运碴车改造研制11年10月14日.ppt

高效公铁运碴车的研制,中铁六局太原铁建钢结构分公司,摘要,随着我国铁路事业的快速发展，新建铁路线路和既有线路改造施工项目不断增加，解决传统人工及机械补碴劳动强度大、施工周期长、施工成本高的缺点，采用施工机械进行线路快速补碴，实现铁路线路补碴机械化，已成为迫切需要解决的施工难题公铁两用运碴车的成功研制，克服了传统人工及机械补碴缺点，解决了线路施工中快速补碴的施工难题，填补了国内技术空白公铁两用运碴车主要用于新建铁路线路和既有线路改造施工补充石碴公铁两用运碴车可方便进行轨道行使与公路行使快速转换，实现公铁两用，具有卸碴机构，能准确将石碴抛撒至线路所需地方，同时，加装安全防护装置，保证车辆在铁路上行驶安全，可以达到单次运碴量大，补碴速度快，施工成本低的目标第一章 绪 论,新建线路和既有线路改造时，需要对线路进行补充道碴经调查，大部分线路补碴量达20% 之多，现阶段补碴主要采用人工倒运及风动卸碴车倒运，这两种补碴方式都普遍存在施工进度缓慢、劳动强度大、效率低下等不足因此，解决线路快速补碴问题成为线路改造施工中急需攻克的技术难题1、课题背景及研究意义 1.1引言,1.2课题来源随着我公司承建新建铁路线路和既有线路改造施工项目不断增加，解决传统人工及机械补碴劳动强度大、施工周期长、施工成本高的缺点，采用施工机械进行线路快速补碴已成为迫切需要解决的施工难题。

经联系铁路列车及设备制造厂，厂方提出利用成品汽车进行改装，改装时间较长，且改装一台费用高达55万元，不能满足现场施工需求为此，公司决定对铁路机械化运碴进行研究并自行研制公铁两用运碴车1.3目前现状公铁两用运碴车，在国外很多国家已经在广泛使用，我国还处于研制过程中我国目前线路补碴主要采用人工补碴及风动卸碴车补碴两种方式人工补碴采用大滑车装皮斗人力搬运、推行为主，采用这种方式需使用大量劳动力，补碴效率低下、进度缓慢风动卸碴车补碴采用机车连挂风动卸碴车（老K车）补碴，单次补碴量大，但使用必须与站线连通，且申请手续较为复杂，不能灵活使用，有很明显的延迟性，实际使用较为困难1.4公铁两用运碴车的应用公铁两用运碴车主要用于新建铁路线路和既有线路改造施工补充石碴公铁两用运碴车可方便进行轨道行使与公路行使快速转换，实现公铁两用，具有卸碴机构，能准确将石碴抛撒至线路所需地方，同时，加装安全防护装置，保证车辆在铁路上行驶安全，可以达到单次运碴量大，补碴速度快，施工成本低的目标1.5课题研究的意义⑴ 解决新建铁路线路和既有线路改造时快速补充道碴难题⑵ 控制石碴分布位置，减少补碴后人工整理工作量⑶ 掌握公铁两用走行装置的技术特点，攻克公铁两用走行装置快速转换难关。

⑷ 提高企业施工技术装备水平，降低施工成本，提升企业竞争力第二章 主要研究内容,2、总体方案选择总体方案的选择关系到车辆的可行性、安全性、经济性等多方面指标，必须谨慎选择2.1相关国标、铁标对车辆的相关要求：⑴ 《标准轨距铁路机车车辆限界》GB146.1-83关于新造和改造车辆轮廓应符合1435毫米标准轨距车辆限界的要求⑵ 《中华人民共和国铁路技术管理规程》关于接触线最大弛度距钢轨顶面的高度以及人员(包括所携带的物件)与牵引供电设备带电部分的安全距离要求⑶ 车辆行驶最小曲线半径不小于145m⑷ 轴重满足现场要求，不得大于轨道设计轴重2.2现场对公铁两用运碴车基本要求：⑴ 可以在轨道上行驶，满足接触网安全限界要求⑵ 单次运碴量不应少于2吨⑶ 车辆行驶速度应能控制在20km/h以下⑷ 车辆卸碴应使用机械卸碴⑸ 车辆易于维修、保养⑹车辆自重应在10吨以内，能使用货车进行转场2.3方案比选分析上述情况，初选机动车牵引矿车、仿造K13卸碴车、自卸车改造三个方案⑴方案一：机动车牵引矿车方案模仿矿用窄轨列车结构，提出此方案采用1-3吨标准自卸矿车改变轴距，使其适应标准轨距1435mm，液压驱动卸碴；采用小型机动车加装铁路行走机构进行牵引，原车橡胶轮胎与钢轨直接摩擦驱动，牵引车制动。

方案示意图如下：,⑵方案二：仿造K13卸碴车方案仿造铁路用K13风动卸碴 车原理及结构，对其尺寸进行等比例缩小动力装置采用20KW柴油发电机组驱动成品5吨电动绞车，在绞盘上焊接链轮，并由链条传动至轨道轮提供动力及换向、刹车功能车辆采用电传动，整车备有紧急手制动，并配备相应照明设备⑶方案三：自卸车改造方案采用自卸车改造公铁两用运碴车使用原车车体、动力、传动、自卸等机构，加装相应轨道走行装置，方便快捷进行公路和铁路行驶方式转换，以达到公铁两用；加装卸碴机构，准确将石碴抛撒至线路所需地方；加装安全防护装置，保证车辆在铁路上行驶安全⑷ 方案比选本方案采用性价比分析法比选，性能指标为：设计难度、单次运碴量、运碴速度、安全性能价格指标为：设计成本、制造成本、使用成本、保养成本、转场成本通过对三种方案的性价综合对比分析得出，使用自卸车改造轨道运碴车方案显然更具有优势，为此我们将此方案定为可行方案铁路运碴方案性能对比评分表,铁路运碴方案价格对比评分表,铁路运碴方案性价比对比选择表,2.3提出问题：对选定方案进行研究讨论，提出相关问题：⑴ 如何实现在铁路上行驶采用的定型自卸汽车，其前桥轮距较大，与1435mm标准轨距要求不相吻合。

有两种不同的改造方案，一是自制满足1435mm标准轨距要求的前桥结构，但如此则改变了原车结构，且需要从新设计刹车系统，转向机构等一系列机构部件，这样不仅技术难度大，而且设计成本也极高，还不能实现公铁两用的目的；二是利用原车前桥，在不改变原车前桥结构的前提下，对个别零部件进行改制，配合钢轮设计的技术要求以此来满足在轨道上行驶的要求经过分析比较可知第二套局部改造方案更安全可行⑵ 如何将石碴准确抛撒至线路所需地方进行现场调查统计补碴区域、数量分布情况，设计卸碴分流器及卸碴口，并通过现场试验进行优化⑶ 如何方便快捷实现公铁转换通过在钢轮外侧安装原车轮胎，配合平交道口即可实现自行上下道转换上道后，拆除原车轮胎，锁闭转向系统，即可实现在轨道行驶；下道时，解除转向锁闭，安装原车轮胎，即可在公路行驶⑷ 如何保证车辆在铁路上行驶安全通过锁闭高速档控制车速、加装限高装置限制车斗举升高度、加装排障器清除线路杂物等安全措施，确保车辆行驶安全3、细化设计方案并实施通过分析研究，决定对下列项目细化、优化、实施，并重点进行公路和铁路行驶方式的方便快捷转换进行研究，以实现公铁两用 ⑴ 车辆选择 ⑵ 轨道走行系统设计与实施。

⑶ 上下道方案及细化 ⑷ 道碴分流器设计与实施 ⑸ 车辆限高装置的设计与实施 ⑹ 轨道排障器及挡车器的设计与实施 ⑺ 脱轨、掉道后的复轨方案 ⑻ 其它改造 ⑼ 编制相应使用说明书、操作规范、注意事项等3.1车辆选择车辆选择时应考虑下列因素： ⑴尽量选择前后桥轴距满足轨道行驶要求的车辆 ⑵车辆选择前后双桥，以降低改造难度 ⑶车箱应有自卸装置且车厢较短，以免升斗时侵入接触网限界 ⑷车辆应保有量大，技术成熟，易维修、保养 通过综合以上因素，对车辆销售市场进行调查比选，最终选定使用解放141型车为改造车辆3.2轨道走行系统设计与实施 ⑴设计及使用要求： 对自卸车安装轨道行走轮方案进行详细设计并进行必要强度检算，以确保安全运行根据以往经验，我公司使用的轨道大小滑车轮均为35号钢铸造，使用中部分轮缘根部出现裂纹，故为保证本运碴车安全，将钢材标号提升为45号钢轨道行走轮，选用45#优质碳素结构钢，轮缘直径应足以包裹前轮刹车鼓且不与刹车分泵冲突轮对宽度应满足轨距要求：轮对轨距部分距离1417±3mm，轮缘厚度为32mm，轮对内侧距离为1353±3mm轮缘踏面的外形依照《TB/T 499-2003 机车车辆用车轮轮缘踏面外形》选择。

⑵轨道行走轮设计：车辆通过轨道轮行驶在钢轨上，踏面位置及轮对内侧尺寸关系到车辆是否能安全顺利通过直线、曲线、道岔以及车轮、轨道的磨损 就此进行了详细的查阅相关铁路规程规范，并进行了详细计算故本车采用车轮踏面形式为LM型见下图）,轨道轮基本尺寸示意图:,轮缘内侧宽度应为轮对内侧距离1353±3mm，轨道轮轮毂宽度最小值为141.8mm时，可以保证车辆在任何情况下都有足够的游间及踏面搭在钢轨上 通过磨损计算、查询相关资料及报告、再通过报告内容的计算预计使用寿命内将进行4到5次机加工修整，预计每2年一次⑶轨道行走轮强度检算：采用Solidworks 建立前后轨道行走轮模型，有限元应力、变形计算使用COSMOSXprsee插件进行计算浇注模拟由MoldflowXess插件完成，应力计算约束点为前后轮螺丝孔处，受力部位为轮缘根部踏面倒角处因无本车相关使用经验及参考依据，无轨道行驶时车辆轴载荷分布比例图，且轨道行驶时受力情况与公路行驶时略有不同，为保险起见，单轴载荷取整车最大质量20吨 查询相关资料，车轮安全系数通常为2.5至3.0，取最大值3.0为轨道轮最低安全系数前后轨道轮示意图 ）,经计算得出：前轮应力最大处位于螺栓孔处，应力为4.17×107N/㎡。

前轮安全系数：3.35×108N/㎡÷4.17×107N/㎡≈8.03≥3.0 后轮应力最大处位于螺栓孔处，应力为4.07×107N/㎡ 后轮安全系数：3.35×108N/㎡÷4.07×107N/㎡≈8.23≥3.0 安全系数满足使用要求⑷既有线路绝缘措施：现施工现场为新建线路，轨道电路未联通，试验车辆车轮未作绝缘处理当驶入电路联通的线路时，必须对车轮进行绝缘处理在轨道轮与原车刹车轮毂处使用聚四氟乙烯板、套管等进行绝缘处理，并测量其绝缘性能，绝缘性能符合要求后，方可使用绝缘处理如下图所示：,⑸轨道行走轮制造：浇注采用砂型铸造（翻砂法），浇注位置选择为行走轮轮缘处内侧、冒口为对侧轮缘处通过计算机模拟浇注显示，前后轮均能良好浇注浇注后使用立式车床对踏面部位进行修整，修整尺寸依照LM型踏面进行，与原车轮毂连接部位钻孔、倒角加工后对轨道轮进行调质热处理，并进行自然时效处理，以释放其应力⑹轨道行走系统改造：轨道行走轮与轮毂连接螺栓采用半挂车用高强度特种螺栓，安装时要注意安装锥形垫片，防止螺栓因不同心而被剪断螺栓拧紧时要严格按照规范，保证螺栓紧固程度一致，防止有个别螺栓过紧导致断裂刹车根据轨道实际行驶情况进行调整，防止刹车抱死或刹车失灵。

根据轨道车行驶经验车速控制在20km/h比较安全，车辆最高速度控制在20km/h以内轨道行驶时运碴车转向系统失去作用，为防止操作人员误动，将转向锁死，并将方向盘与转向机脱开轨道行驶时车辆完全由轨道进行导向，安装时将前桥调整为无前束3.3上下道方案及细化车辆可在安装轨道行走轮后继续安装公路行驶用橡胶轮胎，上下道采取利用平交道口的方式现场用石碴堆积平交道口，道口长度约为车长的2倍，宽度不小于5米上下道步骤如下：⑴设置平交道口 ⑵车辆顺轨道方向驶入道口 ⑶驾驶员调整车辆位置及方向，使车辆轨道行走轮与钢轨重合 ⑷车辆前行，使轨道轮接触钢轨 ⑸拆除橡胶轮胎 ⑹锁死转向，并将方向盘与转向机脱开 ⑺将前桥调整为无前束 ⑻检查车辆各部位螺栓连接情况 也可采用吊车将运碴车直接吊上或吊下轨道运碴车在公路行驶,运碴车在轨道行驶,3.4卸碴分流器设计与实施卸碴采取原车自卸式并在车厢尾部安装卸碴分流器，用车厢顶升角度及行驶速度控制从车厢流出道碴流量卸碴分流器位置经过反复试验并对其进行改进使其满足卸碴至道心及碴肩位置及用量的要求，确保道碴不落到钢轨上如卸料时卸料口堵塞，必须将车箱落下，处理后再重新进行卸碴作业如车辆改造为专用车辆，可在车斗内加装一层锰钢钢板，以加强车斗耐磨性。

为防止道碴板结及卸碴卸不完全，装碴后因尽快卸碴，车内道碴不得过夜，冬季道碴含水率应严格控制以防冻结卸碴分流器照片,3.5车辆限高装置的设计与实施 如施工现场有接触网，为安全起见运碴车必须增加限高装置，车辆达到举升高度后马上报警，控制车辆车厢举升高度不超过3.3m，防止发生危险经讨论研究初步方案选择液压控制及电器控制方案。