電瓶軌道鋪設機的研究與應用研究

王斌

【摘?要】在城市軌道交通建設中，軌道鋪設機作為其中一種重要設備，起著承上啟下的關鍵作用，對軌道鋪設有著至關重要的作用。那么，如何保證鋪軌的安全與施工進度，這是一個很重要的問題。由于現代化的地鐵鋪軌工序大多使用機械鋪軌，那么機械設備性能是否先進是影響鋪軌安全和進度的關鍵。軌道鋪設機作為軌道“機鋪法”施工的關鍵設備，承擔著預制軌排、鋼筋籠以及其它施工物料的運輸和混凝土澆筑的施工任務。

【關鍵詞】軌道;新型;鋪設機;電瓶

Research and Application of Battery Track Laying Machine

Wang Bin

（China Railway First Bureau Group New Transportation Engineering Co.， Ltd?Xianyang?Shanxi?712000）

【Abstract】In the construction of urban rail transit， the track laying machine， as one of the important equipments， plays a key role in the connection and has a vital role in the track laying. Then， how to ensure the safety of the track laying and construction progress is an important issue. Since most of the modern subway track laying processes use mechanical track laying， whether the mechanical equipment performance is advanced is the key to affecting the safety and progress of the track laying. As a key equipment for the construction of the track "machine shop"， the track laying machine undertakes the construction tasks of prefabricated rail rows， steel cages and other construction materials transportation and concrete pouring.

【Key words】Track;New type;Laying machine;Battery

1. 前言

（1）自從2004年全面投入地鐵軌道施工至今，軌道鋪設機已經歷了數次更新?lián)Q代，雖然每一次更新都能在一定程度上提高工作效率，減輕勞動強度，但始終沒能擺脫供電電纜，設備有效施工距離受卷纜長度和供電線路壓降雙重限制，對施工效率的提高有很大影響，而且380V的交流電壓在施工中對人身存在安全隱患。

（2）任何機械設備都是在發(fā)展更新的，軌道鋪設機也不例外。自從21世紀我國地鐵進入建設熱潮后，軌道鋪設機已經經過了數次的改進，每一次改進都能很好的提高工作效率。

（3）我公司在福州軌道交通2號線鋪軌Ⅰ標施工過程中，依據現場實際情況及以前的電瓶軌道鋪設機的使用經驗，在滿足現行工況的情況下，大膽自主嘗試和創(chuàng)新使用新型的電瓶軌道鋪設機進行機鋪作業(yè)。在使用過程中不斷摸索、反復總結并不斷改進，逐漸完善了設備各項功能與性能指標，以更好地適應機鋪作業(yè)施工。填補了新型設備在城市軌道交通建設中使用的空白。

2. 設備特性

（1）能夠適應長大區(qū)間遠距離送電導致的電壓不足的操作環(huán)境。

（2）避免了運行距離受電纜線長度限制，可自由走行，提升施工工效。

（3）避免了供電電纜因來回拖拉破損，導致頻繁的電路故障，維修工作增加而影響施工效率。

（4）可在低電壓狀態(tài)運行，符合目前施工行業(yè)低電壓作業(yè)標準。

（5）地鐵施工過程中，可不受停電因素影響，保證設備正常運行。

（6）大幅度的降低了電瓶軌道鋪設機裝機功率，節(jié)能效果顯著。

（7）采用新的供電系統(tǒng)，可實現電能的循環(huán)使用。

（8）采用先進的機械傳動系統(tǒng)，極大的降低了機械設備故障率。

3. 適用范圍

該電瓶軌道鋪設機適應于地鐵軌道鋪設在隧道內機鋪作業(yè)及高架橋輕軌鋪設機作業(yè)等各種工況。

4. 設備工作原理

4.1?動力源原理（新型電瓶軌道鋪設機的BIM模型見圖1、車載動力電池見圖2、直流控制器與直流電機見圖3）。

采用8塊6V200Ah的車載電源動力電池，配備雙電池組，借鑒車載動力電池技術供電基礎上，采用集成多模塊控制電路通過直流控制器作用于電機，提供能力，穩(wěn)定性強，動作精準。

4.2?起升機構原理。

新型電瓶軌道鋪設機起升機構采用直流無刷電機與行星齒減速機構作為驅動裝置，大幅度的提升了機械傳動效率，降低了設備功率。該套起升機構，起升平穩(wěn)、無機械噪音，重物不易擺動，穩(wěn)定性好（行星齒減速機見圖4、現場實物見圖5）。

4.3?走行機構原理（走行機構原理模型見圖6、現場實物圖見圖7）。

走行機構采用直流無刷電機與行星齒減速機作為驅動裝置，大幅度的降低了電機功率。起步與制動時，直流無刷電機具備軟啟軟停的功能，實現走行與制動的平穩(wěn)，提升了施工的安全可靠性。

試驗結論：100m極小半徑200次無障礙通過。

6.1.4?續(xù)航能力測試。

在試驗線路上運行40h后出現低電量提醒，此時需要更換電瓶并進行充電。

試驗結論：連續(xù)運轉40h后，無法啟動。

試驗總結論：新型電瓶軌道鋪設機能夠滿足機鋪作業(yè)面施工工況要求。

6.2?節(jié)能試驗論證。

6.2.1?試驗條件：

（1）用電流表記錄六組電瓶充滿的用電量數據，新型電瓶軌道鋪設機（7.4KW）與逆變直流電瓶軌道鋪設機（8.8KW）

（2）分別用新型電瓶軌道鋪設機（單組電瓶供電）、逆變直流電瓶軌道鋪設機、交流電瓶軌道鋪設機進行耗電量試驗。

（3）三臺鋪軌機分別進行不間斷的提升10t重物303次作業(yè)的耗電量統(tǒng)計。

6.2.2?試驗結論：功率6KW滿足施工要求，節(jié)能效果顯著（耗電量對比圖見圖11、節(jié)能對比圖見圖12）。

6.3?充電時間與續(xù)航時間測定。

如圖所示為現場實際使用時間和充電時間的測試數據。

兩臺新能能源電瓶軌道鋪設機在福大鋪軌基地試驗場地進行全負荷試驗運行，按照滿電量進行6組數據測試，測得新型電瓶軌道鋪設機單組電瓶使用時間45h，單組電瓶平均充電時間6h。充電時間<<使用時間，可滿足電瓶電軌道鋪設機循環(huán)作業(yè)（充電時間與使用時間統(tǒng)計圖見圖13）。

試驗結論：充電時間<<使用時間，可滿足新型軌道鋪設及循環(huán)作業(yè)要。

6.4?施工現場鋼絲繩與電路故障率驗證（施工區(qū)間機械故障率統(tǒng)計表見表2）。

試驗結論：設備投入使用后，鋼絲繩故障率0.09/Km，鋼絲繩故障率0.317/Km<1/Km，滿足設備工況要求（機械設備故障率統(tǒng)計表見圖14）。

7. 新型電瓶軌道鋪設機的創(chuàng)新點

7.1?新能源電瓶軌道鋪設機改變了傳統(tǒng)的供電模式，采用電池直接供電，甩掉了長尾巴，提升了施工工效。

7.2?雙電池組移動式新能源供電系統(tǒng)，充電時間短，解決了電能循環(huán)供應的問題。

7.3?直流供電，實現設備在地鐵潮濕環(huán)境下低壓狀態(tài)安全運行，極大的降低了用電安全隱患。

7.4?先進的減速機將整機功率降低、達到了節(jié)能目的，實現了設備的節(jié)能環(huán)保特性。

8. 應用實例

8.1?新型電瓶軌道鋪設機于2018年2月至2018年9月在福州地鐵施工中得到了很好的應用，共計鋪軌16.24Km。單次作業(yè)施工進度可實現100m/day，單組電池的續(xù)航能力可保證3天的施工用電量，續(xù)航能力超出了理論數據。

8.2?在16.24Km的鋪軌過程中，2組電池組交替使用，每組電池組的充電次數在83次左右，設備故障率不足1%，整個操控系統(tǒng)操作平穩(wěn)，電機執(zhí)行動作精準，滿足現場施工中各個工序對設備的要求。

8.3?在軌道施工、軌排運輸、混凝土澆筑、材料的倒運等正常工序不變的情況下，中間不存在影響施工進度因素，新型軌道鋪軌機一組電池組可完成軌道施工265米，中間不需要充電。道床施工完成后，還有電量英語，續(xù)航能力滿足工況要求。

8.4?電瓶軌道鋪設機走行平穩(wěn)，具備軟啟軟停功能，能很好的滿足安全操作的要求，整個起升動作平穩(wěn)，無噪音，鋼絲繩不存在斜拉現象，滿足了現場的吊裝要求，降低了鋼絲繩故障率。

8.5?通過現場對電瓶軌道鋪設機能耗的統(tǒng)計數據來分析，電瓶軌道鋪設機節(jié)能效果顯著，極大的節(jié)約了電能。

福州地鐵2號線投入新型電瓶軌道鋪設機應用于施工生產，將原來平均的道床澆筑施工進度由73米/日提高到100米/日，節(jié)約了項目成本，提升了施工工效，獲得了業(yè)主的肯定與贊譽（吊裝軌排作業(yè)見圖15、倒運工裝機具見圖16）。

9. 效益分析

動力電池技術在電瓶軌道鋪設機上的成功應用，省去地鐵施工隧道內復雜動力線的布設，按照當前地鐵施工作業(yè)面配置，節(jié)約了電纜線購置費、布設電纜人工費及能耗共計147.54萬元（項目節(jié)約成本統(tǒng)計表見圖17）。

參考文獻

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