高速鐵路無砟軌道承軌臺銑磨成套裝備研制

曹勇

（中國鐵建高新裝備股份有限公司，云南 昆明 650215）

1 前言

目前，我國的高速鐵路網已經初具規模，由于無砟軌道采用鋼筋混凝土結構建立于堅實穩定的基礎上，具有較高的穩定性、耐久性及少維修性等特點，被廣泛應用于高速鐵路建設中，無砟軌道修建技術已為我國高速鐵路飛速發展提供了強有力的保障。然而，我國幅員遼闊，地理地質條件千差萬別，無砟軌道一直暴露于復雜的自然環境中，加之受列車荷載、地下水、軟弱巖層等多種因素的不良影響，線路基礎發生較大變形產生各種病害是難以避免的，對于上拱橫移等病害形成原因，引用論文分析了病害的成因，并給出了通過提前研判上拱地點，進行預防性整治的建議。

無砟軌道上拱橫移等病害已經成為我國高速鐵路建設以及后期運營維護的重、難點問題，盡管無砟軌道線路的幾何狀態可以依靠扣件系統進行調整，但受扣件系統與軌枕現狀限制，垂向調高能力為-4 ～+26mm，橫向調整能力為±5mm，特殊情況下，也可以往高程方向調整，基本不能實現豎向降低調整。針對國內出現的無砟軌道上拱病害暫無行之有效的技術措施及成套的機械化養護裝備，因此，開發研制無砟軌道承軌臺銑磨成套裝備進行上拱橫移病害整治具有重大意義。

2 現有無砟軌道結構型式及承軌臺形式

我國高速鐵路結構型式主要有CRTS Ⅰ型、CRTS Ⅱ型、CRTS Ⅲ型板式無砟軌道和SK-Ⅱ型雙塊式無砟軌道，其參數和尺寸見表1。

表1 4 類無砟軌道板參數

通過表1 可知，無砟軌道結構中有擋肩承軌臺形式占較大部分，通過對承軌臺尺寸的對比，SK-Ⅱ型雙塊式承軌臺與CRTS Ⅲ型板承軌臺內外輪廓尺寸一致，CRTS Ⅱ型板承軌臺內輪廓尺寸與SK-Ⅱ型、CRTS Ⅲ型板承軌臺一致，但外輪廓尺寸差異較大。承軌臺銑磨成套裝備研制時，考慮銑磨輪與承軌臺內輪廓尺寸完全一致，走行導向機構應能適應三種不同結構的承軌臺形式，以確保承軌臺銑磨成套裝備可以適應多種無砟軌道結構形式。

3 裝備研制目標

（1）滿足GB146.1-2020 標準軌距鐵路機車車輛限界的要求；（2）滿足《鐵總運[2015]296 號<鐵路貨物裝載加固規則>》的要求；（3）采用NX70 平車為承載和運輸主體；（4）自重≤92t，載重≤70t，軸重≤23t，水箱容積≤20m3；（5）整機配備起重設備，一臺銑削裝置，一臺磨削裝置，自備水源和電源；（6）整機可實現鄰線承軌臺打磨作業，自備起重設備進行工作裝置收放，施工作業過程安全、可靠。

4 主要用途及特點

該裝備是集機、電、液、激光測量技術、程序控制技術等一體的鐵路大型養護裝備，通過對無砟軌道承軌臺進行銑磨削來降低軌道高程，改善軌道幾何參數，可適用于CRTS Ⅱ、CRTS Ⅲ型板式、SK-Ⅱ型雙塊式無砟軌道（涵蓋我國80%以上無砟軌道結構型式）上拱病害處理，還可處理無砟軌道橫移病害。

5 主要性能參數及基本尺寸

5.1 主要性能參數

整機總重 ≤92t（含NX70 平車和水）

主支撐框架 ≤13t

加水重量 20t

發電機組功率 ≥200kW

處理上拱量 0 ～60mm

作業方向 雙向

起重機控制 手動+無線遙控

工作裝置控制 手動+無線遙控

工作裝置走行速度 0 ～50m/min

對刀方式 人工

處理方法 銑削和磨削

作業范圍 鄰線承軌臺

線路軌距 1435mm

適用軌道 SK-Ⅱ雙塊式、CRTS Ⅱ板式和CRTS Ⅲ板式

作業線路 道床板寬度為2500mm、2550mm 或2800mm 的無砟軌道

線路最大超高 80mm

線路最大坡度 20‰

限界 符合GB146.1 中國鐵路機車車輛限界

5.2 基本尺寸

整機長×寬×高 16366mm×3330mm×4700mm

承載框架長×寬×高 15400mm×3150mm×3550mm

起重機長×寬×高 5500mm×2910mm×3350mm

起重機最大工作半徑 8000mm

銑磨削裝置長×寬×高 3800mm×3300mm×2300mm

裝置軌向行程 2000mm

裝置垂向行程 200mm

管線收放距離 ≥100m

6 主要結構特點

6.1 承載及裝卸系統

承載及裝卸系統依托于NX70 鐵路平車運輸，裝載加固于NX70 鐵路平車上，主要功能是用來運輸、承載及裝卸承軌臺打磨裝備的其他各裝置，主要由NX70平車、承載及裝卸底框組成和起重機等組成。NX70 平車是我國標準鐵路上運行的通用平車，車輛保有量很大，承載及裝卸底框是用來支撐和固定該裝備各系統裝置，從而來保證運行過程中的設備安全，同時還可實現公路和鐵路運輸整體快速吊裝轉換的功能。

承載及裝卸底框主要由中梁、側梁、橫梁、縱向梁等組焊而成。承載及裝卸底框上設置有發電機組安裝座、打磨裝置限位座、水箱安裝座、起重螺栓安裝座、管線收放裝置安裝座、框架與NX70 平車緊固連接裝置。在承載及裝卸底框上設置有4 個起吊位及架車位，可滿足起吊及架修等需求。

起重機是用來實現對打磨裝置進行吊放作業的功能，其固定安裝于承載及裝卸底框上。起重機為帶載伸縮式直臂起重機，電機驅動液壓馬達工作，實現起重機支撐、伸縮、回轉、卷揚等動作，每個動作可以單獨運動，也可以進行復合運動。

6.2 銑磨削裝置

承軌臺銑磨成套裝備的工作裝置為銑磨削裝置，該裝置是集成機、電、液、激光測量技術、程序控制技術為一體的可自走行移動裝置，可以先對承軌臺進行銑削，再對承軌臺進行磨削（或者只對承軌臺進行磨削），并可通過更換仿形刀具適用不同承軌臺輪廓形狀。銑磨削裝置主要由主支撐框架、對正機構、軌向移動機構、橫向移動機構、垂向移動機構、打磨輪機構和自走行機構、導向及液壓抱緊機構組成。銑磨削裝置在進行作業時，使用起重機將其吊放至無砟軌道承軌臺上方，安裝完成導向及液壓抱緊機構、通過自走行機構移動到病害處理工位、調整機構，將整體仿形打磨輪定位至承軌臺初始位，人工完成對刀，然后再根據打磨需求設定參數值，自動實現上拱病害承軌臺銑磨削作業。

6.3 供電系統

供電系統主要是由發電機組為整套裝備的起重機、銑磨削裝置、水泵、管線收放裝置、照明工作燈等提供電源。

6.4 供水系統

供水系統是為了滿足打磨裝置冷卻及低壓沖洗功能要求而設計的，主要由水箱、電驅水泵組件、調壓閥、截止閥、過濾器等組成。

6.5 電氣系統

電氣系統主要是從整車后方動力發電機取電（AC380V），經過接觸器箱給打磨裝置供電；同時經電氣控制箱，對水泵系統，照明及警示系統，管線收放裝置系統進行控制。

7 試驗情況

樣機試制完成后，組織開展了稱重試驗、限界通過試驗、淋雨試驗、承載框架剛度試驗、工頻耐壓試驗、銑磨削裝置性能試驗、起重機性能試驗、管線收放裝置性能試驗、整機傾覆試驗、整機應急試驗等各項型式試驗。

7.1 稱重試驗

為了驗證整機重量和軸重符合運行、裝載要求，2021 年5 月，對承軌臺銑磨裝備樣車進行了稱重檢查試驗，試驗結果表明，整機設計符合《鐵總運[2015]296號<鐵路貨物裝載加固規則>》的要求。

7.2 限界通過試驗

為了驗證整機運行性能符合限界要求，2021 年4 月對無砟軌道承軌臺銑磨裝備進行限界檢查，試驗結果表明整機設計符合GB146.1-2020 標準軌距鐵路機車車輛限界的要求。

7.3 淋雨試驗

為了驗證整機防雨性能符合要求，2021 年4 月對無砟軌道承軌臺銑磨裝備發電機組、起重機、打磨裝置的電氣設備等外殼所有開孔做漏水檢查。按照TB/T 2054-1989 鐵路機車漏雨試驗方法對裝備噴淋15min，檢查各裝置電氣設備外殼的防水情況。試驗結果表明，整機設計符合TB/T 2054-1989 的要求，具有良好防水性能。

7.4 承載框架撓度試驗

為了驗證整機上裝部分整體起吊能滿足要求，2021年4 月，對無砟軌道承軌臺銑磨裝備的承載框架進行起吊性能檢查，以確定用吊車或架車機在提升裝備時承載及裝卸框架的可靠性。試驗結果表明，起吊恢復后承軌臺打磨裝備的承載框架不會發生永久變形，符合設計要求。

7.5 工頻耐壓試驗

為了驗證整機絕緣電阻及工頻耐壓能滿足要求，2021 年6 月云南省機械設計研究院對無砟軌道承軌臺銑磨裝備電氣系統進行工頻耐壓試驗，經現場試驗和檢測，該裝備所檢項目絕緣電阻試驗和工頻耐壓試驗符合GB/T25119-2010、GB/T21413.1-2018、GB/T25336-2018、GB7251.1-2013 等標準的要求。

7.6 銑磨削裝置性能試驗

為了驗證銑磨裝置的各項工作性能，2020 年10 月～2021 年3 日，在無砟軌道試驗線上進行了銑磨削裝置性能試驗，優選出不同磨削深度所對應的軌向進給速度，推算出不同工況下的作業效率。試驗結果表明，銑磨裝置的作業性能、作業精度、作業效率滿足設計要求。

7.7 起重機性能試驗

為了驗證起重機各項工作性能，2020 年12 月～2021 年1 月，使用起重機對銑磨裝置進行吊放、回收試驗，試驗結果表明，起重機可以在10min 內完成銑磨磨裝置吊放、回收整套作業，滿足設計要求。

7.8 管線收放裝置性能試驗

為了驗證無管線收放裝置各項工作性能，2020 年10 月～2021 年3 日，進行了管線收放裝置回收、放線、通水、通電、運行速度等功能試驗，試驗結果表明，管線收放裝置的各項功能均正常，滿足設計要求。

7.9 整機傾覆試驗

為了驗證整機在極限工況下（超高80mm）的穩定性。2022 年10 月,在廠內超高80mm 線路（傾覆工裝模擬）進行了試驗，試驗結果表明，起重機在伸縮臂轉90°，伸出長度為2m、3m、4m、5m、6m、7m、8m 時直至起重機最高位置并回轉時，吊起配重塊緩慢上升至最高位時車輛外側均未離軌、捆綁的鏈條無繃緊現象，不會傾覆，符合設計要求。

7.10 整機應急試驗

為了驗證起重機失去電源后采用柴油應急泵提供動力的應急作業，2022 年10 月，開展了采用柴油應急泵回收一臺銑磨裝置的試驗，并現場使用秒表計時。試驗結果表明，采用柴油應急泵提供動力時，起重機收回一臺銑磨裝置耗時＜15min，符合設計要求。

8 結語

高速鐵路無砟軌道承軌臺銑磨成套裝備的成功研制，為無砟軌道上拱和橫移病害的處理提供了新的養護維修設備，可以有效改善無砟軌道線路運營質量。該裝備為高速鐵路無砟軌道機械化養護領域的新產品，推動我國高速鐵路無砟軌道線路由人工向機械化養護轉化具有積極意義。