高速鐵路無砟軌道板精調裝置*

張建強

(中國鐵路上海局集團有限公司科學技術研究所，200333，上海 ∥ 正高級工程師)

無砟軌道板精調是高速鐵路軌道板更換施工的關鍵工序。目前，一般使用精調爪進行軌道板精調：在軌道板兩側面既定位置分別布置2個精調爪，精調爪操作人員在測量人員的指揮下操作精調爪進行軌道板精調；在調節過程中， 4個精調爪工位需要相互配合，以實現軌道板空間位置的精調。雖然這種精調方式所采用的設備簡單，但調節方式復雜，需要多人配合，效率較低。根據現場施工統計，無論是新建高速鐵路還是既有高速鐵路施工維修，采用這種精調方式既使配合良好的精調隊伍也平均至少需要40 min才可完成一塊軌道板的精調作業。高速鐵路軌道板更換施工天窗時間一般為4 h，時間緊張，如果軌道板精調作業超時太多，則會影響整個軌道板更換施工進度，進而影響第二天的順利通車。因此，無論從精調質量還是進度控制方面來說，研究開發調整效率高、精度高的軌道板精調裝置都具有重要的意義。本文介紹了軌道板精調裝置設計原理、結構設計及現場試驗情況。

1 軌道板精調原理

無砟軌道板精調是高精度的測量和調整，是以軌道控制網CPIII控制點為基準設站進行軌道板空間位置的測量及調整。但是，由于高速鐵路長期通車運營、局部軌道斷面整體出現沉降等情況， CPIII控制點會出現誤差。軌道板大修施工一般是針對一塊板，若繼續以CPIII控制點為基準，則可能會出現新板調整位置不平順過渡的情況?；谀壳笆┕そ涷灪蛯PIII控制點現狀的分析，精調裝置主要以實現新換軌道板與相鄰兩塊軌道板的平順過渡為主。以CPIII控制點為輔助參考，即以新換軌道板與相鄰板的相對位置為主，以新換軌道板在CPIII控制點精測網中的絕對位置為輔，具體原理如圖1所示。軌道板精調裝置結構如圖2所示。

圖1 軌道板調整原理示意圖

圖2 軌道板精調裝置結構

如圖1所示，定義軌道板寬度方向為X方向、軌道板長度方向為Y方向、軌道板厚度方向為Z方向。O1、O2、O3、O44個點是測量儀器安裝點，也是測量的基準點。另外，測量對基準穩定性和重復性要求較高，所以利用相鄰板扣件螺栓孔進行定位安裝，如圖1所示的O1、O2、O3、O4位置。A、B、C、D4個點為精調裝置底座板支撐模塊(含調平臺)位置。利用儀器測出O1、O2、O3、O4，以及A、B、C、D空間坐標，新換軌道板上也安裝測量點并測出測量點空間坐標，以新換軌道板與相鄰軌道板平順過渡為目標計算得出精調裝置X向液壓油缸、Z向液壓油缸需要推進的行程以及回轉中心需要回轉的角度，通過液壓控制系統實現液壓油缸動作即可實現新換軌道板的空間調整。

軌道板位置的調整涉及到空間3個維度的方向調整。Y方向的調整相比于X方向和Z方向更容易實現，因此在精調裝置連帶軌道板粗鋪落位時完成Y方向調整。

X、Z方向的調整則需運用測得的數據計算后通過X向液壓油缸和Z向液壓油缸進行調整。具體方式如下：

1)X方向調整：精調裝置有回轉軌道板功能和軌道板X方向調整功能。利用測量儀器測量O1、O2、O3、O4，以及A、B、C、D基準點X方向坐標和新換軌道板X方向位置坐標，將測得數值輸入控制程序?？刂瞥绦蛲ㄟ^關聯坐標計算出回轉角度和X方向角度，通過液壓控制系統控制機械部分實現軌道板的回轉和X方向的調整。

2)Z方向調整：以軌道一側的4個檢測點(O1、A、D、O4)為例。精調裝置放置后，通過O1、O4兩點可以在X、Z軸組成的投影平面上確定一條直線，并與A、D兩點的測量值進行運算，得到A、D兩點所在處垂向油缸的調整量；同理可得B、C兩點所在處垂向油缸的調整量。運用A、B、C三點的調整量設置油缸動作；調整到位后，D點出油缸實腿；調整后進行測量；確定調整到位后，調整作業結束。

2 軌道板精調裝置結構

圖3為軌道板精調裝置機械結構和液壓系統三維效果圖。表1為軌道板精調裝置主要性能參數。

圖3 軌道板精調裝置機械結構和液壓系統三維效果圖

表1 軌道板精調裝置主要性能參數

精調裝置實現軌道板的空間位置調整主要從軌道板X、Y、Z3個方向以及1個回轉維度進行。精調裝置將1個回轉維度的調整分底座板支撐部分和回轉調整部分2部分實現，精調裝置的動作主要通過液壓控制系統實現。因此軌道板精調裝置主要分底座板支撐模塊、回轉調整模塊和液壓控制系統3大模塊來進行功能設計。

1) 底座板支撐模塊：主要負責與回轉調整模塊的對接定位與連接固定，如圖4所示?；剞D調整模塊連接軌道板由吊機吊入軌道板區域，如圖5所示，在人工輔助下回轉調整模塊萬象球鉸逐漸落入V型槽，落入對接后即實現軌道板的Y方向調整，此時通過螺栓將萬向球鉸與V型槽固化連接。

圖4 軌道板精調裝置底座板支撐模塊

2) 回轉調整模塊：具體結構及功能如圖5所示。主要具備軌道板回轉調整、Z方向高程調整以及X方向位置調整功能?；剞D調整模塊連接軌道板一起吊入軌道板更換區域，與底座板支撐模塊V型槽連接固化后，即開始軌道板Z方向和X方向位置的調整。

圖5 軌道板精調裝置回轉調整模塊

3) 液壓控制系統：圖3示意了液壓油管的布局。液壓控制系統主要分為X方向調整控制系統、Z方向高程調整控制系統以及回轉調整控制系統3個部分。這3個部分的液壓控制系統均由比例伺服閥控制。X方向調整控制系統由2組閥、2個雙作用缸組成，主要實現X方向的位置調整；Z方向高程控制系統由4組閥、4個雙作用液壓油缸組成，主要實現Z方向的高低調整；回轉控制系統由液壓馬達驅動回轉中心實現回轉調整。

3 關鍵零部件強度校核

軌道板精調裝置不僅要強度可靠，而且在精調過程中撓度要小，以確保精調效果。因此對軌道板精調裝置在調整質量較大的CRTS Ⅲ型板工況下進行校核。CRTS Ⅲ型板質量為11.24 t，加上精調裝置自重2 t，共計13.24 t?？紤]到液壓系統以及配重等外加質量，按照15 t載荷進行強度校核。

1) 關鍵部件回轉定子：圖6和圖7分別為關鍵部件回轉定子的應力云圖和應變云圖。

圖6 CRTS Ⅲ型軌道板關鍵部件回轉定子應力云圖

圖7 CRTS Ⅲ型軌道板關鍵部件回轉定子應變云圖

由圖6可知，回轉定子在15 t載荷下，最大應力值為377 MPa，回轉定子采用Q460鋼板，其屈服強度為460 MPa，最大應力值小于屈服強度，符合強度要求。由圖7可知，回轉定子在15 t載荷下，最大應變為2.6 mm，考慮到精調裝置的整體尺寸，最大應變2.6 mm可忽略不計。

2) 軌道板關鍵部件連接框架：圖8和圖9分別為軌道板關鍵部件連接框架應力云圖和應變云圖。

圖8 軌道板關鍵部件連接框架應力云圖

軌道板關鍵部件連接框架采用Q460鋼板拼焊而成，其屈服強度為460 MPa。由圖8可知，在15 t載荷條件下，連接框架最大應力值為69.3 MPa，小于其屈服強度，滿足強度要求。由圖9可知，連接框架應變為1.128 mm，此時連接框架與軌道板連接，軌道板理論變形量即為1.128 mm，要小于軌道板自由狀態下翹曲變形。

圖9 軌道板關鍵部件連接框架應變云圖

4 軌道板精調裝置現場應用

圖10為軌道板精調裝置現場應用圖。

圖10 軌道板精調裝置現場應用

圖10 a)為精調裝置連接軌道板吊裝情況。在人工輔助下，精調裝置4個Z方向調整油缸萬向球鉸落至底座板支撐模塊V型槽。圖10 b)為軌道板空間位置測量、精調階段?，F場對精調時間進行了統計，從精調裝置Z方向調整油缸萬向球鉸落至底座板支撐模塊V型槽開始至軌道板完全精調完畢共計25 min。軌道板精調完成后測量了灌漿過程中軌道板的翹曲情況，軌道板最大翹曲量為1.6 mm，小于以往灌漿過程中軌道板翹曲量5.0 mm。通過測量精調結果，調整板與相鄰板承軌臺頂面相對高差為1.0 mm，滿足《高速鐵路無砟軌道線路維修規則(試行)》要求。

5 結語

本文研究的無砟軌道板精調裝置，通過預先測量新換軌道板上的測量點空間坐標和相鄰軌道板及底座板上的基準點的空間坐標，并通過控制程序計算出對應液壓油缸的推進行程，進而利用液壓控制系統和機械結構部分實現軌道板精調，為高速鐵路天窗點內軌道板精調提供了設備支持。通過對軌道板精調裝置的研究和現場應用，該裝置主要具有以下特點：

1) 軌道板精調裝置利用液壓控制系統實現了軌道板精調的自動化。在現場實際工程使用中，軌道板精調裝置可在25 min內完成軌道板的精調。

2) 軌道板精調裝置機械結構強度可靠。無論是吊裝還是精調均能夠滿足設計要求；精調過程中，回轉調整模塊與軌道板連接形成一個剛性整體，增加了軌道板的剛性，減少了注漿過程中軌道板的翹曲變形。

通過對軌道板精調裝置現場使用情況的分析和總結，該裝置還存在可升級和優化的地方，可進一步提高精調效率。