CRTSⅡ型無(wú)砟軌道板真空吊具的設(shè)計(jì)

王 軍，張建超，汪西應(yīng)

（1. 石家莊鐵道大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，石家莊 050043；2. 石家莊鐵道大學(xué) 工程訓(xùn)練中心，石家莊 050043）

0 引言

近年來(lái)，真空技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，清潔、高效、經(jīng)濟(jì)的真空元件和系統(tǒng)的發(fā)展，推動(dòng)了真空技術(shù)在設(shè)備自動(dòng)化中的應(yīng)用，在CRTSⅡ型無(wú)砟軌道板制造中即采用了真空技術(shù)進(jìn)行吊裝。CRTSⅡ型無(wú)砟軌道板是我國(guó)在引進(jìn)的德國(guó)無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)形式基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)消化、吸收、再創(chuàng)新形成的中國(guó)特色軌道板，并廣泛應(yīng)用在京津、京滬、石武等高速鐵路上，其標(biāo)準(zhǔn)板長(zhǎng)6.45 m，寬2.55 m，厚0.2 m，質(zhì)量為9 t。軌道板采用工廠(chǎng)化預(yù)制生產(chǎn)，由于沒(méi)有吊裝運(yùn)輸用的錨拴，軌道板采用真空技術(shù)——真空吊具脫模，以保證軌道板平穩(wěn)安全地從模具中脫出并搬運(yùn)到指定地點(diǎn)。

1 結(jié)構(gòu)組成與工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)組成

圖1 真空吊具主體結(jié)構(gòu)

軌道板真空吊具懸掛在橋式起重機(jī)上，由主體結(jié)構(gòu)、真空系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和輔助部件組成。其中，主體結(jié)構(gòu)有主梁（內(nèi)腔作為蓄能器）、吸盤(pán)、扶手等，如圖1所示。真空系統(tǒng)主要包括真空泵、真空過(guò)濾器、真空壓力開(kāi)關(guān)、破壞閥等元件。液壓系統(tǒng)主要有電機(jī)、液壓泵、液壓缸、電磁閥、油箱和其它附件。輔助部件則包括信號(hào)燈、控制箱和連接裝置。

1.2 工作原理

真空吊具采用了真空原理，即用真空負(fù)壓來(lái)“吸附”軌道板以達(dá)到夾持軌道板的目的。原理圖如圖2所示：通氣口與真空發(fā)生裝置相接，當(dāng)真空發(fā)生裝置啟動(dòng)后，通氣口通氣，吊具吸盤(pán)內(nèi)部的空氣被抽走，形成了壓力為P2的真空狀態(tài)。此時(shí)，吸盤(pán)內(nèi)部的空氣壓力低于吸盤(pán)外部的大氣壓力P1，即P2＜ P1，軌道板在外部壓力的作用下被提起。吸盤(pán)內(nèi)部的真空度越高，吸盤(pán)與軌道板之間貼的越緊。

圖2 真空吸盤(pán)吸附原理圖

2 主梁的有限元分析

主梁采用牌號(hào)Q345厚12mm的鋼板焊接而成，根據(jù)主梁的結(jié)構(gòu)形式和受力狀況對(duì)主梁進(jìn)行簡(jiǎn)化，去除主梁上不受載荷的幾何特征，建立基于MIDAS軟件的主梁簡(jiǎn)化模型，約束四個(gè)吊點(diǎn)，載荷除吊具自重外，還考慮模板自重、混凝土構(gòu)件與模板、凹槽體和緊固體的粘合力（約250 KN）。運(yùn)行分析，可得應(yīng)力、位移分析結(jié)果，分別如圖3、圖4所示。

圖3 主梁的應(yīng)力圖

圖4 主梁的位移圖

由圖3可知，主梁所受最大應(yīng)力為44.2 Mpa，板厚12 mm的Q345鋼材抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度為310 MPa，則主梁的安全系數(shù)為310/44.2=7。而《起重機(jī)械吊具與索具安全規(guī)程》中起重真空吸盤(pán)的規(guī)定：吸盤(pán)承載體的安全系數(shù)應(yīng)不小于4。因此，該主梁的安全系數(shù)大于規(guī)定的安全系數(shù)，符合吸盤(pán)承載體的安全要求。

由圖4可知，最大位移位于主梁的兩端，為0.96 mm，符合要求。

此外，在軌道板吸取過(guò)程中，封閉的主梁內(nèi)腔相當(dāng)于真空蓄能器，保證有一定的真空度，一旦發(fā)生意外情況時(shí)，如突然斷電，軌道板仍可長(zhǎng)時(shí)間保持與吊具的吸附狀態(tài)而不脫落，能有效地保護(hù)操作人員、軌道板及相關(guān)設(shè)備。因此，主梁應(yīng)選擇焊接性能較好的鋼材，盡量減少焊接結(jié)構(gòu)，提高焊接質(zhì)量，以保證密封可靠。

3 真空系統(tǒng)的建立

真空吸盤(pán)真空系統(tǒng)的建立有真空泵和真空發(fā)生器兩種方法。一般情況下，如果真空吸盤(pán)的數(shù)量不是很多，吸盤(pán)的直徑不是很大，采用真空發(fā)生器比較經(jīng)濟(jì)。但是軌道板起吊耗能比較大，采用真空泵比較合理，它是一種在吸氣口形成負(fù)壓，排氣口接通大氣，吸氣口和排氣口兩端可獲得很大壓力比的抽排氣體的設(shè)備。

真空吸盤(pán)系統(tǒng)原理圖如圖5所示，當(dāng)吸持軌道板時(shí)，真空切換閥(12)的電磁鐵通電，真空泵(15)吸氣，對(duì)蓄能器(13)蓄能后在真空吸盤(pán)(10)處產(chǎn)生真空，將軌道板初步吸住。當(dāng)真空度達(dá)到真空壓力開(kāi)關(guān)(7)所設(shè)定的壓力時(shí)，則發(fā)出電信號(hào)開(kāi)始起吊軌道板。當(dāng)需要釋放軌道板時(shí)，真空切換閥(12)的電磁鐵斷電，真空破壞閥(5)的電磁鐵通電，壓縮空氣經(jīng)干燥器(1)、過(guò)濾器(2)、油霧分離器(3)、溢流減壓閥(4)、真空破壞閥(5)、節(jié)流閥(6)、真空過(guò)濾器(8)，到達(dá)真空吸盤(pán)(10)，真空系統(tǒng)破壞，將軌道板釋放。

圖5 真空吸盤(pán)系統(tǒng)原理圖

4 作業(yè)過(guò)程

1）將真空吊具掛在橋式起重機(jī)的吊鉤上，鎖好吊具，接通設(shè)置在起重機(jī)上的電源。

2）開(kāi)動(dòng)起重機(jī)將真空吊具移至要脫模的軌道板上方，調(diào)整起重機(jī)的位置，降低吊具高度使吸盤(pán)落到軌道板混凝土表面固定的區(qū)域。

3）啟動(dòng)真空泵，通過(guò)模具底部的6個(gè)入風(fēng)口壓縮空氣，使吸盤(pán)緊緊吸附在混凝土表面，直到達(dá)到預(yù)先設(shè)定好的吸力。

4）啟動(dòng)5個(gè)液壓缸，首先用較小的壓力調(diào)平吊具，然后逐漸增壓至預(yù)先設(shè)定值。

5）將軌道板平穩(wěn)地從模具中吊出來(lái)，水平旋轉(zhuǎn)90度，吊運(yùn)存放在存板臺(tái)座上。

6）松開(kāi)真空吊具，重復(fù)操作直至脫模工序完成。

5 真空吊具的優(yōu)點(diǎn)

5.1 操作速度快

真空能量存儲(chǔ)在真空蓄能器里，瞬時(shí)吸取并瞬時(shí)釋放，搬運(yùn)效率高，節(jié)約生產(chǎn)成本。

5.2 安全無(wú)污染

在真空泵斷電的情況防止軌道板突然墜落，且無(wú)污染，無(wú)光、熱、電磁等產(chǎn)生。

5.3 不傷軌道板

與掛鉤式吊具和鋼纜式吊具不同，真空吸盤(pán)由于是橡膠材料制造，吸取或者放下軌道板不會(huì)對(duì)軌道板造成任何損傷。

5.4 勞動(dòng)強(qiáng)度低

真空吊具吸取和釋放一人操作即可，減少了從事艱苦和危險(xiǎn)作業(yè)的操作人員，并且真空吊具在軌道板上方的操作，抓取與釋放較容易。

6 結(jié)束語(yǔ)

CRTSⅡ型無(wú)砟軌道板預(yù)制是按照工業(yè)化設(shè)計(jì)思路，以最大程度實(shí)現(xiàn)軌道板的機(jī)械化生產(chǎn)。真空吊具作為其中的重要裝備之一，機(jī)械化程度高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、生產(chǎn)安全可靠，不但提高了軌道板的機(jī)械化生產(chǎn)水平，而且保證了軌道板的生產(chǎn)質(zhì)量。

[1] 何存興.液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)(第二版)[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2000.

[2] 張群生,黃誠(chéng),李華川.真空技術(shù)在設(shè)備自動(dòng)化中的應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù),2008,(1):110-111.

[3] 中華人民共和國(guó)勞動(dòng)部.LD48-93.起重機(jī)械吊具與索具安全規(guī)程[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1993.