作者: Steve Cox,潘得路扣件系统技术总监

高速铁路底板和机器人组装创新 

打破成规,解决难题

高速列车运行需要精确的轨道对正。如果在施工后可能出现显著沉降,或有可能发生地震活动,则会对轨道的垂直和横向调整范围与精度提出尤为严格的要求。如果是无砟轨道,通常扣件系统中必须提供所有此类调整功能。鉴于提供给维护作业的时间较短,这些调整的精度、便捷性和速度是对扣件系统的关键要求。

潘得路运用自己的设计和开发能力,减少进行调整所花的时间、需要更换的部件数,并降低这项重要维护工作的复杂性。

潘得路快速弹条扣件底板非常适合高速铁路。 调整是一项基本要求并涉及多个方面。垂直和横向调整范围、调整精度、调整便捷性和速度,以及任何附加或更换部件的数量和复杂性都至关重要。

短直板构成的曲线轨道可能需要进行调整,因为扣件位置明显需要偏移,以实现平顺对正。 这尤其适用于横向底板位置,并且曲线越急促,越需要此调整。 扣件必须非常精确地定位,以实现高速轨道上要求的严格轨距公差。

潘得路底板可进行无限横向调整。它可以精确拧紧并牢固保持在所需位置。底板还可以略微偏离轨道板轴线,以使各底板精确对准曲线(底板安装到的轨道板构成该曲线的一部分)中心。这意味着,每块轨道板都可以与其他轨道板一致,并且每个扣件都与初始轨道施工的其他扣件采用相同配置。一块轨道板与轨道上的其他轨道板相比,唯一的区别就是安装到该轨道板的底板的确切位置。因此,维修所需的“备用”轨道板是通用的,不需要特意进行费时耗力的构造。同时,也不需要任何定制扣件配置来实现精确的轨道对正。

“潘得路底板可进行无限横向调整。”

调整需求

过去,建造在地震带(如日本和中国台湾)的高速线路需要相对较高水平的垂直调整(通常为 +50 mm),伦敦 HS2 的调整要求甚至更高,达到了 +70 mm。这一差异似乎不大,但作用于扣件的倾覆力矩会增加,并且提供用于应对横向荷载的任何混凝土竖立构件会进一步偏离基板内的最高预应力或加固水平。潘得路对照相关欧洲 CEN 要求,通过使用精心配置(使我们可以在 0 mm 至 +70 mm 的安装高度测试相邻组件)的垫块运行 300 万个负荷周期,全面测试了新的最大高度调整要求。

在带有钢轨座的轨道板上进行垂直调整后,钢轨的轨距面横向位置也会发生变化。为保持对轨距进行密切控制,垂直调整可能意味着需要更换决定横向调整的组件,除非与潘得路底板一样,底板位置本身可以轻松调整。在 1:20 钢轨斜度上进行 +70 mm 高度调整(例如 HS2)会导致 7 mm 的轨距变化,这远远大于在 1:40 轨道斜度上进行 +50 mm 最大高度调整(例如在中国)导致的 2.5 mm 轨距变化。

施工和维护速度至关重要,通过潘得路快速弹条扣件底板系统,机器可用于在潘得路快速弹条扣件底板安装位置和停驻位置之间切换扣件,以进行轨条更换和应力放散。 安装和卸除扣件的速率非常高,这在英国已众所周知。  列车上安装的光学轨道检测系统可随时用于确认非螺纹快速弹条扣件系统的位置和工作状态,并可在相对较高的速度下运行,通常高达 160 km/hr。除了速度优势以外,这些维护和检查系统还有助于确保工人无需进入轨道,提高安全性。

轨道的整体刚度控制着车辆轨道系统的多方面性能,但在高速线路上使用的大多数轨道扣件都至少包括一块底板或钢板,这样在原则上至少有两个弹性层:板上面和下面各一层。即使是预定和指定的扣件整体刚度,这两个单独元素的刚度选择也可以影响整体动态性能。

这进而可以影响道侧空气噪声水平,以及系统在应对被施加的荷载(钢轨滚动、动态轨距变宽等)时的机械性能。这是一个复杂的领域,潘得路在这方面有着深刻了解。但是,为确认设计是否能够在给定条件下提供最佳的空气噪音降低效果,潘得路与南安普敦的声音与振动研究所 (ISVR) 展开了紧密合作,以测试不同的详细设计选项。

机器人未来

通用轨道板与通用扣件组合是一个具有吸引力的议题,但这并不新鲜。新鲜和具有创新性的是潘得路用于将其底板安装到轨道板的方法。机器人用于拾起底板并将其放在所需的准确位置和方向,这一专业技术正是本公司在使用弹条扣件生产线时所积累的经验。 

触摸按钮即可选择给定轨道板上的底板位置组合。扫描功能可帮助和确认底板定位,各轨道板配置(及识别信息)编码成 RFID 标签,该标签在轨道板离开工厂之前贴在轨道板上,以便随时追溯该轨道板最终安装到的曲线或过渡区。这种机器人安装可提高安装的可靠性和质量,最终改善轨道的对正质量。 它还可以提高生产速度,降低服务晚点和中断的风险。

在安装到轨道板之前,潘得路底板可在工厂内基本预组装,因此,大大方便了机器人安装。在另一个调整功能至关重要的领域,这也带来了优势。 此领域就是在轨道运行寿命周期内维护轨道。

受损的底板可作为一个整装组件予以更换。不需要拆除轨道上的扣件,也不需要了解如何正确重新组装。横向调整特别有利。只需要拆下底板,将其移动到正确位置并重新紧固即可。不需要其他更换件,也不需要拆卸扣件。垂直调整也很简单。

拆下底板,将需要的任何其他垫片滑入到位,然后重新紧固底板。高度调整垫片本身是一种非常简单的平面设计,无论需要何种精确厚度,都可以轻易制造。以错误的顺序组装不同厚度的垫片不会带来任何危险。

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