M5-10型车载式布枕机研制及应用

郝银根

(中铁二十二局集团第二工程有限公司，北京 100141)

1 M5-10型车载式布枕机研制背景

1.1 无缝线路常用铺轨方式

根据线路特点、桥梁结构、梁型、施工组织不同，客运专线、客货混线等有砟无缝线路铺轨可采用一次性铺设无缝线路(使用SVM1000、CCPG500等铺轨机)、轨排铺轨(使用DPK32、PJ32等铺轨机)后换铺长轨、人工布枕铺长轨等多种形式。无砟轨道无缝线路一般采用WZ500等无砟铺轨机铺设。

1.2 WZ500推送长钢轨铺设有砟无缝线路试验

2012年初在广珠铁路进行了铺轨工艺性试验，采取挖掘机吊卸辅助人工摆放轨枕，然后使用WZ500铺轨机纵向推送500 m长钢轨，完成铺轨15 km。

挖掘机吊卸辅助人工摆放轨枕的主要弊端是:挖掘机扰动道床后轨枕纵向不平顺影响推送;人工作业布枕精度低;人工和机械成本高;不符合机械化、标准化要求;工人劳动强度大、作业效率低下，人工布枕速度慢，无法满足客运专线机械化、标准化、高精度、高效率的施工需要。

1.3 M5-10型车载式布枕机研制背景

柳南和南黎高速铁路轨道工程需铺设无缝线路457 km，需3套铺轨机:SVM100和CCPG500长轨铺轨机各一套，第3套拟研制专用布枕装备，采用“专用布枕装置布枕，WZ500铺轨机推送长钢轨”的铺轨方式。采用这种方式铺轨，前期试验中WZ500一般在90 min内可以完成一对500 m长钢轨推送，铺轨效率主要取决于布枕速度。本文研制以轨枕运输车为基础的专用布枕装置来提高布枕速度和布枕精度，实现高效率、高质量铺轨。

2 M5-10车载式布枕机工作原理、结构和功能

2.1 设计思路

M5-10车载式布枕机设计参照SVM1000铺轨机的轨枕输送吊车结构，采用轮轨走行方式，运行于SVM1000，CCPG500等型号铺轨机的枕轨运输车上。设备通过电子、机械、液压等控制装置和机构，配合人工操作，自动布设轨枕到邻线道床上。

2.2 布枕机性能参数(表1)

表1 M5-10车载式布枕机性能参数

2.3 设备构成

车载式布枕机由大车总成、布枕小车、可折叠悬臂、安全支柱、匀枕布枕架、电控及液压系统等组成，见图1。

2.4 设计和工作原理

大车总成为单臂车载门式起重机结构，由主纵梁、主横梁、支腿、走行装置、安全装置、配重等组成，可在铁路平车上铺设的轨道上走行，并可由PLC+计程轮精确计算并控制大车走行距离。

图1 M5-10车载式布枕机

匀枕器由吊架、取枕器、横向开合机构和纵向伸缩机构组成，设纵向与横向定点控制。轨枕间距是依靠液压油缸自动控制技术，当达到设计数据0.6 m时，油缸阀块自动闭合，停止工作。

吊枕小车由吊枕小车钢结构、滑轮、走行轮、限位装置等组成。吊枕小车有起始点与作业点两个停车位置，操作人员根据液晶显示屏数据采用手动定位控制系统来实现中线准确对位，停车精度±10 mm。

动力系统采用输出功率30 kW的柴油发电机组。

电控系统由主电源控制子系统、大车走行控制子系统、大车支腿高度调整及匀枕器伸缩与开合控制子系统、起重与拖拉控制子系统等组成。其中起重、拖拉及大车走行均采用变频调速(起重功率为4.5×2 kW、拖拉功率为1.5 kW、大车走行功率为1.5×4 kW)。大车走行测距与布枕定位采用PLC+计程轮精确控制大车走行距离。

整机液压系统由大车支腿高度调整、匀枕器伸缩及开合液压子系统等组成。

2.5 工效

一次铺设7根轨枕，一个工作循环周期约3 min，每班(8 h)可铺枕约1 120根，折合长度约672 m。

2.6 应用范围

双线有砟线路在SVM1000等长轨铺轨机完成一条线路铺轨的基础上，配合枕轨运输车和无砟铺轨机，实现邻线布枕。

3 布枕机抗倾覆安全性检算

布枕机外形轮廓尺寸如图2所示。

图2 布枕机外形轮廓尺寸(单位:mm)

有关参数计算如下:

①起吊7根轨枕重量G1=29.4 kN;②吊轨小车与匀枕器重量 G2=21.2 kN;③悬臂梁重量 G3=6.0 kN;④2 t×6 m电动葫芦重量G4=1.8 kN;⑤3 t×6 m电动葫芦重量G5=G6=2.4 kN;⑥配重G7=60.0 kN;⑦后支腿与主纵梁重量G8=16.0 kN;⑧前支腿与主纵梁重量G9=17.0 kN;⑨发动机与司机室重量(含支架)G10=10.0 kN;⑩主梁重量G11=15.0 kN。

线路超高150 mm，车辆旁承及转向架弹簧下沉量取12 mm。

由线路及车辆本身引起的倾斜度a=(150+12)/1 435=0.11。

抗倾覆性能检算如下:

倾覆力矩 M1=G4×2 067+G5×2 650+G6×2 967+G7×3 235+G8×3 000+G10×2 370+G11×1 500=305.5 kN·m

抗倾覆力矩M2=(G1+G2)×3 500+G3×2 350+(G3+G4+G5+G6+G7+G8+G9+G10)×a×2 104=217.5 kN·m

抗倾覆系数u=M1/M2=305.5/217.5=1.40≥1.3，可满足抗倾覆要求。

由于该布枕机支腿设有超高调整装置，在调试过程中，出于安全考虑又增加了安全支撑装置，因此实际工况与计算所采用的极限工况相比更为有利。

4 作业流程

1)作业准备:将待铺线路道床清理干净，道砟压实平整;设备配合人员检查待布轨枕装枕质量、操作人员检查设备油路电路、启动发动机、检查操纵系统等。

2)对位:轨枕运输车以5 km/h的速度按上一次铺轨点和大车对位。

3)设定基准:对位完成后，操作手操作大车走行控制系统设定大车走行起点(由技术人员提供施工里程)。

4)大车走行至取枕位置:匀枕器横移至取枕位置，大车走行到合适的取枕点(每辆平车上装有定点传感器，适合大车自动停靠在合适的取枕点，以提高对位效率)。

5)取枕:放下取枕器，操作开动取枕器的开合机构、夹枕、提升匀枕器至固定位。操作过程中，辅助人员检查开合机构是否操作正确。

6)大车走行至布枕位置:大车走行，自动停在布枕点，立支腿。

7)匀枕、布枕:横移取枕器至邻线布枕点，放下匀枕器离地约100 mm，操作纵向匀枕机构，将轨枕间距匀到(600±10)mm，2名辅助人员协助匀枕器对准布枕标靶，继续下放匀枕器直至轨枕平稳落在道床之上。

8)落枕:操纵横向开合机构，放下轨枕(自动控制枕间距)，提起匀枕器。

9)操作纵向匀枕机构，收拢取枕器。

10)继续提升匀枕器至固定位。

11)横移匀枕器至取枕位置。

重复4)～11)步骤，进行下一轮布枕作业。

5 M5-10型车载式布枕机的优点

1)利用邻线快速准确布枕，解决了使用挖掘机+液压散枕装置布枕、人工布枕等长轨工艺带来的施工误差，减少了匀枕、方枕、拨道等工程量，降低了劳动强度，提高了铺轨效率。

2)通过在运枕列车两侧设置走行轨道，并采用车载单臂门式布枕方案，成组布放邻线轨枕。每组轨枕间距采用无极预设定位装置，各组轨枕之间的间距采用测距轮保证其间距。横向采用自动定位传感器控制其中线位置，自动控制，布枕精度高，满足质量要求。

3)一次布枕数量大，可达7根，几乎是挖掘机+液压散枕装置布枕效率的2倍。

4)根据配套轨枕运输车每层装枕根数不同，布枕数量可在3～7根之间动态调整，做到布枕效率的最大化。布枕时枕间距可根据线路技术标准无级调整。

5)经济环保，节能减排，燃油消耗成本低。发动机总功率30 kW，仅为200型(1 m3)挖机功率的1/6。

6)使用范围广，不仅可在路基地段使用，桥隧地段同样可进行布枕施工;不仅可在正线使用，也可在大型铁路站场货场使用。

7)设备构思巧妙，结构简单，操作简便，维修方便，转场快速灵活，使用成本低，与SVM1000等大型长轨铺轨机相比有无可比拟的优越性。

6 施工效果及评价

2012年11—12月间，M5-10车载式布枕机成功应用于柳南和南黎高速铁路正线轨道工程施工中，用时50 d，共布设轨枕74 km，日平均作业1.5 km。2013年4月，该设备在来宾北站、黎塘西站和五塘站共布枕15 km。施工期间经检测布枕的各项技术指标均满足设计要求。与其他工艺相比较，铺轨后方枕数量明显减少，后续整道作业中线拨道量小，基本控制在10～15 mm，施工质量和效率达到预期目标。M5-10车载式布枕机和WZ500长轨推送铺轨机总价值仅260万元，设备100%国产，零部件购置和维修方便快捷，使用和维修成本极低，设备性能稳定可靠，故障率低，在SVM1000和CCPG500铺轨机频繁发生故障的情况下昼夜布枕铺轨，对保证工程进度和工期发挥了重要作用。

7 结语

M5-10型车载式布枕机在柳南和南黎高速铁路正线轨道铺轨工程中得到成功应用，下一步拟将该装备应用于吉图珲铁路客运专线铺轨施工中。M5-10型车载式布枕机为铁路双线有砟线路和大型站场铺轨提供了新方式，对相关单位同类型铺轨施工具有参考价值。

［1］邱建都.BZ1500/5无砟轨道轨枕吊装布设装置的研制［J］.科技与生活，2012(11):197，207.

［2］纪占玲，李恒灿.铺轨机布枕机构的创新设计与实践［J］.铁路标准设计，2011(7):12-14.

［3］李向辉.应用CPG500型长轨条铺轨机铺设无缝线路施工技术［J］.中国新技术新产品，2010(6):136.

［4］陈孟强，李世龙.CYP500型群枕式长轨铺轨机组关键技术及应用工法［J］.铁道工程学报，2013(7):34-39.

［5］薛学勇.DPG500型长轨条铺轨机组组成及关键机构［J］.建设机械技术与管理，2010(9):91-95.