TBV-25铁路吸昨车技术方案分析及应用

0引言

铁路线路的养护和维修质量对保障铁路运输安全和提升运力至关重要[1]。在长期运行状态下,铁路有昨线路道床会出现板结、翻浆冒泥、石昨磨损等问题,造成线路弹性减小、减震效果差等,导致线路与列车缓冲不足[2],进而造成行车安全隐患。道床石昨更换作为线路养护的关键环节,对保障道床排水畅通和维持良好弹性意义重大[3]。目前在铁路有昨线路正线区域,主要采用清筛机进行线路养护,该设备可将脏污道昨从轨枕下挖出,通过输送系统将其抛至物料运输车或线路两侧,并回填新昨至道床以恢复其透水性和弹性。然而,在复杂道岔、站台及线路附属设备较多的特殊区域,由于空间和设备限制,既有装备无法满足线路机械化换昨作业需求,只能依靠人工进行换昨作业,存在效率低、成本高、安全隐患大等问题,成为线路养护的瓶颈。

香港铁路公司东铁线上下行线路总长68 km,距离上一次道昨更换已超过三十年,由于天窗时间短、线路限界小、道床设备杂等限制,缺乏相应的机械化换昨设备,线路道昨存在不同程度的污染、板结、磨损、流失等病害,影响可维护性,对营运构成潜在的安全性风险,亟须引入一台能够高效完成道昨更换的养路机械设备。针对上述问题,研发了一款适用于铁路有昨线路特殊区域机械化换昨作业的TBV—25

铁路吸昨车。

1铁路吸昨车整机概述

铁路吸昨车以平车为搭载平台,上部搭载了搅吸装置、多自由度机械臂、输送系统、收集过滤系统、风机系统、液压系统、动力系统及电气系统。铁路吸昨车由两节车组成,包含动力车和吸收车(图1)。该车配套道昨收集回填车,能够对有昨线路特殊区域的污昨进行挖掘、吸收及存储。

动力车主要由动力系统、液压系统、风机系统、液压散热器、2号输送带、柴油箱、水箱、液压空压机组及电气柜构成,通过平车连接平台2与平车相连,连接平台可满足整体吊装需求。由于风机功率较大,为提高传动效率,发动机通过传动系统直接与风机动力输入轴连接;风机进风管道采用导流板设计,使入口气流速度分布均匀,优化了风机工作状态。风机工作时噪声较大,最大可达120dB,经消声器处理后,噪声可降至85 dB以下;输送带系统由2号输送带和回转抛带组成,回转抛带可360O旋转,横向抛料距离最远可达距轨道中心线6 500 mm处。

吸收车主要由1号输送带、多 自由度机械臂、收集过滤系统组成,通过平车连接平台1与平车相连,同样可以通过连接平台整体吊装,以便于铁路货运平车年检。装置布置有两套多自由度机械臂,多自由度机械臂由机械臂和吸收管道组成;高速的吸收气流混合污昨,通过吸收管进入收集过滤系统。收集过滤系统由两级重力除尘器与精滤器组成,污昨在重力除尘器中与气流分离,并通过卸料口进入下方输送带1上,由输送带1运输至后方动力车输送带2,气流经过精滤过滤后,通过管道进入风机。

其主要结构参数及性能参数如表1和表2所示。

2 主要结构特点

2.1 连接平台

铁路吸昨装置集成于两节平车上,装置安装于连接平台上,连接平台与平车采用可拆卸的连接方式,装置与连接平台可以整体起吊安装,以便于平车的年检维护,车架的设计应满足装置整体起吊的结构强度要求。

连接平台是整机结构中重要的承载部件,整机其他零部件主要通过焊接、螺栓连接、铆接等方式固定在连接平台上。连接平台作为重要的承载传力部件,同时要满足整体吊装的机构强度要求。其设计遵循TB/T1335—1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》以及GB/T25337—2010《铁路大型线路机械通用技术条件》。根据标准及大型养路机械实际应用要求,垂向弯曲刚度按挠跨比1/700标准设计(引进车型均按欧标1/300标准设计,已在国内成功应用近30年)。

2.2 收集过滤系统

吸昨车石昨收集采用吸送式物料收集系统,收集过滤系统是整个设备的主要工作装置之一,主要用于实现物料与空气的分离过滤,再对分离后的含尘气体进行净化处理,既能减小风机叶片磨损,同时能满足风机出风粉尘排放浓度达标。除尘系统在设计时,应满足以下要求:

1)满足装料能力、最大卸料粒径和过滤精度要求;

2)满足整体气密性要求;

3)结构设计应满足整体吊装要求;

4)满足便于安装、检修的要求。

整个收集过滤系统三个室设计为一体式结构,主体采用耐磨钢板通过焊接形成密闭空间,外部还有矩形管拼焊的框架,以保证除尘系统有足够的强度;整个除尘系统由支腿通过螺栓与平台连接。除尘器内部各室之间通过隔板隔开,在隔板上开有相应的连接口。由于滤芯是易损部件,需要经常更换,因此精滤室上盖设计为可拆卸式,喷吹清灰用的电磁脉冲阀和喷吹管等直接固定在顶盖上,更换滤芯时只需将顶盖吊起就可进行更换,避免更换滤芯时还需拆除喷吹管。精滤顶盖和除尘系统主体采用法兰通过螺栓连接紧固,并用橡胶垫实现密封。

2.3风机系统

风机是为整个装置提供负压吸送的动力源[4],通过整个装置的压损、吸送物料风速及生产效率等确定风机参数,以保证所选风机能满足整个装置需求。风机系统主要包含高速离心风机、风机进气管道、风机出气管道、消声器。

2.4输送带系统

输送带系统的作用是将除尘系统卸下的道昨输送至车组末端,送至道昨收集回填车集中收集或抛送至道床一侧。TBV—25吸昨车输送带系统由三条输送带组成,包括安装于吸收车承接除尘系统物料的1号输送带、安装于动力车用于承接1号输送带物料的2号输送带、安装于动力车用于承接2号输送带物料的旋转抛带。除尘系统收集的道昨经卸料器落料口落入1号输送带,1号输送带将道昨输送至2号输送带,2号输送带将道昨输送至旋转抛带,最后由旋转抛带将道昨输送至道昨收集回填车集中收集,也可直接将道昨抛至道床一侧。

2.5 动力系统

动力系统由柴油发动机、弹性联轴器、分动箱、离合器、传动轴、各液压泵及其相关附件组成。发动机为动力系统提供转速和扭矩输出,通过分动齿轮箱进行分配,增加输出、调配传动比,按需要将动力提供给各工作机构、驱动轮等。

动力系统的安装包括弹性联轴器、分动箱、离合器、传动轴等。弹性联轴器装在发动机飞轮上,分动箱通过法兰与飞轮壳连接,其输入轴轴端法兰与离合器相连接,花键端轴向插入弹性联轴器安装,无须另用接头固定,安装简单,可以补偿主动端和从动端的安装偏差,其作用是在启动、传力、停车时保证发动机、作业泵及走行泵的平稳、柔和,更有利于系统的安全和延长使用寿命。离合器传动轴通过法兰、螺栓连接。

3施工组织方案

有昨线路特殊区域的机械化换昨作业主要内容包括线路测量、旧昨收集、新昨回填、人工捣固及线路复测,无须拆除线路附属设备。其施工车辆编组顺序为:旧昨收集车(1台)+铁路吸昨车(1台)+新昨回填车(1台),具体如图2所示。

换昨作业共有3个步骤:前期准备、线路机械换昨作业、作业后线路恢复。

第一步:前期准备。施工作业前一天,对回填车进行新昨补充。石昨汽运至货场指定位置,采用带贝壳斗的吊机完成新昨的补充。若在国铁施工也可采用边坡清筛机将线路边坡区域的石昨挖起,通过振动筛(需进行改造将振动筛前端筛网拆除)、污土带及旋转抛带输送至回填车内,完成新昨的补充。

第二步:线路机械换昨作业。线路测量后开始第一次5根轨枕吸昨作业后,吸昨车退后5根轨枕吸昨(保障道床不沉降),道昨收集回填车及时对道床填充新昨;新昨回填过程中吸昨车同步进行下一组5根轨枕吸昨作业,依次循环。

第三步:作业后线路恢复。辅助人员进场,使用手持式捣固机对换昨区域进行捣固;整理道床,清除顶部道昨以确保轨枕表面、轨道电缆或任何轨道设备不被覆盖。线路复测并记录参数。

4 现场运用

样车在香港地铁东铁线进行道岔区域换昨作业,如图3所示。作业时间90 min,完成道岔区域20根轨枕换昨作业,作业效率达到设计要求,整车性能稳定。作业区域为线路道岔区域,且地铁线路两侧空间狭小,线路附属设备(电缆线、转辙器等)较多,传统线路清筛机、公铁两用挖机等均无法在该区域进行机械化换昨作业,以往只能依靠人工作业。

TBV—25铁路吸昨车投入运用以来,运行里程达34 000 km,作业时间在2 000 h以上,圆满完成香港铁路东铁线道岔换昨工程。通过解体检查,样车技术状态正常,整车及关键零部件性能良好,满足运用要求,运用考核和解体检查合格。

5 结束语

针对铁路有昨线路特殊区域无法实现机械化换昨作业的难题,基于气力输送原理研制了TBv—25铁路吸昨车,通过集成搅吸装置、多 自由度机械臂、输送装置、新型收集过滤系统、风机系统、液压系统、动力系统及电气系统,连挂道昨收集回填车可实现有昨线路特殊区域的机械化换昨作业。其最大挖掘范围可达4 500 mm(距离线路中心),最大挖掘深度600mm(轨枕底面往下),最大吸昨效率25 m³/h。

现场应用结果表明,铁路吸昨车施工组织方案合理可行,车辆性能良好。与道昨收集回填车组合进行机械化换昨作业,能够显著提升线路特殊区域换昨作业效率及质量,并降低安全风险,解决长期困扰有昨线路特殊区域换昨作业中无机械化施工手段的行业难题。

[参考文献]

[1]刘志军.加快推进我国铁路现代化建设 为经济社会又好又快发展提供可靠运力保障[J].铁道经济研究,2007(5):1—7.

[2]王青波.大秦线人工更换桥梁道昨施工技术[J].铁道建筑技术,2015(2):66—69.

[3] 陈鹏,谢家乐,井国庆.城市轨道交通有昨轨道的应用及养护维修探讨[J].都市快轨交通,2023,36(4):146—153.

[4]姜彩生,刘春风,李庆华,等.真空抽吸装置的运行分析[J].华东电力,2003(3):39—41.

《机电信息》2025年第23期第21篇