李慶云 上海鐵路局安全監(jiān)察室

高速鐵路聲屏障檢修新技術(shù)探討

李慶云 上海鐵路局安全監(jiān)察室

聲屏障不斷承受高速列車運(yùn)行中產(chǎn)生正負(fù)風(fēng)壓的頻繁作用及雨雪冰凍等氣候因素的影響，立柱底部螺母的松動(dòng)、銹蝕、失效等現(xiàn)象日益增多，且近年來已經(jīng)出現(xiàn)了聲屏障脫落導(dǎo)致的列車運(yùn)營(yíng)安全問題，亟需一種安全有效的方法對(duì)聲屏障立柱螺栓進(jìn)行檢修維護(hù)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，提出通過研發(fā)智能化機(jī)械操作，對(duì)聲屏障外側(cè)進(jìn)行檢養(yǎng)修，以確保高速鐵路安全運(yùn)營(yíng)。

高速鐵路；聲屏障；檢修；新技術(shù)

1 檢修新技術(shù)探討

聲屏障產(chǎn)品為金屬材質(zhì)，Q235H型鋼立柱、5A30以上的鋁合金金屬插板、直立結(jié)構(gòu)，高度在2 m以上，由4～6個(gè)單元板組成，基礎(chǔ)采用螺栓固定連接。多數(shù)存在于高鐵線路的高架橋上與全封閉路基段，由于橋面未預(yù)留檢修通道，很難實(shí)現(xiàn)聲屏障外側(cè)的人工檢測(cè)和螺栓緊固。京滬高鐵開通運(yùn)營(yíng)以來，現(xiàn)場(chǎng)只能檢查到內(nèi)側(cè)螺栓是否有損壞和進(jìn)行保養(yǎng)，外側(cè)螺栓是否松動(dòng)、銹蝕、失效等問題至今無法或難以進(jìn)行檢查與保養(yǎng)。本文提出的聲屏障檢修智能機(jī)械設(shè)備，重點(diǎn)解決高鐵線路兩側(cè)聲屏障立柱固定螺栓的檢測(cè)、涂油保養(yǎng)和復(fù)擰緊固等作業(yè)項(xiàng)目，現(xiàn)場(chǎng)操作連續(xù)性強(qiáng)，且不受供電立柱等影響（含停電影響），需要人工投入較少、智能化操作、作業(yè)效率較高，不存在勞動(dòng)人身安全隱患。此外還能對(duì)屏障外側(cè)的螺栓狀態(tài)、立柱狀態(tài)進(jìn)行視頻錄入和儲(chǔ)存，并通過其對(duì)外輸出接口將記錄信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上，便于回放檢查和分析。

1.1 主要技術(shù)特點(diǎn)

（1）設(shè)備可行走于高鐵軌道上，通用性強(qiáng)（可進(jìn)行拆卸）。

（2）模塊化操作設(shè)計(jì)，作業(yè)靈活性強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)效率高。

（3）設(shè)備上設(shè)有視頻、拍照、記錄和儲(chǔ)存功能，能實(shí)時(shí)記錄并存儲(chǔ)每個(gè)螺栓狀態(tài)便于檢查和分析。

（4）設(shè)有自動(dòng)調(diào)平機(jī)構(gòu)，方便超高曲線地段作業(yè)。

（5）設(shè)備上操作簡(jiǎn)單，有機(jī)械和氣動(dòng)雙重互鎖，保證作業(yè)安全可靠。

1.2 使用環(huán)境及技術(shù)參數(shù)

最大海拔高度：2 000 m；

環(huán)境溫度：-10℃～50℃；

軌距：1 435 mm；

線路最大超高：180 mm；

線路最大坡道：30‰；

該裝置可在雨天、夜間條件下工作；

長(zhǎng)×寬×高：4 000 mm×1 900 mm×1 700 mm(距軌面)；

自重（便于上下道運(yùn)輸）：不大于800 kg(模塊化設(shè)計(jì),分為4個(gè)部分,單件〈200 kg)；

機(jī)臂末端承重：80 kg；

最大作業(yè)半徑：6000mm（考慮到路基段距線路中心線較遠(yuǎn)）；

最大回轉(zhuǎn)角度：±90°；

最大輸出扭矩：600 N·m（M30、M24高強(qiáng)螺母）；

最大作業(yè)效率：涂油作業(yè)350個(gè)/h(雙螺母)，約1000m/h。復(fù)擰作業(yè)80個(gè)/h(雙螺母)，約250m/h。

2 技術(shù)方案

聲屏障檢修設(shè)備應(yīng)由動(dòng)力系統(tǒng)、氣動(dòng)（電動(dòng)）系統(tǒng)、輪軌小車、臂架系統(tǒng)、作業(yè)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、涂油機(jī)等組成。設(shè)備各作業(yè)系統(tǒng)均由氣動(dòng)或電力驅(qū)動(dòng)，設(shè)備上還裝有工業(yè)計(jì)算機(jī)，對(duì)整個(gè)設(shè)備檢查、養(yǎng)修過程進(jìn)行記錄，并將記錄的結(jié)果存儲(chǔ)在硬盤上，實(shí)現(xiàn)了操作系統(tǒng)智能化，整機(jī)集成了智能定位、聲屏障立柱與螺母自動(dòng)掃描、拍照、記錄和儲(chǔ)存、遠(yuǎn)程通訊與數(shù)據(jù)交互、自動(dòng)涂油、自動(dòng)擰緊等多項(xiàng)功能，主要依托智能化數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)目標(biāo)路徑規(guī)劃與控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)整機(jī)的精確定位與多臂同步姿態(tài)調(diào)整，完成智能對(duì)位、高精度自動(dòng)擰緊、自動(dòng)涂油作業(yè)。聲屏障檢修設(shè)備構(gòu)造與工作狀態(tài)如圖1所示。

圖1 聲屏障檢修設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

3 作業(yè)流程

（1）作業(yè)準(zhǔn)備。天窗點(diǎn)開啟后，人工通道門抬運(yùn)、現(xiàn)場(chǎng)組裝后，推動(dòng)聲屏障檢修一體機(jī)行駛至工作位置，應(yīng)用夾軌機(jī)構(gòu)使整機(jī)與軌道固定可靠連接；

（2）在收車狀態(tài)下，操作件第二節(jié)伸縮臂擺動(dòng)缸使其擺動(dòng)到水平位置；

（3）操作件第一節(jié)伸縮臂使其起升至聲屏障高度以上200 mm并始終保持與供電接觸網(wǎng)2 m以上距離，同時(shí)在伸縮臂上設(shè)有絕緣裝置，確?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全；

（4）操作回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使臂架系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)到高速鐵路兩側(cè)的聲屏障方向；操作件第二節(jié)伸縮臂使其伸到立柱外側(cè)位置，此時(shí)可借助視頻監(jiān)視器觀察位置狀態(tài)；

（5）操作第二節(jié)伸縮臂擺動(dòng)缸使其擺動(dòng)到垂直位置；

（6）啟動(dòng)智能定位系統(tǒng)，伸縮臂末端快速識(shí)別抓緊聲屏障立柱豎筋，準(zhǔn)確分析計(jì)算出螺母位置，臂架系統(tǒng)與視頻監(jiān)視器智能交互計(jì)算，控制回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、伸縮臂使螺母自動(dòng)擰緊機(jī)的套筒套裝在待緊固的螺母上；

（7）螺母自動(dòng)擰緊機(jī)自動(dòng)緊固螺栓，達(dá)到扭矩要求；

（8）控制涂油機(jī)將油脂涂抹在螺母及螺栓頭上；

（9）螺母自動(dòng)擰緊機(jī)上移一段距離，然后解鎖輪軌小車，推動(dòng)輪軌小車走行到下一個(gè)待緊固的螺栓工位進(jìn)行檢測(cè)和緊固；

（10）所有螺栓緊固完畢后，控制臂架系統(tǒng)和回轉(zhuǎn)系統(tǒng)回位，使整機(jī)處于收車狀態(tài)，整機(jī)退場(chǎng)。

4 作業(yè)效率比對(duì)

目前聲屏障外側(cè)螺栓檢查、保養(yǎng)等多數(shù)應(yīng)用的是人工方式，即現(xiàn)場(chǎng)將需要檢查的聲屏障周邊的聲屏障利用千斤頂將聲屏障從立柱卡槽內(nèi)向上撬起，并將上部的聲屏障拆卸后，底部約有0.5 m高的空隙，人工鉆出去通過目視的方法對(duì)兩側(cè)的聲屏障螺栓狀態(tài)進(jìn)行檢查。一方面效率極為低下，另一方面存在極大的勞動(dòng)人身安全隱患。具體情況對(duì)比如表1所示。

表1 傳統(tǒng)人工手段檢修與檢修設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)與安全對(duì)照表

5 結(jié)論與展望

該聲屏障檢修設(shè)備采用模塊化和智能化設(shè)計(jì)，可用于鐵路聲屏障日常巡檢或周期檢查作業(yè)，通過附加卷?yè)P(yáng)起重系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)起重作業(yè)功能，完成檢修機(jī)具和設(shè)備吊裝轉(zhuǎn)運(yùn)，以及作為檢修機(jī)具的吊裝支點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)助力機(jī)械手作用。通過進(jìn)一步技術(shù)升級(jí)，可完成高鐵橋梁檢測(cè)、高鐵橋梁支座檢測(cè)、連續(xù)梁橋墩檢測(cè)、鐵路隧道拱頂檢測(cè)等。

該研發(fā)項(xiàng)目為我國(guó)首臺(tái)智能聲屏障檢修一體機(jī)，是基于我國(guó)“智能制造”的時(shí)代需求，推進(jìn)人機(jī)互聯(lián)，通過數(shù)據(jù)分析與智能制造，而打造的裝備制造“新丁”，標(biāo)志著我國(guó)高鐵養(yǎng)護(hù)設(shè)備“中國(guó)智造”上有了新的突破，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，產(chǎn)品可達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

責(zé)任編輯：許耀元

來稿日期：2017-03-02