反錨全液壓往復式軌排組裝生產施工關鍵技術研究

史凌峰

摘要： 傳統的軌排生產采用人工輔助簡易機械設備生產組裝，機械化水平低、作業人數多、勞動強度高、生產效率低、占地面積大、軌排組裝質量參差不齊、軌枕間距誤差大、錨固質量不達標，給現場鋪軌帶來很多問題。為此針對傳統軌排生產的不足，研制了專門用于軌排生產的反錨全液壓往復式新型軌排組裝生產線，自主設計研發了自動翻枕龍門、錨固模板、勻枕小車、二次翻枕機構、液壓升降平臺和轉序小車。使軌排生產具有機械化水平高、自動化程度高、工序銜接合理、作業人數少、勞動強度低、生產效率高等特點。

Abstract： The traditional rail production adopts artificial auxiliary simple mechanical equipment production assembly， with low level of mechanization， high number of workers， high labor intensity， low production efficiency， large area occupied， uneven assembly quality of rail， sleeper spacing error. The quality of the anchor is not up to standard， bringing a lot of problems to site laying. In view of the shortcomings of the traditional rail production， the anti-anchor hydraulic reciprocating new rail assembly line production line is developed specifically for the rail production. The automatic sleeper-turning gantry， anchor template， even sleeper car， secondary sleeper-turning mechanism， hydraulic lift platform and reverse trolley are independently designed and developed. So that the production of rails can have high level of mechanization， high degree of automation， reasonable process convergence， fewer operations， low labor intensity， and high production efficiency.

關鍵詞： 自動翻枕龍門；錨固模板；勻枕小車；二次翻枕機構；液壓升降平臺和轉序小車

Key words： automatic sleeper-turning gantry；anchor template；even sleeper car；secondary sleeper-turning mechanism；hydraulic lift platform and reverse trolley

中圖分類號：F323.21 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）23-0109-03

1 軌排生產工藝及原理

反錨全液壓往復式新型軌排組裝生產包括從軌枕吊進到軌排成品的全部工序作業，采用單線反錨作業方法，將待組裝的軌枕和鋼軌、扣件等依次通過生產線的各個臺位，經過翻布枕、硫磺錨固、勻枕、軌枕翻正、安裝鋼軌、散放和安裝扣件、緊固螺帽、檢查、軌排吊裝等九道工序，依靠液壓工作臺的升降動作和轉序工作臺車的往復運動完成軌排生產作業中的轉序作業，實現了軌排組裝生產工廠化、機械化、流水作業、電氣與液壓自動控制的功能。

翻布枕工序采用液壓驅動自動同步夾枕和翻枕，一次從軌枕垛夾起4根軌枕，在龍門吊行走中將軌枕翻轉180°，使枕底朝上并完成布枕。硫磺錨固采用硫磺砂漿攪拌機加熱攪拌后定量灌注灌注，錨固平臺模板可以精確定位和封堵錨孔底部。勻枕過程由電動滾筒帶動勻枕小車，每個小車由伸縮桿首位連接，末端的小車與平臺固定連接，最前端的小車由電動滾筒牽引鋼絲繩驅動，通過電動滾筒的正旋轉，實現勻枕，電動滾筒反轉，勻枕小車重新回到一起，為下一次勻枕準備。軌排安裝各工序轉移通過轉序工作小車完成，該系統主要由1臺標軌轉序牽引車、24臺標軌轉序車、6臺窄軌轉序車、1臺窄軌轉序牽引車等組成，小車之間由鋼管進行剛性連接。在液壓升降工作臺落下時，將軌排半成品運送到下道工序并返回。具體施工工藝流程見圖1所示。

2 一次自動翻布枕施工技術研究

2.1 翻枕龍門選型原理

液壓自動翻枕龍門是軌排組裝生產線中用來完成散枕和一次翻枕工作得重要設備，其工作原理是將軌枕一次抓起，并旋轉180°，通過轉序小車拖行至錨固臺位進行硫磺砂漿錨固。其研制的重點和難點在于夾枕和翻枕的控制，在軌排組裝生產線中應用，比撥叉翻枕機構作業和人工作業可減少4-6名操作工人，同時顯著降低作業人員的勞動強度，大幅提高作業效率。

自動翻枕龍門主要由龍門架、走行機構、操縱室、提升、夾枕和翻枕機構、液壓及電氣控制系統等組成。包括箱型門架，與門架平行設置有兩根導向柱，導向柱依靠升降油缸提升和落下軌排，龍門橫梁上設置液壓馬達，帶動翻枕抓斗旋轉軌枕并提升和落下，一次夾取4根軌枕，并提升翻轉180°，使枕底朝上運行布放在錨固臺位的錨固模板上，讓軌枕的承軌槽和螺栓錨固孔與錨固模板的承軌槽和螺栓孔密貼對正，直至布夠軌排配枕。

翻枕龍門采用了電氣液壓混合控制方式，液壓翻枕龍門自動從軌枕垛將軌枕夾持、提升，翻轉，同時走行至翻布枕工位，將軌枕放置在散枕小車上，由散枕牽引車運至錨固臺位進行下一工序施工。

2.2 一次翻布枕施工關鍵技術

2.2.1 一次翻布枕工作原理

將由軌枕廠生產、碼放好的每層4根混凝土軌枕用夾具一次抓起，并旋轉180°，通過轉序小車拖行至錨固臺位進行硫磺砂漿錨固。

2.2.2 設計目標和方案

生產效率設計目標翻布一組44根軌排耗時8分鐘左右，按平均運距為16米的一半計算，翻枕龍門運行速度為20m/min，采用電動變頻調速驅動方式，軌枕的升降和夾緊采用油缸驅動，翻轉采用液壓馬達驅動，鏈輪鏈條傳動。

2.2.3 自動翻枕龍門結構系統

液壓翻枕龍門由龍門架、走行機構、提升機構、夾緊裝置、翻枕機構、液壓系統和電氣系統組成。

①龍門架。龍門架由上橫梁、兩條立柱支腿、兩根縱梁和操作室組成，是整個工作裝置的載體，上橫梁、立柱和縱梁采用箱型結構。

②走行機構。走行機構由主從動輪總成、減速機、驅動電機等組成。

③提升機構。提升機構由導軌、滑輪、提升橫梁等組成，導軌由兩根槽鋼組成結構件，提升橫梁由提升油缸通過油缸頭部安裝的滑輪帶動升降，由于采用動滑輪傳動，橫梁的提升高度是提升油缸活塞桿行程的2倍，可達1900mm。

④夾緊機構。夾緊裝置與提升機構配合使用，將碼放整齊的混凝土枕抓起并提升，由提升橫梁作為滑動導桿，夾枕油缸、滑動座和限位塊等組成。

⑤翻枕機構。翻枕機構包括翻枕梁、安裝架、齒輪傳動和鏈條傳動裝置、軌枕夾具、液壓馬達等。由液壓馬達驅動，齒輪傳動、鏈條傳動帶動軌枕夾具，實現兩組混凝土軌枕對稱翻轉，軌枕夾具是液壓自動翻枕龍門的主要裝置。

⑥液壓系統。液壓系統由一臺電動機驅動一臺齒輪泵，兩個提升油缸、兩個夾持油缸、兩個夾持翻枕馬達和多個液壓控制閥組成。

⑦電氣系統。電氣系統由一臺油泵電機、兩臺驅動電機、變頻器和相關控制電路等組成。

⑧性能參數。

生產效率：8min/組（44根軌枕），運距16米；走行速度：20m/min；升降速度：0.3m/s；翻枕時間：1s；自重：5400kg；軌距：4200mm。

2.2.4 一次翻布枕液壓馬達同步夾持和油缸同步升降技術

夾持、翻枕采用同步馬達和液壓變頻調速控制技術，升降采用油路：油箱——油泵——主閥塊——工作閥塊——雙向流控閥——同步馬達——平衡閥——油缸，動作一次性完成，采用了液壓變頻調速控制技術，散枕龍門在夾持和散放枕木過程中，兩側頂升缸高差不超過20mm。

2.2.5 布枕采用錨固模板定位

該翻枕龍門操作桿可一次夾起4根軌枕，并提升翻轉180°，使枕底朝上運行布放在錨固臺位的錨固模板上，讓軌枕的承軌槽和螺栓錨固孔與錨固模板的承軌槽和螺栓孔密貼對正，直至布夠軌排配枕。

2.2.6 翻布枕流程

閉合上主開關，啟動油泵，翻枕龍門至軌枕堆放碼垛區域，左右移動龍門至抓斗左右對準枕木，升降缸工作至抓斗上下能夾持住枕木，夾緊缸工作，夾持住枕木。升降缸上升提起枕木，同時行走龍門吊至窄軌小車區域，旋轉液壓馬達工作，將枕木翻轉180度，升降油缸收縮，將枕木放置窄軌小車上。夾緊油缸工作，抓斗脫離枕木，散枕工序完成。移動龍門吊至碼垛區，同時旋轉液壓馬達工作，將抓斗翻回正位，進行下一次散枕。

3 自動勻枕二次翻枕施工技術研究

3.1 勻枕和二次翻枕機構選型原理

傳統人工勻枕費工、費時、費力，而且人工勻開的軌枕左右位置偏差較大，造成承軌槽不在一條直線上，常常使下道工序鋼軌安裝難以落槽，必須人工再次調整軌枕左右位置。假想采用等長的柔性材料連接軌枕，來限制軌枕散開的間距，只要沿工作臺直線移動軌枕，就可使其等距排開，但軌枕直接在工作臺上拖動摩擦力很大，難以實現，倘若在每根軌枕下面安裝輪子，那么移動起來就會非常容易，在此基礎上研制了勻枕小車。

通過反復試驗，最終確定采用一塊長400mm、寬150mm、10mm厚的鋼板進行兩邊折彎作為勻枕小車的頂面，下面裝有4個槽型滾輪。小車間用直徑16mm圓鋼連接，44輛小車連成一列。圓鋼可伸入小車內部，此時即為勻枕小車密排狀態；當從一端拉動勻枕小車，圓鋼從小車內部伸出直到無法再向外伸，此時即為小車等間距排列，同時車上軌枕也是等間距排列。在勻枕平臺左右工字鋼梁頂面用直徑20mm圓鋼沿作業線方向各點焊兩條軌道，供兩列小車在平臺上移動。工作時，先將工作臺上的勻枕小車都推向起始端，使44輛小車密排。小車之間采用伸縮桿連接，避免了以前采用鐵鏈連接容易打結的問題，剛性的伸縮桿使四十二個勻枕小車連為一體，提高了小車行駛過程中的平穩性。

并采用了電動滾筒，可以自動勻枕。

用于軌排組裝生產線的二次翻枕機構，包括下端通過預埋件固定、并且分別位于軌枕兩側的支撐立柱，支撐立柱頂部固定有支撐橫梁，支撐橫梁上安裝有進給油缸及進給滑座，進給滑座上設有與其滑動配合的滑塊，滑塊與進給油缸的活塞桿前端連接；滑塊上安裝有翻枕油缸，翻枕油缸的活塞桿端頭連接有動力驅動機構，動力驅動機構的動力輸出軸上安裝有機械抓斗，動力傳動機構為鏈輪鏈條機構。

3.2 自動勻枕二次翻枕施工關鍵技術

3.2.1 自動勻枕施工技術

軌排在錨固結束后，由轉序小車運至勻枕工位，使軌枕組起始端的第一根軌枕與最靠近起始端的勻枕小車相對應，并依次檢查調整使左右小車位置與每根軌枕相對應，升起液壓工作平臺，所有軌枕就依次落在相對應的小車上了。運行滾筒機，拖動每列第一輛小車向前行進，直到第一輛小車到達工作臺最前端的標定位置停止，再次檢查調整是每根軌枕都準確對位。

3.2.2 二次翻枕施工技術

勻枕小車電動滾筒帶動小車拉開軌枕后，此時開始二次翻枕作業，具體過程如下：位于軌枕兩側的進給油缸伸出，使得滑塊沿進給滑座向前移動，繼而使得位于滑塊上的機械抓斗進給到位，抓住軌枕兩端，兩側翻枕油缸同步伸出，推動傳動齒條，傳遞給齒輪，帶動同軸的機械抓斗旋轉，翻動軌枕，利用液壓變頻調速控制翻枕，實現同步和精確定位，然后安裝橡膠墊，降下勻枕液壓平臺，由轉序小車運至安裝鋼軌工序。

3.2.3 翻布枕流程

①軌枕錨固后，由轉序小車運至勻枕、二次翻枕臺位。

②操作勻枕平臺升至最高，將所有軌枕頂起，轉序小車回到原工位。

③按下勻枕按鈕，將軌枕勻開，行程開關自動控制勻枕停止。

④將二次翻枕抓柄調整水平后（需1到2人在平臺上觀察，確保所有抓柄與軌枕對正），邊推動操作桿邊觀察軌枕進入程度，確保所有軌枕落入抓柄內。

⑤將勻枕平臺完全降下后，撥動翻枕操作桿，確保每一側的兩個油缸同步推動。

⑥翻枕結束后將勻枕平臺完全升起，撥動操作桿，使所有抓柄松開軌枕。

4 結論

通過對軌排組裝質量安全環保項目控制，保證了現場施工的安全、質量和進度，得到了以下結論。

①一次翻布枕工序作業軌距誤差在±4mm范圍內，在±4mm范圍內達到90%，軌枕外觀完整損傷率接近0%，比撥叉翻枕和人工翻枕顯著提高精度和質量。

②勻枕二次翻枕工序作業后，軌距偏差滿足±2mm范圍內，且正線軌距變化率不超過2‰，軌枕外觀完整損傷率接近0%，比撥叉翻枕和人工翻枕顯著提高精度和質量。滿足了《鐵路軌道工程施工質量驗收標準》TB10413—2003和《鐵路軌道工程施工安全技術規程》TB10305—2009以及《軌排組裝生產作業指導書》和《軌排組裝技術交底》的技術要求和質量驗收規范要求。

參考文獻：

[1]TB 10413-2003，鐵路軌道工程施工質量驗收標準[S]. 2003.

[2]王浩.全液壓軌排生產線在肯尼亞蒙內鐵路的改進及應用研究[J]. 鐵道建筑技術，2017（01）.

[3]龔家勝，王洪立.全液壓拆除舊軌排流水作業線投產[J].鐵道建筑，1984（07）.