大坡度曲線地段安裝軌道衡的可行性

張秀玉

摘要：軌道衡是安裝在鐵路上用來對通過列車的裝載貨物進行計量的設備。隨著國民的經(jīng)濟及鐵路運輸?shù)难杆侔l(fā)展，軌道衡也更加被廣泛普及。尤其在一些山區(qū)，曲線多，且坡度大的線路上安裝軌道衡是否可行，是一個很重要的問題。

關鍵詞：大坡度曲線；軌道衡；可行性

中圖分類號： U213文獻標識碼： A

一、安裝軌道衡有關計量精度的技術分析

在大坡度曲線地段安裝軌道衡是否可行的根本因素就是研究坡度和曲線超高對軌道衡計量的影響。由于很多安裝地段是單一坡度、曲率不變的曲線地段，可以認為是坡度和曲線的線性組合，因此就比較容易驗證此處安裝軌道衡的可行性。下面首先介紹下軌道衡的測試原理，然后分別就坡度和曲線影響進行分析。圖1為測試原理圖。

圖1軌道衡測試原理圖

由圖1易知：

式中：Q為軌道反力，方向與鋼軌垂直；R1～R4為各個壓力傳感器所測反力值，方向與鋼軌垂直；Q1、Q2為剪力值。

1、單一坡度地段

如圖2所示，坡度為i（反算坡度角為a）的單一坡度線路，Q為軌道反力，方向與鋼軌垂直；P為輪重，重力方向；Fn為Q、P合力，方向與鋼軌平行；f為制動力，方向與鋼軌平行；由于列車是低速運行，因此Fn與f相差不大。

由圖2幾何關系很容易知道：，輪重P與軌道反力成線性關系，線性系數(shù)為坡度角的余弦倒數(shù)，因此只要能準確測出Q值即可準確計算出輪重P。只要壓力傳感器與鋼軌垂直、縱向坡度與線路坡度一致，Q值即可能準確測量，所以在單一坡度上安裝軌道衡測試輪重是可行的。

圖2單一坡度線路受力圖

2、曲線地段

如圖3所示，為一曲線外軌超高受力圖，外軌超高h，Q為軌道反力，方向與鋼軌垂直；P為車體重，重力方向；E為Q、P合力，方向與大地水平面平行；Fn為離心力，方向與E一致；在列車通過曲線過程中， Fn與E相互抵消、保持車體平衡。

由圖3幾何關系很容易知道：只要壓力傳感器受力方向與車體重力P一致，既可準確測出車體重量。因此壓力傳感器的安裝比較重要，傳感器的安裝要求如圖4所示。

圖3曲線段外軌超高受力圖

圖4曲線段傳感器設置

3、結論

綜合1、2可知，在單一坡度的線路或曲率不變的曲線段安裝軌道衡均是可行的，某些選安裝地段正好是單一坡度、曲率不變的曲線組合地段，因此只要設計好壓力傳感器的受力，即傳感器的安裝非常重要，要求傳感器在線路橫斷面上是與大地水平面平行，在線路縱斷面上與鋼軌平行。通過理論計算和現(xiàn)場試驗測試出單一坡度、曲率不變的曲線組合系數(shù)即可能準確測試出車重。

綜上所述，按照使用單位對軌道衡設備的要求，在選取的單一坡度、曲率不變的曲線段上安裝軌道衡是完全可行的。

二、軌道衡的安全性分析

很多地方安裝軌道衡的結構是采用鐵科院路通公司的 “貨車運行狀態(tài)地面安全監(jiān)測系統(tǒng)（TPDS）”的軌道平臺結構。TPDS自2003年在全路推廣使用后，在運用的6年中從未發(fā)生任何因軌道平臺而引起的行車安全問題。在2009年5月份路通公司隨機抽取的數(shù)據(jù)分析中，通過所有TPDS監(jiān)測系統(tǒng)的貨車最高運行速度為111.89km/h,客車最高運行速度為206.56km/h。因此，通過現(xiàn)場的實踐證明，TPDA的結構是安全的、可靠的，對行車不會產(chǎn)生任何危險，該軌道結構也得到各路局認可。

軌道衡的結構完全采用TPDS系統(tǒng)軌道平臺的結構形式，如果安裝處的線路是兩種軌距交叉的線路，因此在傳感器安裝和布置上根據(jù)現(xiàn)場情況進行更改，但對軌道結構不會產(chǎn)生任何影響，如果安裝處的行車速度不是很高，軌道衡對安裝處的線路完全不會產(chǎn)生任何行車安全。

三、室外設備技術要求

1．線路整修

在選擇的設備安裝位置，應對前后線路(前400m、后100m)進行整正，整正要求如下：線路方向不平順小于4mm，高低不平順小于4mm，軌距誤差小于+4、-2mm。消除軌道結構中的三角坑，更換軌道結構的失效零部件。消除道床板結、道碴囊，整治道床排水。

2. 測試平臺劃線定位

需要工具：有效長度不小于15m的鋼尺、劃針（在鋼軌上做標記用）、適當?shù)慕^緣材料墊布（拉鋼尺時墊在鋼軌和鋼尺之間，防止造成短路影響行車信號）等。

① 根據(jù)系統(tǒng)選擇位置的要求，確定系統(tǒng)軌道平臺安裝的中心位置及里程，如為焊接長鋼軌，中心位置應確定在25m軌的中心。

② 在設置設備間一側的鋼軌外側軌頭上，按中心位置劃出系統(tǒng)軌道平臺內側鋼軌上的中心點，假設為A。

③ 在設備間一側鋼軌外側軌頭部位以A為中心兩側按一定長度（如3m）向另外一根鋼軌劃圓，與另一根鋼軌外側軌頭部位相交形成點步b1和b2。

④在設備間對面鋼軌的外側軌頭部位找出b1和b2連線的中心點B，B點即為與A點對應的系統(tǒng)軌道平臺在對側鋼軌上的中心點。

⑤分別以A、B為起點，以380mm（760/2）刻度對準A或B點，在內外側鋼軌外側軌頭上兩個方向分別拉開鋼尺，在鋼尺刻度分別為760mm、1520mm、2280mm的位置劃線，分別為軌道平臺中A型軌枕的中心位置（設點號分別為A-3、A-2、A-1、A1、A2、A3和B-3、B-2、B-1、B1、B2、B3）。如圖3-4所示：

⑥用鋼尺測量A-3和B3、B-3和A3的距離，兩者之差小于3mm表示上述選點過程合格，精度符合要求。否則應重復上述③～⑥過程重新劃線定位，確定新的A、B點直至兩者長度之差符合要求。

⑦分別以確定的A、B為起點，拉開鋼尺，以380mm（760/2）刻度對準A或B點，在內外側鋼軌外側軌頭上A、B兩側鋼尺刻度分別為760mm、1520mm、2280mm、3040mm、3800mm、4560mm、5320mm、6080mm、6840mm、7600mm、8360mm（760mm的整陪數(shù)）的位置劃線(形成點A-11、A-9、……、A9、A11和B-11、B-9、……、B9、B11)。

⑧復核檢查：用鋼尺測量A-11和A11、B-11和B11的距離，應為16720mm,誤差小于3mm表示上述選點過程合格。如圖3-5所示：

⑨復查合格后，所劃的點位為軌道平臺22根軌枕的中心位置，可作為下一步施工的基準。此時應用鋼角尺將劃線位置延伸至軌底。

3．抽換軌枕與軌枕端部連接

①將所有軌枕平放在安裝現(xiàn)場一側，位置大致與鋼軌上定位對應，留出線路另一側空地用以抽出并堆放拆除下來的既有軌枕。將A型枕放置在22根軌枕的中間，并且A型枕上有穿線口的一側朝向機房的線路一側。

②按照工務有關規(guī)程要求，拆除既有軌枕，清理道碴，并抽換專用軌枕。拆除既有軌枕時，首先卸下軌枕連接部件、清除局部道碴，然后將軌枕抽出。安裝并拖動專用軌枕時，平整道碴表面，以免拖動困難。注意保證專用軌枕上面的橡膠墊處于平整、與鋼軌底板密貼的狀態(tài)。抽換軌枕時注意專用軌枕的定位準確，以免后續(xù)工作難以繼續(xù)。換上的專用軌枕表面縱向中心線與鋼軌上刻劃位置盡可能一致（左右偏差應小于2mm），同時使專用軌枕橫向中心線與線路中心線一致（誤差小于3mm為優(yōu)）。

③抽換一根專用軌枕，將專用軌枕穿入軌下，橫向穿入到位后（承軌槽對準軌底），在承軌槽上鋪設橡膠板，略將軌枕上提，安裝好鋼軌兩側尼龍絕緣墊，安裝彈條、平墊圈、M24六角頭螺栓，各部件正位后，旋緊螺栓，將軌枕提起使鋼軌進入承軌槽內。方正軌枕，再利用扣件將軌枕整體提起，提起程度以軌下橡膠墊板似接觸非接觸為宜。及時回填該軌枕下的道碴，并串碴，但暫時不進行搗固作業(yè)。

④繼續(xù)按工務維修有關規(guī)定，以同樣方法與步驟抽換其它軌枕。檢查并方正已換上的軌枕，自平臺中間向兩端順序連接已更換軌枕端部的縱向連接板及連接件，穿入連接板的高強度螺栓，進行高強度螺栓的初擰緊，擰緊力矩建議為10kgf.m左右。連接好軌枕兩側相鄰的連接板和高強度螺栓后，對軌枕上鋼軌扣壓件進行緊固，達到彈條扣件五點著地的工作要求。再對該軌枕下部的道床進行回填和搗固。

⑤繼續(xù)抽換軌枕，完成全部軌枕的更換工作。檢查并方正已更換軌枕的安裝位置準確無誤、完成所有縱向連接板及連接件的連接，擰緊所有軌枕上鋼軌扣件后進行道床搗固。

⑥同時按要求更換相鄰的軌枕并調整相鄰的既有軌枕的間距。安裝位置的既有線路如果為Ⅲ型軌枕時，不需更換相鄰軌枕，只需進行軌枕間距的調整以實現(xiàn)軌枕間距的過渡；安裝位置的既有線路如果為Ⅱ型軌枕時兩端相鄰的10～15根軌枕應更換為Ⅲ型軌枕，同時實現(xiàn)軌枕間距的過渡。

⑦調整線路的平順狀態(tài)，進行道床搗固作業(yè)。安裝區(qū)段線路的方向、軌距、高低應滿足下述要求：方向不平順小于4mm，高低不平順小于3mm，軌距誤差小于+3、-2mm，水平不平順小于3mm，同時沒有三角坑。以30kgf.m的扭矩擰緊A型軌枕上鐵墊板固定螺栓的螺母。上述工作完成后，反復進行軌枕下部道床的搗固作業(yè)，保證軌枕與道床密貼和道床的密實穩(wěn)定。

⑧擰緊彈條扣件固定螺栓，對連接板螺栓作二次擰緊，擰緊力矩為30kgf.m左右。

⑨再次檢查線路不平順并進行道碴回填和搗固，即可恢復通車。開通前，應進行道碴回填至正常線路要求的水平。道床的穩(wěn)定等符合開通線路的要求。初期通過列車慢行，按工務有關規(guī)程逐步提高列車通過速度至正常的行車速度。初期通車及以后一定時間內應注意檢查線路平順狀態(tài)并及時進行搗固。

4．測試平臺連接件緊固與線路整修

軌道測試平臺安裝完成并通車后，應隨時對局部線路狀態(tài)進行觀察、加強道床搗固。發(fā)現(xiàn)軌道不平順狀態(tài)不滿足要求應及時整治并搗固。

軌道平順狀態(tài)要求：方向不平順小于4mm，高低不平順小于3mm，軌距誤差小于+3、-1mm，測試平臺中心線與線路實際中心線誤差不大于3mm，沒有三角坑。

通車一定時間（正線行車量較大時需要一周左右的時間）后，再次進行全面檢查和搗固，通車碾壓、道床完全穩(wěn)定后，可局部扒碴、對軌枕之間的連接板高強度螺栓進行擰緊，擰緊力矩達到設計力距，即60～65 kgf.m?；靥淼啦曛琳顟B(tài)。

5．線上設備安裝控制

軌道幾何尺寸：測試平臺組裝后，軌道幾何尺寸要嚴格控制,要求軌道高低不平順小于4mm，方向不平順小于4mm，軌距誤差在(-1，+3mm)內，測試平臺中心線與線路實際中心線誤差不大于3mm。

鐵墊板與軌枕間高強螺栓扭矩：軌道幾何尺寸調整到設計要求后，鐵墊板與軌枕間高強螺栓使用專用電動扳手擰緊至扭矩60kgf.m。

縱向連接板高強螺栓扭矩：測試平臺縱向連接板上高強螺栓在鋪設過程中只作初擰，初擰扭矩在10kgf.m左右，待所有部件安裝到位，且軌道幾何尺寸調整到設計要求后，二次擰緊高強螺栓至扭矩30～40kgf.m；經(jīng)過一定周期的列車碾壓、道床穩(wěn)定后，重新調整軌道幾何尺寸直到滿足設計要求，再將連接板高強螺栓通過專用電動扳手擰緊至扭矩60kgf.m。

軌道縱向剛度過渡措施：測試平臺安裝在III型軌枕線路時，在測試平臺兩端與線路連接處不設過渡段。測試平臺安裝在II型軌枕線路時，須在測試平臺兩側分別鋪設10～15根III型軌枕作為過渡段。

結論：在大坡度曲線地段安裝軌道衡是完全可行的。