布枕等長軌工藝帶來的施工誤差，減少了勻枕、方枕、撥道等工程量，降低了勞動強度，提高了鋪軌效率。

2)通過在運枕列車兩側(cè)設(shè)置走行軌道，并采用車載單臂門式布枕方案，成組布放鄰線軌枕。每組軌枕間距采用無極預設(shè)定位裝置，各組軌枕之間的間距采用測距輪保證其間距。橫向采用自動定位傳感器控制其中線位置，自動控制，布枕精度高，滿足質(zhì)量要求。

3)一次布枕數(shù)量大，可達7根，幾乎是挖掘機+液壓散枕裝置布枕效率的2倍。

4)根據(jù)配套軌枕運輸車每層裝枕根數(shù)不同，布枕數(shù)量可在3～7根之間動態(tài)調(diào)整，做到布枕效率的最大化。布枕時枕間距可根據(jù)線路技術(shù)標準無級調(diào)整。

5)經(jīng)濟環(huán)保，節(jié)能減排，燃油消耗成本低。發(fā)動機總功率30 kW，僅為200型(1 m3)挖機功率的1/6。

6)使用范圍廣，不僅可在路基地段使用，橋隧地段同樣可進行布枕施工;不僅可在正線使用，也可在大型鐵路站場貨場使用。

7)設(shè)備構(gòu)思巧妙，結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，維修方便，轉(zhuǎn)場快速靈活，使用成本低，與SVM1000等大型長軌鋪軌機相比有無可比擬的優(yōu)越性。

6 施工效果及評價

2012年11—12月間，M5-10車載式布枕機成功應用于柳南和南黎高速鐵路正線軌道工程施工中，用時50 d，共布設(shè)軌枕74 km，日平均作業(yè)1.5 km。2013年4月，該設(shè)備在來賓北站、黎塘西站和五塘站共布枕15 km。施工期間經(jīng)檢測布枕的各項技術(shù)指標均滿足設(shè)計要求。與其他工藝相比較，鋪軌后方枕數(shù)量明顯減少，后續(xù)整道作業(yè)中線撥道量小，基本控制在10～15 mm，施工質(zhì)量和效率達到預期目標。M5-10車載式布枕機和WZ500長軌推送鋪軌機總價值僅260萬元，設(shè)備100%國產(chǎn)，零部件購置和維修方便快捷，使用和維修成本極低，設(shè)備性能穩(wěn)定可靠，故障率低，在SVM1000和CCPG500鋪軌機頻繁發(fā)生故障的情況下晝夜布枕鋪軌，對保證工程進度和工期發(fā)揮了重要作用。

7 結(jié)語

M5-10型車載式布枕機在柳南和南黎高速鐵路正線軌道鋪軌工程中得到成功應用，下一步擬將該裝備應用于吉圖琿鐵路客運專線鋪軌施工中。M5-10型車載式布枕機為鐵路雙線有砟線路和大型站場鋪軌提供了新方式，對相關(guān)單位同類型鋪軌施工具有參考價值。

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