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1、YZ500型群枕式长轨条铺轨机组方案设计说明1 前言1.1 长轨条铺轨机组的现状和发展趋势轨道平顺是实现列车高速运行的基础。根据国外高速铁路建设、运营的成功经验及我国客运专线设计规范要求，客运专线必须具有高平顺性、高稳定性、高安全性，要求开通运营之日，列车即以设计速度运行。为了达到这个目标，要求轨道具有极好的平顺性。因此在轨道结构的设计标准、轨道施工技术水平和装备等方面，都与普通线路有很大差异，其中很重要的措施是一次铺设无缝线路，以使轨道满足高平顺性要求。无缝线路已经成为当今世界各国铁路的主型轨道结构，国外的高速铁路、繁忙干线甚至一般干线铁路建设，普遍采用了一次铺设无缝线路的施工技术，从而不断
2、提高客货运输速度和安全性、舒适性。例如德国无缝线路里程已达线路总里程的85以上，英国已达50以上。国外与铺设无缝线路相配套的铺设长钢轨和轨枕施工技术及相应的工程机械一直在迅速发展，施工组织形式也在逐步完善和成熟。许多著名的线路如法国TGV铁路、德国ICE铁路、英吉利海峡整体道床轨道的施工，都是在高速铁路、干线铁路上铺设长钢轨的成熟技术，铺设长轨条和轨枕同时完成，作业效率高，施工质量好。根据我国中长期铁路网规划的规划目标，到2020年，我国的铁路营业里程将达到10万公里，主要繁忙干线实现客货分线，规划“四纵四横”铁路快速客运通道以及三个城际客运系统1.2万公里以上，客车速度目标达到200km/h
3、及以上。目前国内既有一级干线铁路已基本上完成轨道无缝化，新设计的一级干线铁路及客运专线全部采用无缝线路。中长期铁路网规划中要求加快铁路现代化建设，并要立足国产化，引进和吸收国外先进经验和技术，增强自主创新能力。而目前国内拥有的长轨条铺轨机组只有5套，并均为国外进口，同时这几套铺轨机组的性能、效率都远远不能满足我国铁路高速发展的需要，还需进行改进。因此自主开发研制高性能、高效率、高安全性的新型长轨条铺轨机组是我国铁路建设发展的必然趋势。1.2 新型铺轨工法的创立过程目前在有碴道床上铺设长钢轨主要有两种施工工法：其一为换铺工法，即是先采用传统的轨排铺轨机铺设25m标准工具轨排，然后拆掉工具轨，再采
4、用推送式铺轨机组进行长轨条铺设(我们公司研制的WZ500F型推送式铺轨机组即此),或者采用人工进行长轨条铺设（拆工具轨前先利用T11型长钢轨运输车组将长钢轨卸到路肩）。其二为单枕连续铺设工法,即采用单枕式长轨条铺轨机组进行一次性长轨条铺设(如TCM60、SVM1000、NTC、CPG500等型单枕式长轨条铺轨机组)。两种工法各有利弊：如采用换铺工法的优点是设备购置费用低廉、实际作业效率较高，缺点是作业工序繁杂（需拼装轨排、拆工具轨、铺长轨、收工具轨）、而建轨排拼装场、备用二十公里左右工具轨使得施工成本相对较高；而采用单枕连续铺设工法的优点是作业人员少、作业工序简单（轨、枕同时铺设）、理论作业效
5、率较高、施工成本较低，缺点是技术复杂、故障率高、价格高（RMB2400万以上）、维护成本高。基于以上情况，我们公司在大量调研的基础上，与施工单位就综合上述两种铺轨工法的优点，创新铺轨工法进行了广泛的讨论，并提出了第三种铺轨工法：群枕式铺设工法。此后就如何降低长轨条铺轨机组造价、减少长轨铺设等施工成本、简化机组技术、维持甚至提高综合作业效率、及其可行性开展了大量的理论与应用分析研究，在此基础上，进行了YZ500型群枕式长轨条铺轨机组方案设计。1.3 项目来源目前，我国铁路正在实施跨越式发展，根据中长期铁路网规划，到2020年我国将新建客运专线、城际铁路1.2万km，规划建设新线约1.6万km。因
6、此必然需要多套无缝线路铺设设备，因此自主开发研制适合我国国情、路情的高效率、高性能、低成本、低故障率的新型无缝线路铺设设备势在必行，以满足我国铁路跨越式发展及今后一次铺设无缝线路的需要。中铁二局集团有限公司联合株洲长远铁路建机有限公司共同承担该科技开发项目的研制工作，项目合同编号为：2008G09-A。该课题于2009年4月初完成了研制工作。1.4 项目进展根据研制计划的安排，该项目于2009年4月通过了方案评审，同时，与会领导与专家对设计方案提出了指导性的意见。会后课题组针对评审意见，进行了认真的研究分析，完善了设计方案，进行了技术设计。截止目前，主要完成了以下研制工作：1）、对国内外高速铁
7、路长轨铺轨机组的应用情况和技术现状进行了多次调研和总结，检索、搜集了大量国内外相关资料，根据方案评审意见和部颁京沪高速铁路铺轨机组技术条件，进一步完善了设计方案；2）、对铺轨机组所采用的关键技术进行了技术论证分析；3）、进行了机组的技术设计，完成了大部分关键结构和机构的电子样机制作，采用大型集成软件对运动机构和主要承载结构进行了优化设计；4）、完成了铺轨机组牵引计算、功率匹配计算、制动计算等设计计算；利用先进的I-DEAS设计软件对铺轨机组的车体、布枕、匀枕及钢轨分轨、收轨机构、龙门架等关键结构件进行了有限元强度分析计算；5）、完成了主要配件和元器件的比选、选型。2铺轨机组设计引用标准2. 1
8、 国家标准和规范GB 3811-1983 起重机设计规范GB 5905-1986 起重机试验规范和程序 GB 6067-1985 起重机械安全规程 GB50017-2003 钢结构设计规范GB146.1-83 标准轨距铁路机车车辆限界GB5600-1997 铁路货车通用技术条件GB5601-85 铁路货车组装后的检查与试验规则GB/T12813-91 铁道车辆车钩缓冲装置组装技术条件GB/T1591-94 低合金高强度结构钢GB/T3077-1999 合金结构钢GB/T4171-2000 高耐候性结构钢GB/T4172-2000 焊接结构用耐候钢GB 700-1988 普通碳素结构钢GB/T
9、5117-1995 碳钢焊条GB8923-88 涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级GB3098-2000 紧固件机械性能GB9145-88 商品紧固件的中等精度普通螺纹极限尺寸GB 1497 低压电器基本标准GB 2346-88 液压气动系统及元件 公称压力系列GB/T1184-1996 形状和位置公差 未注公差值GB/T1804-1992 一般公差、线性尺寸的未注公差GB/T 786.1-93 液压气动图形符号GB/T 3766-2001 液压系统通用技术条件GB/T 13306 标牌GB/T 2351-93 液压气动系统用硬管外径和软管内径GB/T 2347-1980 液压泵及马达公称排量系
10、列GB/T 2348-1993 液压缸气动系统及元件 缸内径及活塞杆外径系列GB/T12813-91 铁道车辆车钩缓冲装置组装技术条件GB/T15622-1995 液压缸试验方法GSBG51001-94 漆膜颜色标准样卡2.2 行业标准和规范（规定）京沪高速铁路一次铺设跨区间无缝线路设计高速铁路轨道施工暂行规定京沪高速铁路设计暂行规定（铁建设200313号）铁路货物装载加固规则铁运199570号TBJ 401 铁路轨道施工技术安全规则TB/T 2101-1989 铁路施工机械名词术语TB/T 1910-1987 铁路线路机械术语TB1560-2002 货车安全技术的一般规定TB/T1335-1
11、996 铁道车辆强度与试验鉴定规范TB/T1407-1998 列车牵引计算规程TB/T1979-2003 铁道车辆用耐大气腐蚀钢订货技术条件TB1883-87 货车两轴转向架通用技术条件TB/T2705-1996 车辆车轴设计与强度计算方法TB/T2817-1997 铁道车辆用辗钢整体车轮技术条件TB/T1718-91 车辆轮对组装技术条件TB1701-85 铁路货车无轴箱滚动轴承组装技术条件TB/T2403-93 货车高摩擦系数合成闸瓦 TB/T1901-1999 车辆制动装置组装技术条件TB/T2429-93 铁道货车转向架基础制动装置技术条件TB/1580-1995 机车车辆新造焊接技术
12、条件JB/T8110.1-1999 起重机 弹簧缓冲器JB/T8110.2-1999 起重机 橡胶缓冲器JB/T9005 -1999 起重机用铸造滑轮JB/T 5000.1-98 产品检验通用技术要求JB/T 5000.9-98 切削加工件通用技术要求JB/T 5000.3-98 焊接件通用技术要求JB/T 5000.11-98 管道与容器焊接 防锈通用技术要求JB/T 5000.10-98 装配通用技术要求JB/T 5000.1-98 涂装通用技术要求JB/T 7938-1999 液压泵站油箱公称容量系列2.3 国外标准AAR M-114-1990 螺旋钢弹簧热处理技术条件 AAR M-20
13、1-1992 铸钢件2.4 企业标准和规范Q/MS37004-93 装用120型货车空气控制阀的货车单车试验方法Q/QC35-042-88 ST2-250型双向闸瓦间隙调整器单车试验方法3 YZ500型群枕式长轨条铺轨机组方案特点3.1 可靠性高，不会出现单枕连续铺设工法所生的卡枕、翻枕现象。3.2 操作简单，机组设计更接近施工单位人员的操作习惯。3.3 作业程序简化，简化了换铺法复杂的作业程序，与单枕连续铺轨工法作业程序相似。3.4 故障率低，采用群枕布枕机组步进收轨作业方案，各作业机构模块化设计制作，虽然铺轨工法创新，但各作业机构大量采用成熟设计。3.5 兼容性强，不仅可用来铺设长轨条，也
14、可用业铺设25m标准轨（不须建轨排拼装作业场），甚至可用作短距离无砟轨道的铺设。3.6 运输方便，采用公路/铁路货运转场运输模式，现场组装简单快捷。3.7 成本低廉，设备采购费用仅相当于国产单枕式连续铺设机组的1/3，进口单枕式连续铺设机组的1/5；施工使用费用也略低于单枕式连续铺设机组。3.8 无道床扰动现象,前端采用大直径大宽度工程机械专用轮胎，中部支撑采用支撑在轨枕端部的履带装置。3.9 铺设精度高，采用自动化控制收轨与就位。3.10 拥有具有完全自由知识产权与铺轨工法创新。3.11 实际作业效率与单枕连续铺设工法基本相当。4 YZ500型群枕式长轨条铺轨机组总体方案介绍本机组采用群枕式
15、铺轨工法作业，机型为群枕式长轨条铺轨机组。机组由钢轨拖拉机、地面滚轮、布枕机、铺轨主机、预分轨车、运枕龙门吊、轨枕运输车组等组成（见附图ZX19-00-00-000）。3.1 钢轨拖拉机由装载机(推土机)无损改装而成,该装载机（推土机）由用户自行购置或租赁。3.2 地面滚轮由表面高频淬火的滚筒、滚动轴承、销轴、底座、定位卡板等组成。3.3 布枕机。3.4 铺轨主机由N17（NX70）平车、动力室、拖拉卷扬、推送装置、分轨装置、长滚筒、升降滚筒、液压系统、电控系统等组成。3.5 预分轨车由N17（NX70）平车、长滚筒、升降滚筒、长滚筒等组成。3.6 运枕龙门吊3.7 轨枕运输车组由轨枕运输首车
16、（1辆）、轨枕运输车（17辆）、轨枕运输锁定车（1辆）、轨枕运输车（17辆）、轨枕运输尾车（1辆）等组成。各车由轨枕运输支架无损安装在N17平车上，N17平车由用户从铁路车站自行租用。4 YZ500通用型铺轨机组基本尺寸及主要技术性能参数4.1 基本尺寸机组总长度（超始作业状态） 约570m机组最大宽度（作业状态） 3240mm机组最大高度(距轨面高) 4700mm轨距 1435mm4.2 主要性能参数作业类型 群枕式步进作业 适用道床类型 有碴道床、无砟道床机组自重（含37辆平车、车载龙门吊及运输支架） 约1020t 满载时总重 2850t铺设钢轨长度 100500m长钢轨、25m标准轨铺设
17、轨枕类型 型枕或型枕铺设钢轨类型 60kg/m最小作业半径 300m作业爬坡能力 25作业走行速度（铺轨作业时） 030m/min平均布枕速度（每排14根） 14根/2min布枕误差 轨枕间距误差 10mm轨道偏离线路中心线误差 20mm布枕间距调节范围 500800mm通过最小曲率半径 300m作业环境温度 -20+50作业风力 150N/m2 (6级)非工作状态承受风力 250N/m2 (11级)作业海拔高度 2000m照明条件 满足夜间作业条件综合作业效率 2km/12h限界：运输状态下机组符合GB146.1-83标准轨距铁路机车车辆限界的要求；作业状态下满足高速铁路建筑限界要求。4.3
18、 长钢轨拖拉机(装载机或推土机改)4.3.1 基本尺寸最大宽度 3500mm最大高度 4000mm4.3.2主要性能参数自重 20t接地装置 工程机械低压充气轮胎/履带板履带接地比压(轮胎规格) 0.1MPa（1490X520）最大牵引力 95kN拖拉钢轨中心间距 3000mm最大走行速度（空车） 10km/h钢轨拖拉速度 46km/h4.4 铺轨主机4.4.1 基本尺寸车辆长度作业状态 47370mm车辆定距 27600-19600mm车辆最大宽度（作业） 3200mm车辆最大高度(空车) 3300mm车体内宽（侧墙板处） 2780mm车体顶棚距轨面高 1720mm车钩中心线高(空车) 88
19、0mm转向架固定轴距 1850mm车轮直径 600mm履带式牵引装置履带宽度 200mm履带接地长度 2320mm4.4.2主要性能参数自重（整备） 75t公铁两用走行模式发电机组规格型号 华泰KHR100发电机组输出功率 125kVA/100kW电源电压 AC380V发动机规格型号 R6105AZLD发动机输出功率(12h) 110kW发电机规格型 KH/STC-100-4燃油箱容量 1000L液压系统最大压力 28MPa转场运行速度（铁路） 40km/h通过最小曲线半径 300m(采取措施可通过145m曲线)作业车前端液压支腿最大起升高度 500mm液压支腿起升力 150kN收（分）轨装置
20、工作范围 12003000mm收（分）轨装置提升高度 0800mm收轨起重力 60kN收（分）轨向内（外）张力 30kN履带式牵引装置接地比压 0.1MPa限界：转场挂运符合GB146.1-83标准轨距铁路机车车辆限界之规定4.5 布枕龙门吊4.5.1 基本尺寸最大长度 8320mm最大宽度 3220mm最大高度（距走行轨轨面） 2280mm龙门内净空宽度 2900mm距走行轨轨面高 950mm走行轨中心距 3000mm走行装置中心距 6000mm走行轮轮径 360mm4.5.2主要性能参数自重（整备） 8.5t额定起重量 6.5t轨枕提吊能力 14根/次液压系统压力 16MPa整机工作级别
21、A8车载龙门吊利用等级 U7载荷状态 Q3倾覆稳定系数 1.3走行速度 580m/min吊具升降速度 12m/min吊具开口宽度 23002750mm重载爬坡能力 30通过最小曲线半径 150m4.6 分轨车4.6.1 基本尺寸车辆长度 15638mm车辆定距 1100mm车辆最大宽度（挂运状态） 3200mm车辆最大高度(空车) 2400mm车体内宽 侧墙板处2560mm车体顶棚距轨面高 1955mm车钩中心线高(空车) 880mm转向架轴距 1400mm车轮直径 600mm4.6.2主要性能参数自重（含整备重量） 45t转场挂运最大商业运行速度 40km/h通过最小曲线半径 145m限界：
22、转场挂运符合GB146.1-83标准轨距铁路机车车辆限界之规定4.7 车载龙门吊4.7.1 基本尺寸最大长度 14150mm最大宽度 3245mm最大高度（距走行轨轨面） 3330mm龙门内净空宽度 2847mm距走行轨轨面高 1630mm走行轨中心距 3000mm走行装置中心距 10500mm走行轮轮径 360mm4.5.2主要性能参数自重 16t额定起重量 11t轨枕提吊能力 28根/次整机工作级别 A8车载龙门吊利用等级 U7载荷状态 Q3倾覆稳定系数 1.3发动机功率 90kW走行速度 020km/h吊具升降速度 12m/min吊具开口宽度 23002750mm重载爬坡能力 30通过最
23、小曲线半径 250m4.8 枕轨运输车组4.8.1 基本尺寸车辆最大高度（空车） 约2850mm龙门吊走行轨中心距 3000mm走行轨轨顶距线路轨顶高（空车） 1430mm4.8.2主要性能参数车辆自重（含运输支架、龙门走行轨等） 25.0t单辆车最大载重量 55.0t实际装载量 48t钢轨装载量无碴道床铺设作业时装载量 10根500m钢轨有碴道床铺设作业时装载量 8根500m钢轨轨枕装载量 3360根4.9 无缝线路长轨条铺轨机组吸收了国内外同类设备的优点，并有效克服了这些设备的不足，其主要技术性能指标与目前国内引进的TCM60、PC-NTC、SVM1000CH型铺轨机组比较情况见表4.9。
24、铺轨机组主要性能指标比较表(表4.9)主要性能 机组型号YZ500CPG500TCM60PCNTCSVM10001作业模式群枕式步进作业单枕连续作业单枕连续作业单枕连续作业单枕连续作业2铺设钢轨长度500m500m300m250m300m3最小作业半径250m250m250m400m400m4通过最小曲线半径145m145m150m150m250m5布枕机构布枕方式轨枕排垂直吊装布下轨枕垂直下、放水平布设轨枕呈一定角度下放轨枕呈一定角度下放轨枕垂直下放6布枕速度(平均)1排/1.5min(9.3根/min)12根/min12根/min10根/min11根/min7布枕速度(max)1排/1mi
25、n( 14根/min)16根/min14根/min12根/min15根/min8布枕误差(单枕间距)5mm5mm10mm5mm10mm20mm10mm9连续6根轨枕距离300020mm300030mm300030mm300030mm300030mm10轨道偏离线路中心线距离30mm10mm30mm20mm10mm11铺轨机组方向控制方式自动控制和人工控制可自由切换自动控制和人工控制可自由切换人工控制由履带式牵引车控制人工控制12机车牵引最高运行速度公铁两用（货运转场）100km/h80km/h100km/h13作业牵引方式DF4机车推送/或履带式牵引车牵引履带式机组牵引装置与轮轨式动力轴联合操
26、控牵引履带式机组牵引装置与轮轨式动力轴联合操控牵引履带式牵引车牵引履带式机组牵引装置与轮轨式动力轴联合操控牵引14牵引吨位（0）4000t3300t 2500t15牵引吨位（12）2500t2500t1850t1800t16驱动轴数0轴6轴6轴0轴6轴17机组轴重（挂运状态）21t18车载龙门吊自重16t16t14t12t19t19车载龙门吊最大起重量11t11t8t10t11t20车载龙门吊轨枕提吊能力28根/次28根/次19根/次18根/次28根/次21车载龙门吊重载爬坡能力30302022车载龙门吊走行速度020km/h020km/h016km/h032km/h 23综合作业效率2km/
27、12h2km/12h1.2km/8h1.0km/8h1km/8h24工作环境温度20+5020+5020+405. 机组施工工艺5.1作业流程:铺轨机组作业时机组应按如下顺序编组：作业方向钢轨拖拉机+铺轨主机+分轨车+枕轨运输车组（车载龙门吊）+机车。铺轨机组铺设有碴轨道和无碴轨道时的作业流程见图6.1-1、图6.1-2。5.1.1 准备工作5.1.1.1 将转运至工地的铺轨机主机、分轨车组装好。5.1.1.2 无损改造好的长轨拖拉机提前进入铺轨现场；铺轨机组主机由机车推送到线路待铺处，在距已铺轨道轨端约0.5m处停车，连接好机组的管线，启动发动机，液压系统建压；5.1.1.3 支起作业车前端
28、液压支腿，放下作业车前端的轮胎走行装置，使作业车前端支撑于轮胎走行装置上；收起作业车中位液压支腿，将作业车前端转向架固定于作业车车体上，放下作业车中位的履带走行装置，使作业车中位支撑于履带式牵引装置上；5.1.1.4 将布枕龙门吊、车载龙门吊吊至机组上相应位置。5.1.1.5 松开机组转运过程中固定好的钢轨收放装置、匀枕装置等作业机构，使铺轨机主机达到铺轨作业状态；5.1.1.6 对各机件进行认真的检查，各机件工作状态良好，并作好检查记录；以确认5.1.1.7 枕轨运输车组由机车推送进入铺轨现场，将枕轨运输车组与铺轨机组辅助动力车连挂并摘开机车；安装铺轨机组与枕轨运输车组之间的轨桥。5.1.2
29、 钢轨拖卸5.1.2.1 卸开枕轨运输车组上的钢轨锁紧装置（每次只允许松开所要拖拉的一对钢轨），松开钢轨间隔铁并取掉所要拖拉的一对钢轨前的挡板；5.1.2.2 钢轨由分轨车上的卷扬机从枕轨运输车组上拖出，并通过分轨装置向车体两侧分出，进入钢轨推送装置；5.1.2.3 钢轨推送装置驱动钢轨，通过钢轨导向框、钢轨收放装置等将钢轨推送到作业车的履带式牵引装置前端；5.1.2.4 长钢轨拖拉机对位后，将钢轨固定在拖拉架的钢轨夹持器上，拖拉机向前拖拉钢轨。钢轨拖拉过程中，在钢轨底下的道碴上每10m左右放置一滚筒；5.1.2.5当钢轨拖拉至剩下约10m时，拖拉机应放慢拖拉速度（15m/min），当钢轨尾端
30、拖出钢轨对位器前最后一个导向框架之后，拖拉机速度再次减慢。此时通过无线对讲与拖拉机司机联络对位，直到钢轨尾端与已铺设钢轨轨端基本对齐；5.1.2.6 通过以上操作过程，将钢轨预铺于道床上，钢轨轨距约为3000mm。5.1.3 布枕收轨5.1.3.1作业车前端的液压平碴机构下降至道碴面，实现平碴功能。5.1.3.2 车载龙门吊将枕轨运输车组上的轨枕转运到作业车的轨枕存放平台上，由升降小车按每排14根转至匀枕装置上，布枕龙门吊吊上整排轨枕进行群枕式布枕；5.1.3.3 完成三排（42根）轨枕布放后，机组以20m/min左右的速度向前推进，同时操控钢轨就位器，夹持待铺钢轨使其轨端与已铺钢轨轨端对位，
31、并用专用无孔夹板将两根钢轨连接在一起；变换作业车上钢轨收放装置的空间位置，使其由分轨状态转换为收轨状态；通过各个钢轨收放装置，逐步将钢轨收入承轨槽内；5.1.3.3随着铺轨机组前行，预铺于道碴上的钢轨通过各个钢轨收放装置（收轨状态）和钢轨就位器等，准确放置于承轨槽内，实现铺轨机组的边走边铺。5.1.3.4钢轨入槽前在作业车下钢轨就位器前部进行橡胶垫板的放置；钢轨就位后，在分轨车下可以进行轨道扣件等的初始安装和紧固工作（初装量约10%20%）。5.1.4无碴道床轨道铺设对于线路上的无碴道床，机组可以继续进行铺设作业，无须其他辅助设备（拆前端布枕龙门吊起走行梁）。5.1.4.1铺轨机组在无碴道床处停车，调整好中位履带走行装置的宽度，机组自行对位。5.1.4.2在无碴道床的承轨槽上每隔5m预置一个滚筒；5.1.4.3钢轨由辅助动力车上的