高速鐵路聲屏障檢修新技術探討

李慶云 上海鐵路局安全監察室

高速鐵路聲屏障檢修新技術探討

李慶云 上海鐵路局安全監察室

聲屏障不斷承受高速列車運行中產生正負風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、銹蝕、失效等現象日益增多，且近年來已經出現了聲屏障脫落導致的列車運營安全問題，亟需一種安全有效的方法對聲屏障立柱螺栓進行檢修維護。結合現場實際，提出通過研發智能化機械操作，對聲屏障外側進行檢養修，以確保高速鐵路安全運營。

高速鐵路；聲屏障；檢修；新技術

1 檢修新技術探討

聲屏障產品為金屬材質，Q235H型鋼立柱、5A30以上的鋁合金金屬插板、直立結構，高度在2 m以上，由4～6個單元板組成，基礎采用螺栓固定連接。多數存在于高鐵線路的高架橋上與全封閉路基段，由于橋面未預留檢修通道，很難實現聲屏障外側的人工檢測和螺栓緊固。京滬高鐵開通運營以來，現場只能檢查到內側螺栓是否有損壞和進行保養，外側螺栓是否松動、銹蝕、失效等問題至今無法或難以進行檢查與保養。本文提出的聲屏障檢修智能機械設備，重點解決高鐵線路兩側聲屏障立柱固定螺栓的檢測、涂油保養和復擰緊固等作業項目，現場操作連續性強，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、作業效率較高，不存在勞動人身安全隱患。此外還能對屏障外側的螺栓狀態、立柱狀態進行視頻錄入和儲存，并通過其對外輸出接口將記錄信息傳輸到計算機上，便于回放檢查和分析。

1.1 主要技術特點

（1）設備可行走于高鐵軌道上，通用性強（可進行拆卸）。

（2）模塊化操作設計，作業靈活性強，現場作業效率高。

（3）設備上設有視頻、拍照、記錄和儲存功能，能實時記錄并存儲每個螺栓狀態便于檢查和分析。

（4）設有自動調平機構，方便超高曲線地段作業。

（5）設備上操作簡單，有機械和氣動雙重互鎖，保證作業安全可靠。

1.2 使用環境及技術參數

最大海拔高度：2 000 m；

環境溫度：-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×寬×高：4 000 mm×1 900 mm×1 700 mm(距軌面)；

自重（便于上下道運輸）：不大于800 kg(模塊化設計,分為4個部分,單件〈200 kg)；

機臂末端承重：80 kg；

最大作業半徑：6000mm（考慮到路基段距線路中心線較遠）；

最大回轉角度：±90°；

最大輸出扭矩：600 N·m（M30、M24高強螺母）；

最大作業效率：涂油作業350個/h(雙螺母)，約1000m/h。復擰作業80個/h(雙螺母)，約250m/h。

2 技術方案

聲屏障檢修設備應由動力系統、氣動（電動）系統、輪軌小車、臂架系統、作業系統、視頻監控系統、涂油機等組成。設備各作業系統均由氣動或電力驅動，設備上還裝有工業計算機，對整個設備檢查、養修過程進行記錄，并將記錄的結果存儲在硬盤上，實現了操作系統智能化，整機集成了智能定位、聲屏障立柱與螺母自動掃描、拍照、記錄和儲存、遠程通訊與數據交互、自動涂油、自動擰緊等多項功能，主要依托智能化數據采集與控制系統，通過計算機目標路徑規劃與控制系統來實現整機的精確定位與多臂同步姿態調整，完成智能對位、高精度自動擰緊、自動涂油作業。聲屏障檢修設備構造與工作狀態如圖1所示。

圖1 聲屏障檢修設備結構示意圖

3 作業流程

（1）作業準備。天窗點開啟后，人工通道門抬運、現場組裝后，推動聲屏障檢修一體機行駛至工作位置，應用夾軌機構使整機與軌道固定可靠連接；

（2）在收車狀態下，操作件第二節伸縮臂擺動缸使其擺動到水平位置；

（3）操作件第一節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2 m以上距離，同時在伸縮臂上設有絕緣裝置，確保現場作業安全；

（4）操作回轉機構使臂架系統轉動到高速鐵路兩側的聲屏障方向；操作件第二節伸縮臂使其伸到立柱外側位置，此時可借助視頻監視器觀察位置狀態；

（5）操作第二節伸縮臂擺動缸使其擺動到垂直位置；

（6）啟動智能定位系統，伸縮臂末端快速識別抓緊聲屏障立柱豎筋，準確分析計算出螺母位置，臂架系統與視頻監視器智能交互計算，控制回轉系統、伸縮臂使螺母自動擰緊機的套筒套裝在待緊固的螺母上；

（7）螺母自動擰緊機自動緊固螺栓，達到扭矩要求；

（8）控制涂油機將油脂涂抹在螺母及螺栓頭上；

（9）螺母自動擰緊機上移一段距離，然后解鎖輪軌小車，推動輪軌小車走行到下一個待緊固的螺栓工位進行檢測和緊固；

（10）所有螺栓緊固完畢后，控制臂架系統和回轉系統回位，使整機處于收車狀態，整機退場。

4 作業效率比對

目前聲屏障外側螺栓檢查、保養等多數應用的是人工方式，即現場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兩側的聲屏障螺栓狀態進行檢查。一方面效率極為低下，另一方面存在極大的勞動人身安全隱患。具體情況對比如表1所示。

表1 傳統人工手段檢修與檢修設備現場作業與安全對照表

5 結論與展望

該聲屏障檢修設備采用模塊化和智能化設計，可用于鐵路聲屏障日常巡檢或周期檢查作業，通過附加卷揚起重系統，可實現起重作業功能，完成檢修機具和設備吊裝轉運，以及作為檢修機具的吊裝支點，實現助力機械手作用。通過進一步技術升級，可完成高鐵橋梁檢測、高鐵橋梁支座檢測、連續梁橋墩檢測、鐵路隧道拱頂檢測等。

該研發項目為我國首臺智能聲屏障檢修一體機，是基于我國“智能制造”的時代需求，推進人機互聯，通過數據分析與智能制造，而打造的裝備制造“新丁”，標志著我國高鐵養護設備“中國智造”上有了新的突破，填補了國內空白，產品可達到國內領先水平。

責任編輯：許耀元

來稿日期：2017-03-02