反锚全液压往复式轨排组装生产施工关键技术研究

史凌峰

摘要： 传统的轨排生产采用人工辅助简易机械设备生产组装，机械化水平低、作业人数多、劳动强度高、生产效率低、占地面积大、轨排组装质量参差不齐、轨枕间距误差大、锚固质量不达标，给现场铺轨带来很多问题。为此针对传统轨排生产的不足，研制了专门用于轨排生产的反锚全液压往复式新型轨排组装生产线，自主设计研发了自动翻枕龙门、锚固模板、匀枕小车、二次翻枕机构、液压升降平台和转序小车。使轨排生产具有机械化水平高、自动化程度高、工序衔接合理、作业人数少、劳动强度低、生产效率高等特点。

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.

关键词： 自动翻枕龙门；锚固模板；匀枕小车；二次翻枕机构；液压升降平台和转序小车

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

中图分类号：F323.21 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）23-0109-03

1 轨排生产工艺及原理

反锚全液压往复式新型轨排组装生产包括从轨枕吊进到轨排成品的全部工序作业，采用单线反锚作业方法，将待组装的轨枕和钢轨、扣件等依次通过生产线的各个台位，经过翻布枕、硫磺锚固、匀枕、轨枕翻正、安装钢轨、散放和安装扣件、紧固螺帽、检查、轨排吊装等九道工序，依靠液压工作台的升降动作和转序工作台车的往复运动完成轨排生产作业中的转序作业，实现了轨排组装生产工厂化、机械化、流水作业、电气与液压自动控制的功能。

翻布枕工序采用液压驱动自动同步夹枕和翻枕，一次从轨枕垛夹起4根轨枕，在龙门吊行走中将轨枕翻转180°，使枕底朝上并完成布枕。硫磺锚固采用硫磺砂浆搅拌机加热搅拌后定量灌注灌注，锚固平台模板可以精确定位和封堵锚孔底部。匀枕过程由电动滚筒带动匀枕小车，每个小车由伸缩杆首位连接，末端的小车与平台固定连接，最前端的小车由电动滚筒牵引钢丝绳驱动，通过电动滚筒的正旋转，实现匀枕，电动滚筒反转，匀枕小车重新回到一起，为下一次匀枕准备。轨排安装各工序转移通过转序工作小车完成，该系统主要由1台标轨转序牵引车、24台标轨转序车、6台窄轨转序车、1台窄轨转序牵引车等组成，小车之间由钢管进行刚性连接。在液压升降工作台落下时，将轨排半成品运送到下道工序并返回。具体施工工艺流程见图1所示。

2 一次自动翻布枕施工技术研究

2.1 翻枕龙门选型原理

液压自动翻枕龙门是轨排组装生产线中用来完成散枕和一次翻枕工作得重要设备，其工作原理是将轨枕一次抓起，并旋转180°，通过转序小车拖行至锚固台位进行硫磺砂浆锚固。其研制的重点和难点在于夹枕和翻枕的控制，在轨排组装生产线中应用，比拨叉翻枕机构作业和人工作业可减少4-6名操作工人，同时显著降低作业人员的劳动强度，大幅提高作业效率。

自动翻枕龙门主要由龙门架、走行机构、操纵室、提升、夹枕和翻枕机构、液压及电气控制系统等组成。包括箱型门架，与门架平行设置有两根导向柱，导向柱依靠升降油缸提升和落下轨排，龙门横梁上设置液压马达，带动翻枕抓斗旋转轨枕并提升和落下，一次夹取4根轨枕，并提升翻转180°，使枕底朝上运行布放在锚固台位的锚固模板上，让轨枕的承轨槽和螺栓锚固孔与锚固模板的承轨槽和螺栓孔密贴对正，直至布够轨排配枕。

翻枕龙门采用了电气液压混合控制方式，液压翻枕龙门自動从轨枕垛将轨枕夹持、提升，翻转，同时走行至翻布枕工位，将轨枕放置在散枕小车上，由散枕牵引车运至锚固台位进行下一工序施工。

2.2 一次翻布枕施工关键技术

2.2.1 一次翻布枕工作原理

将由轨枕厂生产、码放好的每层4根混凝土轨枕用夹具一次抓起，并旋转180°，通过转序小车拖行至锚固台位进行硫磺砂浆锚固。

2.2.2 设计目标和方案

生产效率设计目标翻布一组44根轨排耗时8分钟左右，按平均运距为16米的一半计算，翻枕龙门运行速度为20m/min，采用电动变频调速驱动方式，轨枕的升降和夹紧采用油缸驱动，翻转采用液压马达驱动，链轮链条传动。

2.2.3 自动翻枕龙门结构系统

液压翻枕龙门由龙门架、走行机构、提升机构、夹紧装置、翻枕机构、液压系统和电气系统组成。

①龙门架。龙门架由上横梁、两条立柱支腿、两根纵梁和操作室组成，是整个工作装置的载体，上横梁、立柱和纵梁采用箱型结构。

②走行机构。走行机构由主从动轮总成、减速机、驱动电机等组成。

③提升机构。提升机构由导轨、滑轮、提升横梁等组成，导轨由两根槽钢组成结构件，提升横梁由提升油缸通过油缸头部安装的滑轮带动升降，由于采用动滑轮传动，横梁的提升高度是提升油缸活塞杆行程的2倍，可达1900mm。

④夹紧机构。夹紧装置与提升机构配合使用，将码放整齐的混凝土枕抓起并提升，由提升横梁作为滑动导杆，夹枕油缸、滑动座和限位块等组成。

⑤翻枕机构。翻枕机构包括翻枕梁、安装架、齿轮传动和链条传动装置、轨枕夹具、液压马达等。由液压马达驱动，齿轮传动、链条传动带动轨枕夹具，实现两组混凝土轨枕对称翻转，轨枕夹具是液压自动翻枕龙门的主要装置。

⑥液压系统。液压系统由一台电动机驱动一台齿轮泵，两个提升油缸、两个夹持油缸、两个夹持翻枕马达和多个液压控制阀组成。

⑦电气系统。电气系统由一台油泵电机、两台驱动电机、变频器和相关控制电路等组成。

⑧性能参数。

生产效率：8min/组（44根轨枕），运距16米；走行速度：20m/min；升降速度：0.3m/s；翻枕时间：1s；自重：5400kg；轨距：4200mm。

2.2.4 一次翻布枕液压马达同步夹持和油缸同步升降技术

夹持、翻枕采用同步马达和液压变频调速控制技术，升降采用油路：油箱——油泵——主阀块——工作阀块——双向流控阀——同步马达——平衡阀——油缸，动作一次性完成，采用了液压变频调速控制技术，散枕龙门在夹持和散放枕木过程中，两侧顶升缸高差不超过20mm。

2.2.5 布枕采用锚固模板定位

该翻枕龙门操作杆可一次夹起4根轨枕，并提升翻转180°，使枕底朝上运行布放在锚固台位的锚固模板上，让轨枕的承轨槽和螺栓锚固孔与锚固模板的承轨槽和螺栓孔密贴对正，直至布够轨排配枕。

2.2.6 翻布枕流程

闭合上主开关，启动油泵，翻枕龙门至轨枕堆放码垛区域，左右移动龙门至抓斗左右对准枕木，升降缸工作至抓斗上下能夹持住枕木，夹紧缸工作，夹持住枕木。升降缸上升提起枕木，同时行走龙门吊至窄轨小车区域，旋转液压马达工作，将枕木翻转180度，升降油缸收缩，将枕木放置窄轨小车上。夹紧油缸工作，抓斗脱离枕木，散枕工序完成。移动龙门吊至码垛区，同时旋转液压马达工作，将抓斗翻回正位，进行下一次散枕。

3 自动匀枕二次翻枕施工技术研究

3.1 匀枕和二次翻枕机构选型原理

传统人工匀枕费工、费时、费力，而且人工匀开的轨枕左右位置偏差较大，造成承轨槽不在一条直线上，常常使下道工序钢轨安装难以落槽，必须人工再次调整轨枕左右位置。假想采用等长的柔性材料连接轨枕，来限制轨枕散开的间距，只要沿工作台直线移动轨枕，就可使其等距排开，但轨枕直接在工作台上拖动摩擦力很大，难以实现，倘若在每根轨枕下面安装轮子，那么移动起来就会非常容易，在此基础上研制了匀枕小车。

通过反复试验，最终确定采用一块长400mm、宽150mm、10mm厚的钢板进行两边折弯作为匀枕小车的顶面，下面装有4个槽型滚轮。小车间用直径16mm圆钢连接，44辆小车连成一列。圆钢可伸入小车内部，此时即为匀枕小车密排状态；当从一端拉动匀枕小车，圆钢从小车内部伸出直到无法再向外伸，此时即为小车等间距排列，同时车上轨枕也是等间距排列。在匀枕平台左右工字钢梁顶面用直径20mm圆钢沿作业线方向各点焊两条轨道，供两列小车在平台上移动。工作时，先将工作台上的匀枕小车都推向起始端，使44辆小车密排。小车之间采用伸缩杆连接，避免了以前采用铁链连接容易打结的问题，刚性的伸缩杆使四十二个匀枕小车连为一体，提高了小车行驶过程中的平稳性。

并采用了电动滚筒，可以自动匀枕。

用于轨排组装生产线的二次翻枕机构，包括下端通过预埋件固定、并且分别位于轨枕两侧的支撑立柱，支撑立柱顶部固定有支撑横梁，支撑横梁上安装有进给油缸及进给滑座，进给滑座上设有与其滑动配合的滑块，滑块与进给油缸的活塞杆前端连接；滑块上安装有翻枕油缸，翻枕油缸的活塞杆端头连接有动力驱动机构，动力驱动机构的动力输出轴上安装有机械抓斗，动力传动机构为链轮链条机构。

3.2 自动匀枕二次翻枕施工关键技术

3.2.1 自动匀枕施工技术

轨排在锚固结束后，由转序小车运至匀枕工位，使轨枕组起始端的第一根轨枕与最靠近起始端的匀枕小车相对应，并依次检查调整使左右小车位置与每根轨枕相对应，升起液压工作平台，所有轨枕就依次落在相对应的小车上了。运行滚筒机，拖动每列第一辆小车向前行进，直到第一辆小车到达工作台最前端的标定位置停止，再次检查调整是每根轨枕都准确对位。

3.2.2 二次翻枕施工技术

匀枕小车电动滚筒带动小车拉开轨枕后，此时开始二次翻枕作业，具体过程如下：位于轨枕两侧的进给油缸伸出，使得滑块沿进给滑座向前移动，继而使得位于滑块上的机械抓斗进给到位，抓住轨枕两端，两侧翻枕油缸同步伸出，推动传动齿条，传递给齿轮，带动同轴的机械抓斗旋转，翻动轨枕，利用液压变频调速控制翻枕，实现同步和精确定位，然后安装橡胶垫，降下匀枕液压平台，由转序小车运至安装钢轨工序。

3.2.3 翻布枕流程

①轨枕锚固后，由转序小车运至匀枕、二次翻枕台位。

②操作匀枕平台升至最高，将所有轨枕顶起，转序小车回到原工位。

③按下匀枕按钮，将轨枕匀开，行程开关自动控制匀枕停止。

④将二次翻枕抓柄調整水平后（需1到2人在平台上观察，确保所有抓柄与轨枕对正），边推动操作杆边观察轨枕进入程度，确保所有轨枕落入抓柄内。

⑤将匀枕平台完全降下后，拨动翻枕操作杆，确保每一侧的两个油缸同步推动。

⑥翻枕结束后将匀枕平台完全升起，拨动操作杆，使所有抓柄松开轨枕。

4 结论

通过对轨排组装质量安全环保项目控制，保证了现场施工的安全、质量和进度，得到了以下结论。

①一次翻布枕工序作业轨距误差在±4mm范围内，在±4mm范围内达到90%，轨枕外观完整损伤率接近0%，比拨叉翻枕和人工翻枕显著提高精度和质量。

②匀枕二次翻枕工序作业后，轨距偏差满足±2mm范围内，且正线轨距变化率不超过2‰，轨枕外观完整损伤率接近0%，比拨叉翻枕和人工翻枕显著提高精度和质量。满足了《铁路轨道工程施工质量验收标准》TB10413—2003和《铁路轨道工程施工安全技术规程》TB10305—2009以及《轨排组装生产作业指导书》和《轨排组装技术交底》的技术要求和质量验收规范要求。

参考文献：

[1]TB 10413-2003，铁路轨道工程施工质量验收标准[S]. 2003.

[2]王浩.全液压轨排生产线在肯尼亚蒙内铁路的改进及应用研究[J]. 铁道建筑技术，2017（01）.

[3]龚家胜，王洪立.全液压拆除旧轨排流水作业线投产[J].铁道建筑，1984（07）.