铁路有砟轨道智能铺轨成套装备及关键技术研究

韩连军

（中铁一局集团新运工程有限公司，咸阳 712000）

1 铺轨机组自动巡航走行定位技术

1.1 背景

我国铁路迎来了高速、大容量、智能化的新时代。在此背景下，铺轨机组作为铁路建设中不可或缺的关键设备，社会对其效率和精度的要求越来越高[1]。传统铺轨作业主要由人工操作，存在时间长、效率低的问题。为了满足铁路建设的新需求，提出了自动巡航走行定位技术。该技术将先进的自动化技术引入铺轨施工，提高了整体工程的施工水平。在当前铁路建设的大背景下，追求更高效、更准确的施工方式已成为必然。

1.2 系统规划与实现

自动巡航走行定位技术的核心在于对系统的全面规划与智能实现。虚拟走行线路的规划，要求系统能够充分理解工程场地的复杂性，为铺轨机提供准确的走行路线。系统设计应考虑多种变化因素，如地形、气候、工程要求等，以确保系统能够在各种条件下稳定、可靠地自动巡航。系统设计的关键点在于确保虚拟走行线路的高度仿真，准确反映实际施工场地的复杂特征。这需要系统具备强大的计算能力，能够智能计算铺轨机头坐标与走行线路的偏移距离，以达到精准巡航的目的。

应用定位技术是自动巡航走行定位技术的关键所在。在路基地段，系统利用北斗、全球定位系统（Global Positioning System，GPS）等卫星定位技术，能够有效减小位置误差，确保铺轨机的高精度定位，为铺轨施工提供坚实基础。系统还需要在隧道等有限空间内智能引导铺轨机巡航，因此以全站仪引导作为确保铺轨机在复杂环境中自动巡航的重要手段。通过多技术的协同应用，定位技术为铺轨作业提供了高精度和高效率的双重保障。

2 新型长钢轨牵引车

2.1 创新功能

新型长钢轨牵引车的设计目的在于提高轨道线路施工的效率和灵活性。它不仅能够高效、便捷地完成有砟轨道和无砟轨道的施工，而且能够实现有砟施工与无砟施工的无缝切换。自动夹轨技术的引入是一项重要创新，通过智能夹持铁轨，有效提高了铺轨的操作效率。自动夹轨作为创新功能之一，通过感知铁轨的位置和形状，使牵引车迅速、准确地夹住铁轨，从而实现了高效铺设。它不仅提高了施工的连续性，还减轻了操作人员的劳动强度，提高了施工过程的智能化程度。

整机跨线转移功能的实现，使车辆能够轻松适应复杂的施工场景，实现多线路间的高效转换[2]。新型长钢轨牵引车在施工现场长途转场时无须解体，极大地提升了施工便捷性。这种车辆便捷转场方式直接加快了整体的施工进度，无须解体的设计降低了施工现场的复杂性，使得车辆能够更加快速地适应新的工程环境，有效提高了作业效率。自动夹轨和整机跨线转移功能的引入，使得牵引车能够在不同线路之间无缝切换，为工程的顺利推进奠定了基础。

2.2 实际效果

通过全面发挥创新功能的作用，线路施工得以实现无缝切换和高效操作，大幅提升了施工效率。自动夹轨技术的应用使铺轨作业更为智能化，减少了对人工的依赖。牵引车的便捷转场方式提高了工程施工的灵活性，使牵引车可以迅速适应不同工程的要求[3]。

3 扣件智能安装车

3.1 创新安装方式

新一代扣件智能安装车融合了机器人技术和先进的视觉定位系统，创新了铁路施工的安装方式。传统的扣件安装方式通常依赖人工，而新型智能安装车通过引入机器人，实现了人机协同作业，提高了安装效率和准确性。机器人在扣件安装中的应用，不仅减轻了人工负担，还能够根据预设程序实现高度精准操作。视觉定位系统的引入使得机器人能够感知并“理解”周围环境，更加准确地定位扣件的安装位置。这种创新的智能化安装方式，为扣件安装提供了更为可靠和高效的解决方案。

3.2 室外工程应用

扣件智能安装车不仅在室内工程中发挥着重要作用，也在室外工程中表现出色。为适应室外工程的复杂环境，研发团队专门开发了适用于室外环境的高效视觉定位系统。该系统在不同的天气、光照条件下均能稳定运行，为扣件的智能安装提供了技术支持。室外工程环境常常受到自然因素的影响，如天气、光照变化等，而传统的安装方式难以在这些复杂条件下保持高效性。通过引入适用于室外工程环境的视觉定位系统，新型扣件智能安装车在各种天气条件下都能稳健运行，使得安装作业更具健壮性和稳定性。

3.3 效果验证

通过配备螺母紧固工具和力矩显示功能，新型扣件智能安装车成功实现了智能安装方式。螺母紧固工具确保了扣件的牢固连接，而力矩显示功能则实现了安装过程中扭矩的实时监控。实践证明，这种全新的智能安装方式不仅提高了扣件的安装速度，而且确保了每个扣件的精准安装。智能安装车在执行安装任务时能够根据实际情况自主调整，以适应不同的工程环境。

4 有砟轨道智能捣固

4.1 技术原理

有砟轨道智能捣固技术的核心在于采用了新型惯性导航仪，并基于单点和多点绝对控制的精密相对测量原理。这项技术的引入使得捣固作业能够被更准确地感知和控制，实现轨道状态的高精度监测和捣固。新型惯性导航仪的使用为捣固机械提供了更精准的导航和位置感知能力[4]。通过单点及多点绝对控制的精密相对测量原理，系统可以实时获取捣固机在轨道上的位置信息，确保捣固作业在规定的轨道范围内进行。这样不仅提高了捣固精度，还使作业过程更加高效和可控。

4.2 技术突破

有砟轨道智能捣固技术在轨道几何状态检测方面实现了重大突破。通过引入先进的测量技术，系统能够快速检测轨道的几何状态，包括高程、平整度等，进而及时调整捣固机的工作参数，确保每次捣固都能达到预定标准。这一智能化作业方式提高了施工的自动化程度，为稳定的轨道质量提供了可靠保障。为进一步提升系统的性能，将系统升级为GVA486 系统。新增轨道参数自动引导记录系统是新系统的一大亮点，实现了轨道测量数据的无线传输。系统升级改造使得捣固机在捣固作业中能够更加灵活地获取和处理轨道数据。轨道参数自动引导记录系统的引入提高了系统的智能化水平，使系统通过无线传输，将轨道测量数据及时传送给控制系统，为捣固作业提供实时反馈。GVA486 系统使有砟轨道智能捣固技术在能够更好地适应不同的工程环境和复杂条件，提高了铁路轨道施工的智能化水平和作业效率。

5 钢轨焊接绿色技术及成套装备

5.1 新能源供电系统

钢轨焊接绿色技术及成套装备的创新点体现在对新能源供电系统的应用上。为改善焊轨现场作业环境，提高工效和焊接质量，研发团队引入了先进的新能源供电系统。该系统采用磷酸铁锂电池代替传统的小型汽油发电机，为焊接作业提供清洁、高效的能源。新能源供电系统的应用有效降低了焊轨作业现场的噪声和环境污染，还减少了有害气体的排放，符合绿色环保的发展理念。通过采用新能源供电系统，焊轨作业环境得到了明显改善。

5.2 除锈打磨机

除锈打磨机的创新设计是该技术的又一亮点。除锈打磨机采用磷酸铁锂电池供电系统，摆脱了对传统小型汽油发电机的依赖。同时，除锈打磨机实现了无线遥控操作，减轻了工作人员的劳动强度，提高了作业安全性。此外，除锈打磨机可以同时完成钢轨两个侧面的打磨工作，不仅提高了操作便捷性，还提高了打磨效率和质量。总的来说，除锈打磨机在能源利用上更环保，为焊轨作业提供了更加现代化和智能化的工具。

5.3 环保性与安全性

环保性和安全性是钢轨焊接绿色技术的两大亮点。为减少有害尾气排放，焊接装备引入了磷酸铁锂电池供电系统，不仅确保了电能的高效供应，而且减少了噪声和空气污染，避免对环境造成负面影响。此外，设计七氟丙烷自动灭火系统，为焊接作业的安全性提供了全方位的保障。钢轨焊接绿色技术的应用，使焊轨作业兼具安全性和环保性，为铁路建设提供了更加可持续和安全的工程解决方案。

6 移动式钢轨中频正火作业车

6.1 关键技术

电磁感应正火技术是移动式钢轨中频正火作业车的核心技术之一。通过电磁感应加热原理，该技术能够实现对钢轨接头的局部加热，确保正火的精确度和均匀度。应用该技术不仅提高了正火作业效果，还降低了对整个钢轨的热影响，有效保障了钢轨的质量和稳定性。

自动温控双频技术则进一步提升了正火作业的智能化水平。该技术能够实时检测钢轨接头的温度，根据实际情况自动调控加热功率和频率，确保正火温度处于合适范围内。自动温控双频技术的引入，不仅提高了正火精度，而且降低了操作人员的作业难度，提高了作业的便利性和安全性。

6.2 遥控操作系统

移动式钢轨中频正火作业车采用遥控操作系统，实现了整个作业过程的远程操控，使用操作人员可以通过遥控手柄控制正火作业车。作业车自带动力走行功能，可以通过遥控手柄灵活操控，实现对车辆的精准定位，为正火作业提供更大的机动性。操作人员能够根据实际情况调整车辆位置，确保正火覆盖范围和质量。这种操控方式不仅提高了操作的便捷性，还能避免操作人员长时间暴露在高温环境中，有效降低了劳动强度。

7 自动化精磨机

7.1 设备构成

自动化精磨机的核心在于其复杂而精密的设备构成。机架作为整个结构的支撑，保证了设备的稳定性和可靠性。仿形架承担了对焊接接头形状进行复制和仿形的功能，保证了打磨的精准性。进刀箱和打磨电机作为整个系统的动力和执行部分，负责打磨作业。机架的稳定性和仿形架的准确性对于自动化精磨机至关重要。机架采用高强度合金材料，经过精密制造和调试，确保其在高速运转中不产生振动和变形；仿形架通过先进的传感器和控制系统，能够准确感知焊接接头的形状，为后续打磨操作提供精准参考。这些设备的协同工作，为精磨作业奠定了坚实基础。

7.2 自动检测系统

自动化精磨机的自动检测系统是一大特色。该系统通过高精度传感器实时检测钢轨接头的打磨平直度，并通过反馈控制实现对打磨质量的精细调整。这一自动检测系统的引入，使得打磨操作具有更高的智能化程度和精准性，有效提高了焊接接头的质量。通过自动检测系统，可以在打磨过程中实时监测打磨平直度的变化，一旦发现异常立即做出调整，确保平直度符合标准要求。这种即时反馈机制不仅提高了作业效率，而且保证了焊接接头的质量和稳定性。

自动化精磨机还采用了遥控操作系统。通过遥控组件，操作人员可以在安全距离内控制精磨机，实现快速且精确的精磨操作。遥控操作方式提高了作业安全性，使得操作人员能够更灵活地调整设备的运行状态，确保打磨效果最佳，还减轻了他们的劳动负担，提高了工作的舒适性。由于遥控操作系统的灵活性，操作人员可以根据实际情况动态调整打磨参数，以适应不同焊接接头的形状和材质。

8 钢轨闪光焊远程监控诊断系统

钢轨闪光焊远程监控诊断系统的引入标志着我国铁路建设进入数字化和智能化的新阶段[5]。该系统以其先进的技术特性在铁路施工中发挥着关键作用，为提高焊轨施工效率、质量和安全性提供了强大支持。通过远程监控与集中管理，该系统实现了对全国范围内多个施工点的焊轨机性能和焊接质量的实时监测。作业管理人员可以随时获取每台焊轨机的运行状态、效率和质量指标等关键信息，为决策提供及时、全局的数据支持。这种远程监控的应用不仅提高了作业管理的时效性，而且为跨地域、大范围的铁路施工提供了便捷的监测手段。

系统的异常曲线监测功能具有重要意义。通过实时分析焊接曲线，系统能够及时发现焊接过程中的异常情况，减少焊接质量风险，避免潜在的焊接问题。该功能使得钢轨闪光焊远程监控诊断系统成为焊轨施工的质量控制手段，在保障施工质量的同时提高工程效率。

在安全方面，系统设有报警系统和远程操作功能，为焊接作业提供了全方位的安全保障。报警系统能够实时监测施工现场的安全状态，一旦发生潜在安全风险事故，能够迅速响应并发出警报。而远程操作功能为操作人员提供了更加灵活、安全的操作方式，减少了操作人员与设备间的直接接触，降低了操作风险。这种安全设计在铁路施工中尤为重要，有助于防范事故发生，确保焊接作业平稳进行。

9 结语

自动化和智能化手段显著提高了我国铁路建设的施工水平，解决了传统铺轨方式效率低下的问题。新技术的应用不仅推动了铁路建设向机械化、绿色化、智能化的方向发展，而且在提高效率、确保安全、降低环境影响等方面取得了显著成果，为我国铁路迎接高速、大容量、智能化新时代提供了支持。这些先进技术推动着我国铁路事业朝着更加绿色、智能的方向迈进，为实现“双碳”目标贡献力量。