國(guó)內(nèi)施工所用的移動(dòng)式鋼軌閃光焊機(jī)通常采用集裝箱裝載，再搭配內(nèi)燃車或電動(dòng)平板車在軌道上牽引作業(yè),。這種裝載方式可以把集裝箱通過(guò)公路和海運(yùn)單獨(dú)運(yùn)輸,，有利于焊機(jī)的遠(yuǎn)距離調(diào)運(yùn)，適合不同地區(qū)的新線施工,。但是每次運(yùn)輸前后都需要使用重型吊車,，并對(duì)焊機(jī)進(jìn)行解編和重組，產(chǎn)生的時(shí)間和費(fèi)用成本很高,，且吊裝過(guò)程存在安全隱患,。

近年來(lái)，城市有軌電車以其建設(shè)成本低,、運(yùn)量大,、綠色環(huán)保等特點(diǎn)迅速風(fēng)靡全國(guó)。采用預(yù)埋槽型軌的線路實(shí)現(xiàn)了有軌電車和汽車共道,，能提高城市道路的利用率,，增強(qiáng)線路的景觀效果。槽型軌焊接是鋪設(shè)有軌電車線路的關(guān)鍵環(huán)節(jié),，主要采用移動(dòng)式槽型軌閃光焊機(jī)進(jìn)行施工,。受市政交通和城市地形的影響，有軌電車線路包含眾多十字路口,、小曲線半徑和長(zhǎng)大坡道,。施工工作面被切割成零散小段，導(dǎo)致人員和設(shè)備需要頻繁調(diào)度,。而現(xiàn)有的焊機(jī)裝載方式不便于經(jīng)常性短距離的調(diào)運(yùn),，給施工造成了很多困擾。

采用公鐵兩用車裝載的移動(dòng)式閃光焊機(jī)在國(guó)外有著廣泛的應(yīng)用,，但最近幾年才在國(guó)內(nèi)出現(xiàn),。公鐵兩用焊軌車能實(shí)現(xiàn)公路和鐵路 2 種行駛方式的自由切換，具有出色的便利性,，能提高施工效率,，減少應(yīng)用成本。研發(fā)用于城市有軌電車線路施工的公鐵兩用焊軌車,，可以解決現(xiàn)存的施工問(wèn)題,，提高既有焊機(jī)產(chǎn)品的綜合性能。

一,、方案簡(jiǎn)介
公鐵兩用焊軌車主要由公鐵兩用改裝車和廂式閃光焊機(jī)兩部分組成,。公鐵兩用改裝車以卡車二類底盤為基礎(chǔ)，加裝導(dǎo)向軌道輪對(duì),、后橋承重支腿和專用副車架,。焊軌設(shè)備采用 YHG-1200TH 型移動(dòng)式槽型軌閃光焊機(jī)，箱體結(jié)構(gòu)和布局根據(jù)公鐵車的裝載需要進(jìn)行設(shè)計(jì)改造,。

該車在公路上行駛時(shí),，導(dǎo)向軌道輪對(duì)和承重支腿都處于收起狀態(tài)，與地面保持安全距離,；焊機(jī)在車廂內(nèi),，車廂門保持關(guān)閉。到達(dá)平交道口或公路鐵路共線處,，駕駛車輛駛?cè)胲壍谰€路,；然后控制導(dǎo)向輪對(duì)伸出，通過(guò)鋼軌支撐車體重量,，以實(shí)現(xiàn)公路和軌道行駛狀態(tài)的切換,。焊軌車在軌道上采用發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力并通過(guò)膠輪驅(qū)動(dòng)前進(jìn)，行駛到待焊接頭處駐車,；然后承重支腿伸出,，焊機(jī)機(jī)頭吊出車廂；最后按照焊軌工藝步驟,，完成左右 2 股鋼軌焊接,，如圖 1 所示。整車結(jié)構(gòu)緊湊,、操作便利,，能滿足公路和鐵路軌道行走，以及有軌電車焊軌施工的要求,。

二,、公鐵兩用改裝車
公鐵兩用車主要是對(duì)二類底盤進(jìn)行改裝，使其滿足鐵路行駛和焊機(jī)承載的要求,。由于廂式焊機(jī)自重較大,，選用載重 35 t 的卡車二類底盤。該車在軌道行駛工況下采用膠輪驅(qū)動(dòng),、鋼輪導(dǎo)向的模式,。驅(qū)動(dòng)輪內(nèi)側(cè)輪距為 1 524 mm，與軌距 1 435 mm 接近,，與軌頂面接觸良好,。采用卡車自身動(dòng)力,，能保證良好的牽引和制動(dòng)性能，走行部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠,。

導(dǎo)向軌道輪對(duì)的作用是在軌道行駛工況下約束行車方向,，同時(shí)承載整車約 2/3 的重量。軌道輪對(duì)分前后2 組,，采用液壓油缸支撐,，設(shè)計(jì)位置考慮整車重心以及底盤懸掛空間。通過(guò)換向閥控制油缸的上下伸縮,，以實(shí)現(xiàn)公路和鐵路工況的切換,。油缸具有保壓功能，并設(shè)計(jì)有機(jī)械定位,，能保證軌道輪對(duì)的行駛安全,。

由于焊軌施工時(shí)焊機(jī)機(jī)頭往外伸出，導(dǎo)致整車重心的縱向后移,；同時(shí)焊機(jī)的擺動(dòng)也會(huì)造成重心的橫向移動(dòng),。這就容易使底盤后橋和軌道輪對(duì)超載，并有發(fā)生翻車的危險(xiǎn),。在車尾最外側(cè)設(shè)置 2 個(gè)液壓承重支腿,，通過(guò)承重梁與底盤和副車架相連。承重支腿可在焊軌作業(yè)工況下承擔(dān)焊軌車大部分重量,，減輕后橋及軌道輪對(duì)的壓力,，保持整車的靜態(tài)穩(wěn)定性。

專用副車架由型材拼焊而成,，尺寸和接口參考焊機(jī)車廂的結(jié)構(gòu),，并且和車底盤緊密相連。副車架與焊機(jī)車廂采用集裝箱中鎖相連,，能夠方便地進(jìn)行固定或者解編,。軌道輪對(duì)和承重支腿也通過(guò)副車架與底盤連接成一體，使整車的結(jié)構(gòu)緊密,、負(fù)載能力更強(qiáng),。

三、廂式槽型軌焊機(jī)
移動(dòng)式鋼軌閃光焊機(jī)主要由焊接機(jī)頭,、雙臂吊機(jī),、電控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng),、水冷系統(tǒng),、發(fā)電機(jī)組和集裝箱等部件組成。傳統(tǒng)的閃光焊機(jī)采用的是 2 個(gè)集裝箱布局,，將發(fā)電機(jī)組單獨(dú)用 1 個(gè)集裝箱裝載,，其余部件則安裝在另 1 個(gè)集裝箱內(nèi),，這樣有利于發(fā)電機(jī)組的降噪和散熱。兩廂式焊機(jī)配合鐵路平車的應(yīng)用已經(jīng)很成熟,，但是不適合用公鐵兩用車裝載,。

根據(jù)公鐵兩用車底盤的裝載長(zhǎng)度需要對(duì)廂式焊機(jī)重新設(shè)計(jì)，把傳統(tǒng)的兩廂式變?yōu)橐粠?。一廂式焊機(jī)內(nèi)部分為操作艙和動(dòng)力艙，前端設(shè)計(jì)有便于焊機(jī)出廂施工的大門,，廂體側(cè)面設(shè)計(jì)有操作人員進(jìn)出車廂的側(cè)門,。操作艙包括焊接機(jī)頭、雙臂吊機(jī),、電控柜和工作臺(tái),；動(dòng)力艙包括液壓站、冷水機(jī)組和發(fā)電機(jī)組等,，如圖 2 所示,。


廂內(nèi)布局設(shè)計(jì)緊湊，且充分考慮操作和檢修的需求,。操作人員從中部進(jìn)入操作艙,，可以控制整個(gè)焊接系統(tǒng)，同時(shí)觀察車廂內(nèi)外情況,。電控柜和吊機(jī)之間留出一定的空間,，便于對(duì)電控柜進(jìn)行操作和檢修，也為雙臂吊機(jī)的旋轉(zhuǎn)預(yù)留了空間,。發(fā)電機(jī)組位于動(dòng)力艙中間并朝后端百葉窗排風(fēng),，液壓站和冷水機(jī)分立兩側(cè)，都留有合理的操作和檢修空間,。

機(jī)頭采用槽型軌交流閃光焊機(jī),，由于特殊的鉗口設(shè)計(jì)，能夠用于非對(duì)稱截面的槽型軌焊接,。焊機(jī)由發(fā)電機(jī)組提供能量,，通過(guò)電控系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng),、水冷系統(tǒng)等部件的協(xié)同工作,，完成鋼軌的焊接。該焊機(jī)的焊接工藝成熟,，接頭質(zhì)量穩(wěn)定可靠,，符合 TB/T 1632-2014《鋼軌焊接》以及CECS 429 : 2016《城市軌道用槽型鋼軌閃光焊接質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

四,、載荷條件分析
4.1 公路行駛工況
公鐵兩用焊軌車在公路上行駛需要具備足夠的前橋轉(zhuǎn)向力及后橋驅(qū)動(dòng)力,。按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求,，驗(yàn)證軸荷分配是否合理。以車的縱向中心線為 x 軸,，前橋軸的中心線為 y 軸,，兩軸交點(diǎn)為原點(diǎn)，建立如圖 3 所示的平面坐標(biāo)系,。


對(duì)焊軌車各主要部件進(jìn)行初步重心核算,，如表 1 所示。

根據(jù)力矩平衡公式：



式（1）中：M0 為整車總重量,，M0 = Mn = 29 200 kg,；X0 為整車重心 x 軸坐標(biāo)值；Y0 為整車重心 y 軸坐標(biāo)值,。計(jì)算得,，整車的重心位置 G（X0 ，Y0 ）=（3 970,，4）,。

該車前橋到后橋中心距離為 5 000 mm，根據(jù)重心位置可得,，前橋載荷分配比 K =（5 000-X0 ）/5 000×100% = 20.6%＞20%,，滿足 GB 7258-2012《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》中對(duì)轉(zhuǎn)向軸載荷分配的要求。重心橫向偏移量?jī)H為 4 mm,，左右輪胎的載荷分布較平衡,。

4.2 軌道行駛工況
在軌道線路行駛時(shí)，前后導(dǎo)向輪對(duì)將伸出并支撐車體重量,。改裝車的前輪完全懸空,，后輪與軌面接觸并承受一定的載重，通過(guò)膠輪和鋼軌的摩擦力驅(qū)動(dòng)整車前進(jìn),。啟動(dòng)時(shí),，膠輪的靜摩擦力至少應(yīng)大于鋼輪的靜摩擦力，才能實(shí)現(xiàn)有效牽引,，即：


式（2）中：L 為膠輪所占的載荷比,；μ膠 為膠輪對(duì)鋼軌的靜摩擦系數(shù)，取 0.5,；μ鋼 為鋼輪（鑄鐵）對(duì)鋼軌的靜摩擦系數(shù),，取 0.2。計(jì)算得：L＞0.28,。

增大膠輪的載荷比可以提高車輛爬坡和雨水天氣的驅(qū)動(dòng)能力,，但是對(duì)膠輪的損壞也會(huì)增大。綜合考慮驅(qū)動(dòng)效果和膠輪使用壽命，該方案選用膠輪的載荷比為0.35,，則鋼輪的總載重量 F鋼 =（1- 0.35）M0 g = 186 kN,。

軌道行駛工況示意圖見圖 4。


參考整車重心位置,，分別計(jì)算前導(dǎo)向輪對(duì)和后導(dǎo)向輪對(duì)的載重量：

前后導(dǎo)向輪均采用固定軸和雙油缸支撐結(jié)構(gòu),，軸端通過(guò)軸承與鋼輪相連，油缸承受負(fù)載并實(shí)現(xiàn)輪對(duì)上下運(yùn)動(dòng),。設(shè)計(jì)時(shí)軸承和油缸均以上述計(jì)算結(jié)果作為輸入條件進(jìn)行強(qiáng)度校核,。

4.3 焊軌作業(yè)工況
焊機(jī)作業(yè)時(shí)，機(jī)頭將伸出車廂外對(duì)準(zhǔn)待焊接頭,，導(dǎo)致整車的重心位置往后偏移,。重心偏移改變了整車的a不接觸鋼軌。此時(shí),，整車的重量主要由前導(dǎo)向輪對(duì)和承重支腿承載。焊軌作業(yè)工況示意圖見圖 5,。


在焊軌作業(yè)工況下,，焊機(jī)機(jī)頭的重心位置如表 2 所示。





根據(jù)式（1）和表 1,、表 2 數(shù)據(jù)計(jì)算得出,，在焊軌作業(yè)時(shí)整車的重心位置 G ' =（X '0，Y '0）=（4 368,，98）,。x 軸方向受力分析：前導(dǎo)向輪對(duì)到承重支腿的距離為 6 000 mm，則承重支腿的總載荷 F支 =4 368 M0 g / 6 000 = 208 kN,，前導(dǎo)向輪對(duì)的載荷 F '前 =M0 g-F支 = 78 kN,。y 軸方向受力分析：2 個(gè)承重支腿分左右布置于車尾，整車重心橫向偏移導(dǎo)致兩承重支腿的載荷分布不均,，其中受力較大的承重支腿載荷 F '支 =（98 + 2 220 / 2）F支 /2 220 = 113 kN,。


根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，在焊軌作業(yè)工況下,，前導(dǎo)向輪對(duì)沒(méi)有超過(guò)其最大載荷,，承重支腿及相關(guān)構(gòu)架按上述最大載荷條件進(jìn)行設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核。


五,、結(jié)束語(yǔ)
槽型軌公鐵兩用焊軌車具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng),、結(jié)構(gòu)緊湊、操作便利和應(yīng)用成本低等特點(diǎn),，非常適合城市有軌電車線路的焊接施工,。本文介紹了該焊軌車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)過(guò)程，分析了公路、軌道,、焊軌作業(yè) 3 種工況條件下各部件的載荷情況,，為整車設(shè)計(jì)的合理性提供理論計(jì)算的依據(jù)。研發(fā)的焊軌車采用成熟的槽型軌鋼軌閃光焊機(jī),，焊接質(zhì)量穩(wěn)定可靠,；同時(shí)能滿足公路和鐵路 2 種行駛狀態(tài)的切換，避免了頻繁調(diào)運(yùn)帶來(lái)的安全隱患,，有利于提高城市有軌電車線路焊軌施工的效率,。

參考文獻(xiàn)
[1] 丁韋，白國(guó)慶,，李力,，等. 移動(dòng)式鋼軌閃光焊設(shè)備及工藝[J]. 鐵道建筑，2010（2）：106-108.
[2] 李海濤,，趙勇力,，陳常江，等. 路軌兩用車在城市軌道交通中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通,，2017（4）：13-16.
[3] 丁韋,，李力，高振坤,，等. 槽型軌及其焊接技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通,，2014（1）：92-94.
[4] 高振坤，丁韋,，李力,，等. 移動(dòng)式交流鋼軌閃光焊機(jī)[J]. 鐵道技術(shù)監(jiān)督，2011,，39（11）：49-51,，64.
[5] 左一舟. 現(xiàn)代有軌電車軌道設(shè)計(jì)綜述[J]. 山西建筑，2014,，40（14）：179-181.

【本文標(biāo)題和網(wǎng)址】槽型軌公鐵兩用焊軌車的研發(fā) http://zjifu.com/jszl/461.html