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1、高速铁路CRTSIII型无砟轨道试验分析 摘要：针对高速铁路CRTS型板流水机组先张施工技术，设计出一套车载型预应力筋自动张拉机，其主要包括行车系统、滑动架、液压系统以及张拉台等结构。通过调整不同输入电压，控制系统最终稳定的拉力输入值为80kN，此时对应的输入电压为13.92V，张拉机的输出拉力上升速率为14.36kN/s，相对超调量为4.9%，均满足设计要求。由此说明张拉机各项性能较佳，可在CRTSIII型无砟轨道生产中推广运用。关键词：高速铁路；CRTSIII型无砟轨道；张拉机；先张法；试验近些年来，我国的高速铁路技术取得了突飞猛进的开展，方便了人们的出行，同时也促进了各地区间的经济开展。
2、与有砟轨道相比，板式无砟轨道具有稳定性好、维修工作量小等优点，已经成为高速铁路轨道的主要结构形式。无砟轨道目前已先后历经了三代，最早的CRTSI型板式无砟轨道起源于日本，随后德国研究出CRTSII型博格板式无砟轨道，而CRTSIII型无砟轨道是我国自主研发的新型轨道板。在轨道板台座法、流水机组法以及传送带法生产工艺下，其具有生产本钱低、生产效率高等诸多优势，已近乎实现全部工艺设备的国产化。由于采用先张工艺生产的无砟轨道，在各项性能方面均优于后张法，因此在实际工程中先张应力无砟轨道板施工成为最常用的施工工艺。张拉机是实现先张法施工的重要一环，其工作性能关系着无砟轨道施工质量的好坏。目前，已有局部
3、学者关于张拉机做了专项研究，但针对CRTSIII型无砟轨道张拉机的设计还比拟少见，本文开展了高速铁路CRTSIII型无砟轨道张拉机的设计与试验研究，以期能为CRTSIII型无砟轨道先张工艺的成套设备设计提供参考。1先张法施工工艺优点众多研究成果说明，当轨道板中的横、纵向钢筋所受预应力在80kN左右，且加载速率小于20kN/s时，轨道板的使用寿命将得到明显提升，并大大减少裂纹度。给轨道钢筋进行张拉有先张法和后张法2种。先张法是使钢筋先承受一定大小的预应力，然后再进行混凝土浇筑。后张法是先进行浇筑混凝土，待轨道板成型后，再进行钢筋张拉施工。与后张法相比，先张法施工具有如下优势：通过预张拉，可以对轨
4、道板的电气性能起到改善作用；预应力损失比例小，且轨道板的整体受力更加均匀；先张法的横向和纵向钢筋采用对称配制，有利于减小轨道板翘曲发生的几率；可以保证钢筋与混凝土之间的有效黏结和包裹，克服钢筋易氧化的缺陷，充分发挥钢筋的刚韧弹塑性能；生产工序少，生产效率高，施工方便，具有较高的经济效益。先张法和后张法轨道板施工工艺比照结果见表1。2张拉机整体结构及参数设计单个CRTSIII型轨道板长x宽x厚为5.58mx2.48mx0.16m，横向布置24根钢筋，纵向布置2层共16根钢筋。自动张拉机设计需具有如下功能：张拉台能够自动调节高度和位置，以完成对不同钢筋的张拉施工；张拉台在垂直框架梁方向具有移动功能
5、，以保证张拉杆和螺母可以顺利进入六角杆的内孔之中，从而使螺纹套和连接杆可以顺利连接；通过控制输入比例压力溢流阀的电流大小，对张拉机的张拉力进行调节，同时要保证张拉力根本呈线性增长，且不超过规定的上限；张拉完成后，通过马达、传动机构等带动螺母运动，起到自动锁紧功能，到达保持额定张拉力的效果。自动张拉机采用液压系统实现预期功能，压力参数是自动张拉机的重要参数。电液比例阀具有性价比高、压力流量可调节、抗污能力相对较强等优势，故设计中采用电液比例溢流阀来控制压力。自动张拉机主要结构包括车轮、车轴、车架、箱体、锁紧马达、驱动马达、升降液压缸、联轴器、螺纹套、张拉台、张拉台基座、链轮、链轮轴、滑动架、轴承
6、等，自动张拉机整体结构组成如图1所示。自动张拉机实物图如图2所示。液压系统工作压力不宜过高，也不宜过低，由于张拉机属于小型设备，故工作压力选为15MPa。其中，执行元件最大工作压力为14.6MPa，管路压力损失为0.4MPa。电动机功率为1.25kW，取泵的效率为0.75，查阅相关手册，选用Y112M-6型电动机。旋合马达型号为YM-A19B-JL，额定压力大小为6MPa；锁紧马达型号为PJM6-400B，额定压力为25MPa；行走马达型号为BYM-80，最大工作压力为12MPa。溢流阀额定流量为63L/min，额定压力为16MPa。油箱有效容积为0.34m3，采用循环水强制冷却方式。小齿轮齿
7、数为17，采用45Mn淬火处理。大齿轮齿数为34，采用Q235焊后退火处理。采用No8A型链条。轴直径为40mm联轴器，材料选择45CrNi合金钢。3实验分析为了验证自动张拉机的工作性能，在室内进行了实验分析，实验主要设备包括Y2-180-4型电动机、PVS-46-A3-FR型液压泵、DBETR-108/315型比例溢流阀、SY-YTFL-SA15型流量传感器、SY-PG1205-40MPa-GB型压力传感器、VT-5003型比例放大器以及USB-4716型数据采集卡。实验的主要目的，是通过比例溢流阀控制液压缸来检测自动张拉机的输出拉力。其实验原理如下：Y2-180-4型电动机为PVS-46-
8、A3-FR型液压泵提供动力，液压泵在电动机驱动下给系统提供持续不断的液压油。DBETR-108/315型溢流阀主要起保护液压元件的作用，并控制系统压力的增长速率在规定48s内到达设计要求值，同时保持拉力输出时呈线性关系。SY-YTFL-SA15型流量传感器主要是对液压油流量起到监控作用。SVT-5003型比例放大器能够通过对输入电压024V进行调节，比照例对溢流阀的输入电流进行调节，进而控制整个系统的油压大小，最终起到调节输出拉力的作用。Y-PG1205-40MPa-GB型压力传感器是将压力信号转化为电压信号，并通过USB-4716型数据采集卡实时记录，可得到压力时程曲线。实验的最终目标是保证
9、张拉缸的输出拉力上升速率不超过20kN/s，钢筋所受的实际预应力值与设计额定值80kN之间的绝对值不能超过额定拉力值的6%。实验过程中，通过不断调节比例放大器的输入电压值来不断修正输出拉力。首先，将输出电压设置为9V和18V，进行初调测试，得到的压力-时程曲线见图3。从图3中可以看到，当输入电压为9V时，压力值在06s内近似呈线性增长，在6s时到达压力峰值6.45MPa；之后69s压力值略有降低并呈动态振荡变化特征；当时间超过9s后，压力值根本到达稳定值，稳定的压力值约为6.11MPa，压力峰值与稳定值之间相差0.34MPa，相对超调量仅为5.6%。当输入电压为18V时，压力值在06s内也近似
10、呈线性增长，在6s时到达压力峰值22.9MPa；在69s时间内，压力值略有降低并也呈动态振荡变化特征；当时间超过9s后，压力值根本到达稳定值，稳定的压力值约为22.05MPa，压力峰值与稳定值之间相差0.85MPa，相对超调量仅为3.7%。从实验结果可以看出：随着输出电压的增大，系统控制的液压油压力值也越大；压力线性增长时间均在6s内完成，压力稳定时间均在9s左右完成，系统压力稳定值分别为6.45MPa和22.9MPa。而设计执行元件最大工作压力大小为14.6MPa，故可以预见，设计输入电压介于918V之间。采用上述方式，继续比照例放大器的输入电压进行不断调节，经屡次调节后，最终确认输入电压值
11、为13.92MPa，其获得的压力-时程曲线见图4。从图4中可以看到：压力-时程曲线在06s中呈线性增长，最大值出现在6s处，压力最大值为15.32MPa，稳定值为14.6MPa，最大值与稳定值之间相差0.72MPa，相对超调量为4.9%。将图4中的压力-时程曲线转化为拉力-时程曲线，结果见图5。从图4中可以看到：张拉机的实际输出拉力值在前6s呈线性增长，拉力上升幅度为14.36kN/s，小于设计要求的20kN/s的限值；拉力峰值为83.95kN，稳定值为80kN，两者相差3.95kN，相对超调量为4.9%，小于设计要求6%的限值。由此可见，本文设计的张拉机在张拉作业中的各项参数均满足相关要求，
12、具有较好的工作性能。4结论先张法在高速铁路CRTSIII型无砟轨道预应力钢筋施工中较为常用，具有抗裂性好、抗翘曲性佳、经济高效等优点。本文针对先张施工工艺，设计出一套以液压系统控制的自动张拉机，通过室内性能检测实验，得到该款张拉机的输出拉力上升速率为14.36kN/s，相对超调量为4.9%，均满足不大于设计要求的20kN/s和6%，各项性能较佳，可在CRTSIII型无砟轨道生产中推广使用。参考文献【1】姚志清.CRTS型板式无砟轨道长桥上底座板张拉连接技术.石家庄铁道大学学报自然科学版，2021，27S1:153-157.【2】刘运红.先张法预制CRTS型轨道板工艺及经济性分析.铁路工程技术与
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