TAS-2型全自动轨道板精调系统在客专中的应用

杜天民李宝蕴

中图分类号：U21 献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）01-0020-02

摘要：介绍了TAS-2型全自动轨道板精调系统的空间数学模型、动力调整装置以及现场使用效果,精调效果完全满足客运专线技术标准，从而使得轨道几何尺寸达到高速度、高平顺性、高稳定性要求。

关键词：全自动；精调；应用

Abstract: This paper describes the mathematical model, power adjustment device and on-site use of effects of the TAS-2 automatic orbital plate of fine-tuning the system space, fine-tune the effect of completely meet the standard of passenger dedicated line technology, which makes the track geometry of high-speed, high ride comfort and high stability requirements.   Key words: automatic; fine-tuning; application

概述

我国《中长期铁路网规划》提出，到2020年将新建成铁路1.98×104km，其中新建客运专线9800km以上。为适应客运专线铁路对高速度、高平顺性、高稳定性的要求，发展无砟轨道结构线路已是必然的趋势。预计新建客运专线无砟轨道结构约占轨道工程总量的70-80%，设计时速均在250km以上，最高时速350km。

京津、京沪、京石等客运专线（高速铁路）的轨道均采用以CRTS II型轨道板为主体的板式结构，在轨道铺设工程中，其质量控制、进度控制的关键工序之一就是轨道板的精确定位，此前这道关键的工序都是依靠人工扳动精调爪的螺杆来完成的。因此，技术先进、精确可靠的TAS-2全自动精调系统，不仅适应当前工程的需要，也将大幅度地提升我国无砟轨道精调施工装备的技术含量，亦为今后高速铁路优质、高效的修建打下了坚实的硬件基础。

空间数学模型

轨道板在调整过程中，既有刚体的运动规律，又有弹性体的运动特点。根据轨道板的设计数据和现场的实测结果，总结出轨道板的动作规律如下：

图1

在调整动作量较大时，轨道板横向的运动与变形主要表现为刚性特征，沿长度方向主要表现为弹性特征。如图1所示，如果在轨道板的一角施加作用力F，轨道板将产生弯曲变形，但是在作用力的一端，沿横向变形量H1与H2接近，但是沿长度方向，轨道板则呈现明显的弧形，变形量从0到H1或H2。

但是在轨道板变形量较小时，一般在1mm以下时，轨道板的变形更多的表现为弹性变形，较小的调整量H1对其他三个角的位移产生的影响很小。

在此基础上，对运动过程的主要、次要因素进行合理的取舍，得到了下列数学模型。

H1a=(A+2B)tg（arctg((H1+K)/(A+B))-arctg(K/(A+B))- (A+2B)tg（arctg((H8+K)/(A+B))-arctg(K/(A+B))

H8a=(A+2B)tg（arctg((H8+K)/(A+B))-arctg(K/(A+B))-(A+2B)tg（arctg((H1+K)/(A+B))-arctg(K/(A+B))

使用了这个算法后，精调设备一次调整合格率大幅提高，反复次数减少，调整效率提高。

3主要参数的确定

使用全自动设备对CRTS II型轨道板的精调，是通过调整器来转动精调爪的螺杆的，因此，设备的直接负荷来源于轨道板的重量。整块轨道板重量G0按照9t计算。

单精调爪承担的负载

G=G0/2=4500kg=44000N

精调爪的螺杆螺纹为普通α=60°的三角螺纹，螺纹中径d=30mm，螺距为s=2mm，摩擦系数f=0.1（润滑情况一般）， 于是精调调整器的转动扭矩N的计算：

当量摩擦角ψ′=arctg（f/cos（α/2））=6°35′

螺纹升角ψ=arctg（s/πd）=1°12′

中径力 F=Gtg（ψ+ψ′）=44000N×tg（7°47′）=6015N

转动扭矩N= Fd/2 =6015N×30×10-3/2=90Nm

考虑到调整器传动效率约为η=0.8，因此调整器的输出扭矩应当为：

N1=N/η=90/0.8=112.5Nm.

经过现场测试，正常扭矩在70Nm，最大位130Nm，与计算值比较接近；根据理论分析与实地测量，水平方向的动作负载小于垂直方向。因此，从现有电机、减速机的重量输出值考虑，选择输出扭矩最大值为220Nm，安全系数为2。

4动力调整装置

在不改变现有精调爪支承轨道板的思路下，设计了以高精度伺服电机配合行星减速为动力单元的调整器，以电动力单元高速、精确的转动代替人工扳动扳手，并设计了快速拆卸、快速装入的固定机构，代替人工力量转动精调爪的螺杆。这种调整器有以下特点：

（1）伺服电机转动精度高、速度高。

高精度伺服电机配有单圈分辨率达2500脉冲的位置反馈传感器，将每转360°分为2500份。这样电机转动精度达到0.144°，根据实测转动精调爪的速度，结合系统的功率、扭矩需求，确定电机转动速度设为700rpm（最高可达3000rpm）。

（2）强劲的扭矩输出。

配有减速比70:1的行星减速机，将电机速度降低至10rpm，扭矩提高至极限300NM，是人工的三倍左右；这时调整器转动精调爪螺杆，升降和平移轨道板的速度为20mm/min，是人工调整速度的3倍以上。另一方面，动作精度进一步提高至0.001mm。

（3）采用可快速安装与拆卸机构。

调整器的12边套筒，配以可调节螺杆，组成方便的的快装结构，水平和垂直调整器只需几秒钟即可装入顶紧或松开拆卸。

（4）重量轻，结构紧凑。

紧凑可靠的调整器结构，重量仅有16kg，有专门的手提装置，使用非常方便。

6效果

在京石客专使用TAS-2E全自动精调设备精调约25km轨道板，从调板效率、精度等方面进行了对比，数据表明，TAS-2E自动精调设备调整精度完全达到技术要求: 轨道板的承轨座在高程方向偏差、中线方向偏差、相邻两块轨道板之间平顺性偏差不超过±0.3mm，正常情况下调板效率大约是人工的1.5-2倍。

参考文献：

[1]车兆利 CRTSII型板式无砟轨道底座板施工技术《21世纪建筑材料》2011年 第1期

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。