中铁二十五局集团第一工程有限公司 510405
摘要：本文主要在新建深茂铁路高速有砟铁路轨排组装任务紧、质量高等要求下，研制一套轨排自动生产设备及施工工艺以提高轨排组装效率及质量。该轨排生产线适应性强、效率高及机械化程度高，完全满足现场铺轨排施工需求，同时可为类似轨排组装提供借鉴和参考。
关键词：轨排组装；自动化；结构原理；优点
一、前言
高速有砟铁路具有减噪、减震、透水性强等优点，然是我国铁路发展的重要趋势，而轨排组装是有砟轨道铺设的重要环节。现有的的轨排组装工艺均为人工组装，人工组装轨排劳动强度大、质量不可控、效率低；为满足国内高速有砟铁路工程的建设要求，研发一套高效的轨排自动生产设备和工艺势在必行。
考察了其他项目的轨排生产基地，均采用轨排生产线施工反锚工艺，具有机械化程度高、质量可控、生产效率高等优点，同时具有轨枕间距调整复杂、操作台位设置不合理等缺点。联合邯郸中铁桥梁机械有限公司，在消化和吸收国内先进的轨排组装施工工艺和经验的基础上，经过研究创新，制造一套轨排组装从轨枕吊进到轨排吊出全工序机械化流水作业生产线。
二、轨排自动化生产工艺及流程
通过对整条生产线进行结构优化重组，重新设计排布了生产作业的各个工序，该套轨排生产设备采用往复式反锚工艺，依靠液压升降平台升降动作产生的高差和工作台车的往返运动之间的配合完成轨排生产的工序转换，并形成流水性作业，将待组装的轨枕、钢轨和配件等依次通过生产线的各个台位，经过一次翻枕布枕、螺纹道钉锚固、二次翻枕匀枕、精细匀枕及装扣件、上钢轨及钉联轨排、检测及吊移轨排等六个工序完成轨排生产作业。整个工艺流程如下图所示：
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图2.1 轨排组装工艺流程图
2.1第一台位：上枕、一次翻枕布枕台位
按每4根轨枕为一层，将轨枕放在垛枕支架上，而后在第一次翻转龙门吊操纵室控制夹持、翻转作业，工作时一次抓取4根枕木，旋转180°后均匀布置在锚固模板前一个台位的工字钢上，枕木由正面朝上翻转成正面朝下。
2.2第二台位：螺纹道钉锚固台位
台车从第一台座前行，行走一个台位把轨枕送到第二个台位的升降架下，升降架升起轨枕落到升降架锚固模板上，使锚固模板嵌入轨枕承轨槽内，检查并调整轨枕，轨枕落模定位后，将螺纹道钉带丝口端朝下插入，随后依次在道钉孔内灌注熬制好的硫磺砂浆。待冷却后降下平台，锚固后轨枕将落至散枕台车仍空置的一端，控制台车将锚固好的轨枕行走至下一个工作台位，同时散枕台车另一端上新布轨枕。
2.3第三台位：二次翻枕，速差匀枕
现场调整好台车的初始位置，并做好显著标志，同时开动前后台车，将转序来锚固好的轨枕翻转180°，此步通过十字叉旋转转动，配合台车走行来达到二次翻枕，再通过链条传送带速差原理，控制轨枕间距。
2.4第四台位：精细匀枕及装扣件
前后升降架升起，台车退回，在翻好的轨枕上放置扣件，并在道钉根部涂刷防水沥青，然后人工根据组装台位定位装置精细匀枕，上好扣件。
2.5第五台位：上钢轨及钉联轨排
在转序来的轨枕上放上大脚垫，按轨排组装交底表配轨完的钢轨吊至轨枕承轨槽内，用石笔在钢轨上打点，并用方尺方正轨枕，上紧扣配件，而后利用电动扳手从轨排一端开始，将螺帽逐个紧固。
第六台位：检测及吊移轨排
按规范抽检抗拔力，合格后检查成品轨排的轨距、枕木间距、缩短轨接头相错量、编号等，用龙门吊将轨排移至轨排存放区。
三、结构组成及改进措施
轨排自动生产线主要由：自动翻转龙门吊、走行系、升降系、硫磺砂浆搅拌系、锚固平台、二次翻枕、液压和电气系统、钉联轨排台座及相应辅助小车等组成，见图3.1轨排生产线示意图。
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图3.1轨排生产线示意图
在生产线流水作业时，各组成单元采用各台位集中控制，通过工作台车的往返运动将各组成单元的作业流程衔接起来，每个单元均根据现场情况做了特殊设计，其关键结构及工作原理如下：
3.1第一次龙门吊翻枕布枕
主要由龙门架、升降机构、夹持及翻枕机构、龙门吊走形系统、操作室、液压机电气控制系统等组成，考虑到结构的稳定性和安装的便捷性，龙门架采用箱型梁结构。
其他项目采用20t移动龙门吊将枕木垛移动至垛枕支架上，由于存枕区地形限制，深茂项目改用叉车移动枕木垛至垛枕支架上，改进后方便快捷，更加安全，存枕区受限减小。
夹持及翻转机构主要由两个夹持油缸HSGL50/28F-1301-S（行程L=145），两个翻转油缸HSGL50/28F-1301-S（行程L=250）及其传动装置组成。被夹持的4根轨枕必须紧贴在一起，为了解决轨枕不能准确的和锚固模板正确对中的问题，在每个夹持油缸的一侧有一个限位挡块，通过点焊垫片调整位置，从而达到准确对位。通过更换翻转叉垫块等满足各种型号轨枕夹持及变动，预留油缸座及挡块位置，满足2.6米、2.5米长度需求。
3.2锚固平台螺纹道钉锚固作业
作为控制轨排组装质量好坏的关键性台位，锚固模板平台的各部位尺寸根据标准轨枕的外形和尺寸做了专门设计：整个板体成倒梯形，在翻转后的轨枕落下时可顺利嵌入轨枕的承轨槽中，具有固定作用；在螺纹道钉插入预留孔后，模具孔洞圆台将托住螺纹道钉，防止硫磺砂浆流出，减少了人工锚固时的塞眼工序。
3.3台车走行系统
本系统分前后两组台车，前一组10辆窄轨车，台车位于二次翻枕器之前，轨距为934㎜，后一组15辆宽轨车，台车位于二次翻枕器之后，轨距为1465mm。台车最大行程25730mm。台车的走行速度是变化的，匀枕速差参考《轨排生产线中的速差匀枕》中速差原理。
因深茂铁路正线、站线均均采用铺轨排方式铺轨，两者轨枕间距不一致，匀枕速差不一致，其他项目台车运行速度是固定的或者调整复杂。深茂项目在台车牵引装置上加装一个变频器，通过改变电机频率来调整台车的运行速度从而实现不同轨枕数量的轨排生产要求，改进后操作简便。不同轨枕数量对应的走形速度和档位选择如下：
3.4 升降系统
本系统主要由升降架及液压升降装置组成。分前后两部分，前部为窄升降架，窄升降架中心距为1513mm，后部为宽升降架，宽升降架中心距为2210mm。升降为液压驱动，液压系统主要有一台泵站及四十四个油缸组成，油缸型号为：Y-HG1-G90/63×230；升降架最大行程200mm。
3.5 二次翻枕
该装置通过链条传动带带枕前行，通过十字叉与台车配合进行翻转，应定期调整链条松紧度。在翻枕过程中振动大，轨枕碎块散落较多，因此在使用过程中应经常检查各部分固定螺栓是否松动，并及时清除链传动装置和升降油缸上的轨枕碎块，经常在链条链轮上加润滑油。
3.6 电气系统
轨排生产线电气系统由三大部分组成，分别为拖拉系统、散枕门吊系统、硫磺锅电气系统。下面分别叙述：
3.6.1拖拉系统
拖拉系统由前车走行系统和后车走行系统，自动空气开关3QF作为前车电机短路过载保护。2KM、3KM切换前车电机正反转，由3KK控制其前进、后退。1XK、2XK为其前进、后退的限位开关。2QF为后车电机短路过载保护，1KM为后车走行制动控制。
3.6.2散枕门吊电气系统
散枕门吊由两个走行电机、一个油泵电机、两个起升电葫芦。电源进线端用一个漏电断路器1QF控制，KM0为主电路交流接触器，同时作为急停主电路被控元件，同时也配有XJ继电器，作用与上同。
3.6.3硫磺搅拌锅电气系统
配电柜电源进线端用一个漏电断路器1QF控制，2QF作为搅拌电机的短路过载保护，1KM、2KM接触器切换电机正反转，由控制电路中旋钮开关2KK控制。此套系统正转搅拌和反转出料由配电箱面板上SB1控制。
3.7 液压系统
轨排生产线液压系统主要有散枕门吊液压系统和二次翻枕液压系统。
散枕门吊液压系统主要用于门吊的夹枕和一次翻枕动作，分别有夹紧油缸和翻枕油缸完成，泵站电机3Kw，液压泵型号10MCY14-1B，液压系统采用手动操作完成，每个操作手柄对应夹紧和翻枕动作。翻枕动作添加双向液压平衡阀用于防止在翻枕的过程中出现翻枕停顿，倒转情况。
二次翻枕液压系统主要用于将轨枕的起升和下降动作。共44根液压油缸，分为6组。液压系统电机18.5Kw，液压泵为63SCY14-1B手动变量泵，可以手动调节泵的排量，增加或降低油缸的运行速度。操作系统为手动操作。手柄动作对应的台位为散枕，锚固，匀枕一号工作，二.三号工作台位四个手柄操作。液压系统添加同步阀保证一个台位两侧的油缸组起升同步。液压系统添加双向液压平衡阀，提高系统运行的稳定性和安全性。
四、主要优点
1、机械化程度高，劳动强度低。轨排生产线将劳动强度最大的翻枕、转运等工作均由机械化完成，可大大减轻工人的劳动强度，节约人工，提高生产效率。
2、硫磺锚固质量高。螺纹道钉锚固采用反锚工艺，且全部在锚固模板平台上完成，该平台根据轨排和螺纹道钉的尺寸特殊设计，确保了锚固作业的质量和作业效果。
3、操作简单、适应性强。台车牵引装置通过一个变频器，通过改变电机频率来调整台车的运行速度从而实现不同规格的轨排组装。
4、施工过程中对轨枕损伤少，便于成品保护。
5、集中生产便于材料节超控制，节约锚固材料。根据统计，生产线轨排组装84.94km时，定额计划需用锚固料393.34吨，实际用锚固料373.673吨，节约19.667吨，减少了材料损耗。
6、提高生产效率。日生产轨排最大可达1.35km，确保了铺架工期。
7、节约成本。单劳务成本，机械组装轨排比人工组装轨排节少6400元，该生产线折旧及安装费用约为4060元/Km，折合每公里机械组装轨排比人工组装轨排节节约2340元/Km，深茂铁路合计组装轨排270.2Km，总计节约成本63.2万元。
五、结语
该套轨排自动化生产线设备及工艺具有结构简单、容易操作、生产效率高、精度高等特点，按质按量圆满完成深茂铁路轨排组装，确保了铺架工期；同时其施工技术代表了国内先进水平。深茂铁路第一条轨排自动化组装生产线意义重大，针对不同长度、不同型号的短轨排组装，研制出一套成熟的生产设备与施工工艺，为同类轨排生产提供参考。
参考文献：
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[3]吴启新，况勇.轨排生产线中的速差匀枕.铁道建筑技，1997.
[4]左转玲.轨排生产线升降平台液压系统的研究.筑路机械与施工机械化，2008.
作者简介：
涂金根，毕业时间及院校：2010年毕业于江西理工大学建筑与测绘工程学院。