六枪头聚氨酯固化道床浇注设备研究

张锐 王鹏 高春雷 何国华 周佳亮

中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，北京 100081

聚氨酯固化道床是在全新铺设的有砟道床中，同时浇注两种液态聚氨酯材料（A组分与B组分），两种原料在道床内发生化学反应，膨化固结的过程中将石砟间的缝隙填满，与石砟形成一种弹性整体结构［1］。聚氨酯固化道床兼具有砟道床、无砟道床的优点，有利于减少有砟轨道的养护维修工作量，同时能够降低振动和噪声，为轨道交通提供了一种新的轨道结构形式［2-3］。国内的聚氨酯固化道床施工大多是试验段等小规模施工，浇注施工设备皆为小型设备［4］，在大规模聚氨酯固化道床施工时，施工效率低，无法进行连续作业。因此，新研发的浇注设备，应能够实现在正线区段进行大规模、高效率的道床浇注施工，还应该便于操作、并自带走行功能。

浇注施工时，聚氨酯材料在膨化固结的过程中，会产生向上的膨胀力［5］，现有设备多为单枪头浇注设备，需要在一个枕木两侧进行多次浇注，这样不仅施工效率低，还可能造成轨枕整体受力不均，从而导致两侧的轨道高程不一致，轨道变形量不可控。因此，需要设计能够多点位同时浇注的设备，一次完成一个枕木浇注点位的同时施工。

1 总体设计方案

聚氨酯固化道床正线区段施工，每个枕木两侧需要浇注12个点位［6］（图1），因此新设计的浇注设备安装有6个浇注枪头同时进行浇注作业，以保证轨道整体受力均匀。为控制聚氨酯浇注施工中的轨道变形量［7］，还需要对道床整体施加向下的持续压力，可以利用保压块与设备自重设计道床保压装置。

图1 浇注点位示意（单位：mm）

新设计的六枪头浇注设备分为浇注系统、走行系统两部分（图2）。浇注系统由浇注装置、原料供应装置、管路拖链、液压泵站等组成。走行系统由浇注小车、枪头移动平台、道床保压装置、连挂装置等组成。

图2 六枪头浇注设备整体布局示意

2 浇注系统

浇注系统由6套高压浇注枪头、2组原料供应装置（A组分、B组分原料各6个供料泵站，共12个）、2组液压泵站、管路拖链等部分组成，安装在浇注小车上，通过原料输送管路与预混系统连接。浇注系统原理如图3所示。

图3 浇注系统原理示意

2.1 浇注装置

按照浇注点位要求，将6个浇注枪头并排布置在一个滑道上，每个浇注头能够左右移动，如图4所示。每把枪头可自动设定料比、流量、注射时间等，枪嘴注料后的残留原料通过高压气体自动清理。

图4 浇注枪头布局

由于A组分、B组分原料混料比例要求精度较高，每个浇注枪头只能单独供料，故6个浇注头有多根管道与原料供应装置、液压泵站相连，见图5。同时每个浇注枪头还需要与一根气动管道和多根控制电缆相连，导致浇注枪头与供料装置的连接非常复杂。故采用快换接头进行连接，方便六枪头浇注装置的收放。浇注小车与平车上的预混系统使用快接管路相连接，方便浇注小车的拆装。

图5 六枪头浇注装置

2.2 原料供应装置

原料在进入浇注枪头之前，需要经由供料泵站提高原料压力，以达到最佳混合效果。两种原料按比例进入浇注枪头混合舱内，经高压碰撞混合后达到均匀混合状态，从出料口流出。不浇注时，原料经供料泵站后还可以在管路中形成高压循环，能够防止原料发生沉积。

A组分、B组分原料供料泵站工作压力控制在6～22 MPa，若超出此范围，设备自动停机并发出警报。

2.3 浇注管路拖链

由于每个浇注枪头配有4个原料管路、4个液压管路，因此整套浇注设备共有48根管路。在浇注枪头移动平台向前移动时，需要设计管路拖链对管路进行支撑，管路平行铺设在拖链上，拖链可随移动平台前后拖动，能够保证管路在移动过程中不要外力拖拉，防止管路松动。

3 走行系统

浇注小车通过连挂装置能与NX70型平车或地铁用平车连挂，由轨道车推动走行作业。浇注枪头安装于移动平台上，各浇注枪头位置能够通过滑道进行调节，移动平台通过电动推杆和导轨导槽与浇注小车主构架连接，可沿着钢轨方向移动，实现固化道床浇注的连续作业。

3.1 浇注小车车架设计

浇注小车通过连挂装置与平板车连接，作业过程中由平板车推动小车前进。浇注小车构架由主构架和前构架组成。

主构架由方管和矩形管焊接而成，主要用于安装和承载原料供应装置、电动推杆、控制柜、防雨棚、制动装置安装座、连挂装置安装座等。前构架也由方管和矩形管焊接而成，主要用于安装和承载六枪头浇注装置、管路托链、保压配重块等。

3.2 道床保压装置的设计

新铺设的道床在未经聚氨酯固化前，轨枕的支点载荷能够影响相邻的两根轨枕［8］。其中，支点轨枕、相邻轨枕、次相邻轨枕所分配的载荷分别为总重量的40%、20%、10%，如图6所示。因此，利用设备的自身重量和配重块重量，设计了实时保压装置，对浇注过程中的每根轨枕都施加持续向下的压力，确保每根轨枕受到的向下压力都达到30 kN［9］。

图6 支点载荷示意

在浇注枪头移动平台上，放置1 t的配重块，能够保证在移动平台移动到最前端时，对轨枕的向下压力保持在30 kN。

3.3 浇注小车连挂装置

浇注小车通过连挂装置与平板车连接，在作业过程中，由平板车带动小车前进或者后退。主要组成部分为平车侧连挂装置安装座、车钩、车钩连接杆、弹簧缓冲装置、小车侧连挂装置安装座。弹簧缓冲装置能够吸收车辆运行过程中的冲击振动，车钩连接杆以车钩为轴，有一定的摆动角度，在车辆过曲线时能够保证浇注小车与平车之间的平稳连接，保障浇注小车随着平板车平稳前行。

4 结语

针对正线区段大规模聚氨酯固化道床浇注施工的情况，设计了一种高效聚氨酯道床浇注施工设备。在浇注系统的设计中，6个枪头在轨枕一侧的浇注点位上同时进行浇注，施工效率高，同时能够确保轨道整体受力平衡。在走行系统的设计中，利用设备自重以及配重块重量，设计了实时保压装置，能够有效控制聚氨酯浇注施工中的轨道整体变形。与现有的聚氨酯浇注设备相比较，六枪头浇注施工设备具有施工效率高、自带走行功能及道床实时保压功能、便于操作等优点，极大地提高了聚氨酯固化道床浇注施工效率，为现场施工提供了保障。