二次换铺中长轨存放台座及换轨车的研究与设计

二次换铺中长轨存放台座及换轨车的研究与设计

张梦龙

中铁十五局集团第二工程有限公司上海青浦区201700

摘要：根据工程要求结合新建阜六铁路的具体情况，介绍二次换铺中关键技术的研究及设计。具体包括：存放台座的设计，换轨车的设计及使用。

关键词：二次换铺法；存放台座；换轨车；设计及使用

一、工程概况

阜六铺架项目部承担了阜阳至六安铁路铺架任务，全线长度167.61公里，车站13座，工程总造价3.3亿元。本工程预铺25米工具轨，整道成形后换铺500米长钢轨。

为满足长轨存放要求及适应阜六铁路II标换铺长轨施工工艺，我项目部自行研究设计了长轨存放台座及换轨车，使用于该线换铺500m长轨施工作业中的长轨存放及更换。

二、长轨存放台的设计

1、长轨存放台座数量的确定

根据《焊接长轨轨吊运、存放规定（暂行）》存放台两端横担距轨端不大于2米，第二个横担距轨端不大于6米，中间横担间距不大于6米，确定存放台位数量为85个；具体设置为两端距轨端1.5米，第二个横担距轨端4米，中间横担间距为6米，计算公式为：82*6+2*2.5+2*1.5=500米。

2、长轨存放台座尺寸的确定

根据《焊接长轨轨吊运、存放规定（暂行）》施工现场临时存轨基地不应超过10层，而根据施工需要阜六铁路计划存轨80km，需存放500长钢轨320根。

按10层设计每层存放量递减一根，共需存放320根，计算可得第一层需存放=（320+45）/10=36.5根，故选择第一层存放量为37根，10层可存放325根，60钢轨底面尺寸为15cm，可得需台座长度为：37*0.15=5.55米，两边留出部分安全距离故台座长度取6米；

使用地基承载力测试仪器对存放区地基进行测试，得出此处地基承载力约为150KPa，故设计按照地基承载力为150KPa计算。由于按照需存放320根500长轨设计，故存放重量达到320根/KM*500m/根*0.06t/m=9600吨，根据设计图基础自重=85个*14.7m3/个*2.5t/m3=3123.75t；根据计算：127237.5KN（总受力）&pide;85（台座个数）&pide;150KPa（地基承载力）&pide;6m（台座长度）=1.663米（台座最小允许宽度），2.5m/1.663m=1.503≈1.5，故设计安全系数为1.5符合规定，设计台位扩大基础尺寸确定为6m*2.5m。（台座设计图见下图）

三、换轨车的设计及使用

1、换铺法换轨的方式

所谓换铺法就是在铺轨基地用25m工具轨生产出短轨排后，用铺轨机铺设一定长度的普通线路。短轨排铺设完毕后并经初步整道，保持线路基本平顺，然后用长轨运输车将焊轨厂焊接好的长钢轨500m运输至现场换下25m短轨，随后利用轨道吊车将短轨回收，运回铺轨基地重新利用。换铺法目前主要换轨的方式分为利用换轨小车车换铺、利用铺轨机推送换铺和采用新型组合式换轨车换轨作业三种方法。

组合式换轨车示意图

2、项目选用的组合式换轨车的优点

新型组合式换轨车是对换轨台车组的成功改进，它改长、短钢轨分体作业为一体化作业，改长、短钢轨交叉交换为平行交换，以平板车和装换轨设备取代小车组，改人工引轨为机械引轨，从而使得间接工时大大缩减；并且其走行平稳，拨动钢轨的力度较强，在曲线上作业时，悬臂梁可适当转移角度定位，使长、短轨走向与线路中线吻合，减少施工中撞轨的频率，进一步提高施工效率。

3、换轨车设计计算

（1）主臂计算

前导梁最大受力为换轨时长、短轨重量，合计G=30000N；

主臂总长L=8.5m；动滑轮组距转轴a=5m，动滑轮组距前导梁b=3.5m；

动滑轮组处拉力向上分力Fy=G*（a+b）/a=51000N；

于是最大弯矩Mmax=Fy*a*b/L=105000Nm。

主臂截面为500*12+500*10箱型；

其惯性矩Ix=（B*H3-b*h3）/12=8.943*10-4m4；

抗弯截面系数Wx=Ix/e=（B*H3-b*h3）/6H=3.577*10-3m3。

最大弯应力σmax=Mmax/Wx=29.35Mpa＜许用应力σ=113Mpa；

主臂强度计算达到需用要求。

（2）卷扬机选型

车架上定滑轮高度c=2.4m；

Fx=Fy*a/c=106250N；

F==1.181*105N；

滑轮组采用5对的，故卷扬机上单股钢丝绳拉力

Fa=F/5=2.236*104N；

考虑到安全系数，故卷扬机选用5t拉力的单筒卷扬机。

（3）配重计算

起重钢轨Gg=30000N，主臂自重Gb=20000N，平板车自重Gp=100000N；

钢轨重心距平板前轮Lg=8.5m，主臂重心距平板前轮Lb=4.2m，平板重心距轮Lp=4m；

无配重情况：前轮支反力RA=130000N，后轮支反力RB=20000N；

平板尾部增加2t配重情况下：前轮支反力RA=110000N，后轮支反力RB=60000N；

该平板标准载重30t，前后轮轴重各15t，为了平衡前后轮重力，故在尾部需增加2t配重。

4、换轨车施工中的使用

（1）线路卸轨时，换轨车的使用及工作流程

由于在换轨之前，必须把新轨卸于线路两侧，使钢轨落于枕木两头，现我部所设计的换轨车在高度以及钢轨方向的引导可起到一个辅助的作用，则可用于新轨卸料时使用，具体步骤如下：

①使用机车牵引长轨运输车把长轨运至卸轨地点，使用钢丝绳及钢轨头夹具固定长轨一端，将长轨拖出10.2米；

②连挂长轨运输车与换轨车，使拖出长轨进入换轨小车两侧并再次使用钢丝绳和钢轨头夹具固定长轨一端，继续拖拽长轨，直至钢丝绳拉紧，新轨轨头离枕木头高差10cm~20cm时，量取设计新轨轨头与实际新轨轨头的位置偏差，然后相应的移动钢轨头夹具的位置，再次拖拽长轨至150米左右时，可解除钢丝绳；

③在卸料时需安排8~10人对钢轨的方向使用撬棍进行引导，在钢轨末端落地之前使用木枕进行抄垫，防止钢轨受损，从而完成一对长轨的卸料；

（2）线路换轨时，换轨车的使用及工作流程

换轨时，使用机车作为牵引动力，在换轨进行前拆除所需更换钢轨的扣件及更换旧轨起点钢轨轨头的接头夹板，拆除完毕后，方可进行长钢轨的更换，具体步骤如下：

①走行换轨车直至引入长轨龙口（见上图图示7）与新轨轨头距离在5cm~15cm时停车，发动发电机，落下换轨车悬臂，至悬臂梁的梁端下部拨短轨龙口（见上图图示1）高出钢轨面10cm左右，并使用主臂摆动机构摆动主臂使得悬臂梁的梁端上部新轨的导向龙口与钢轨方向一致；

②两侧各安排2人，分别进行挂钩及电动葫芦的操作，将夹轨钳挂于后挂链架（见上图图示9）上的电动葫芦之上，操作电动葫芦落下电动葫芦挂钩，直至使用夹轨钳夹好钢轨头，提升电动葫芦使钢轨轨头可以进入两侧引入长轨龙口，走行换轨车至新轨轨头进入引入长轨龙口，落下电动葫芦挂钩，取掉夹轨钳，继续走行；

③换轨车走行至拨短轨龙口与短轨轨头距离在5cm~15cm时停车，将两侧新轨略抬起，放于悬臂梁梁端上部新轨的导向龙口（见上图图示2）之内，同样使用前挂链架（见上图图示3）上的电动葫芦吊起旧轨轨头，至其略高于两侧悬臂梁梁端下部拨短轨龙口，换轨车走行至旧轨轨头进入拨短轨龙口时，落下电动葫芦挂钩，取掉夹轨钳，调整悬臂高度至拨短轨龙口底部高出螺旋道钉顶部15cm~25cm，继续走行；

④走行至新轨轨头经过悬臂上部新轨的导向龙口下落至于既有新轨轨头平齐时，观测其轨缝或者搭接长度安排8人使用撞轨器进行撞轨，直至两轨头轨缝符合设计要求后，换轨车继续走行；

⑤换轨车开始走行后，安排一人在大臂下对附于旧轨下的橡胶垫进行放置，安排8人使用撬棍对新轨的落槽及旧轨的落位进行引导及拨正，换轨车走行时需慢行，在进行小半径长轨更换时，在主车两侧引入长轨龙口处有时会出现长轨涨曲的现象，此时需停车对长轨进行撞轨，消除涨曲之后方可继续进行走行；

⑥走行至新轨更换尽头轨头落地之前，停车对新轨轨头落地之处使用木枕进行抄垫，抄垫完毕后继续走行，至新轨轨头落于木枕上后，使用撬棍抬起新轨、撤出木枕、放新轨落槽，如需继续更换重复步骤（2），如不需继续更换，拆除旧轨接头夹板，继续走行至旧轨端头落地之前，使用相同的方式落位旧轨，完成钢轨的更换；

⑦钢轨更换完成后，上好扣件，接好短轨后换轨车可退回存放场地，完成一次换轨作业。

四、结束语

阜六项目已圆满完工，在使用过程中我项目自行设计的长轨存放台位及换轨车在保证了施工质量的前提下还有效的节约了施工成本、提高了施工效率。长轨存放台位完成了长轨80km存放的任务，为施工材料的准备提供了有力的支持；换轨车在项目部施工中累计换轨达140km以上，圆满的完成了项目施工的需要。

参考文献：

[1]相关设计图纸及规范；

[2]《焊接长轨轨吊运、存放规定（暂行）》，铁道部运输局，2009；

[3]《建筑结构可靠度设计统一标准》，GB-50068，2001。