一种有砟轨道快速多功能施工设备的制作方法

本发明涉及有砟轨道施工设备技术领域，具体为一种有砟轨道快速多功能施工设备。

背景技术：

有砟轨道道床工程精密测量、起道、拨道和捣固施工技术及机械设备在国内外样式较多，根据目前现有施工技术进行分析：有砟轨道道床工程多采用传统的施工工艺进行施工，均采用mdz作业车组进行起道、拨道、捣固和稳定施工作业，该车组结构体型较大、重，施工时容易损坏钢轨和枕木，由于体型长，不利于道岔、安全线及到发线等短距离有砟轨道道床施工，而道岔、安全线及到发线多采用人工配合小型设备单独进行道床施工，从而增加道床工程施工作业量，导致施工工期无法得到保障，并大大增加施工成本及后期维修费用，且施工过程质量安全难以控制。

根据现场人力资源的投入情况进行分析：采用传统施工工艺进行大面积道床工程施工时，由于施工工程量大，为保证道床工程施工安全质量及施工进度，需投入大量的人力、物力及大小型设备进行配合大机养进行道床施工。

技术实现要素：

因此，为了降低施工成本，加快施工进度、提高生产效率，针对有砟轨道道床工程施工进行快速多功能施工设备的研制工作，通过现场实际施工情况和对传统施工工艺的分析、总结进行研究，本发明提供一种有砟轨道快速多功能施工设备。技术方案如下：

一种有砟轨道快速多功能施工设备，包括水平设置的矩形主骨架，主骨架前端和后端的横梁两侧上分别设有支撑骨架，支撑骨架底部设置有用于夹紧钢轨的液压夹轨装置；还包括设置在主骨架上的多组支撑于道砟面上的升降组合支腿，升降组合支腿包括活动支撑杆及设置在活动支撑杆上的支腿液压油缸；活动支撑杆包括用于将设备和钢轨整体向上提升进行起道的垂直支腿，及将设备和钢轨整体向左或向右偏移进行拨道的斜撑支腿；还包括通过连接架悬吊于主骨架横梁上的振捣组合装置，振捣组合装置包括多个捣固棒，连接架上设置有用于控制并调节捣固棒插入道砟的深度的升缩液压油缸，捣固棒上端设置有用于控制捣固频率的电机。

进一步的，所述主骨架前端两支撑骨架之间和后端两支撑骨架间均设有升缩电子道尺。

更进一步的，还包括行走系统，行走系统包括控制装置、行走装置和动力装置；控制装置用于控制行走装置和动力装置；行走装置包括设置在主骨架先后的行走轮；动力装置包括为行走装置提供动能的柴油发电机和总液压油缸。

更进一步的，还包括精密测量系统，精密测量系统包括机械棱镜和全站仪；机械棱镜包括固定于自动液压支撑架上的棱镜头，且机械棱镜有两组，分别安装于设备前左端和后右端；全站仪和自动液压支撑架通过远程控制装置控制。

更进一步的，所述液压夹轨装置包括夹设在钢轨上的轨道夹，轨道夹通过可调式液压油缸调节夹紧或松开。

更进一步的，所述主骨架横梁上设有纵向运行轨道和横向运行轨道，分别用于捣固棒做纵向移动和横向移动。

更进一步的，所述连接架上还设有用于收集捣固棒的震动频率和插入道砟的深度的感应器。

本发明的有益效果是：本发明将有砟轨道道床施工精密测量、起拨道及捣固融为一体进行施工的新型多功能施工设备，通过该设备的投入使用，实现了在有砟轨道道床工程大面积施工快速机械化作业，由于该设备体型小，施工灵活，出在正线施工外，也可在道岔、安全线、到发线及大机停放线等等部位施工具有相同的效果，同样有效的达到一次性施工成型的效果，计算机对施工过程中收集的各种数据进行保存、归档，便于在后期道床工程质量检查、验收；该设备不仅在施工过程中大大减少了作业人员、物资及设备的投入，又提高了生产效率，降低了施工成本，全权替代了传统大机养施工的施工工艺，同时有效的达到了有砟轨道道床施工质量要求。

附图说明

图1为本发明有砟轨道快速多功能施工设备的平面图。

图2为图1中a-a和h-h的剖面图。

图3为机械棱镜的结构示意图。

图4为图1中b-b和g-g的剖面图。

图5为图1中c-c和f-f的剖面图。

图6为图1中d-d和e-e的剖面图。

图7为图1中i-i和m-m的剖面图。

图8为图1中j-j和l-l的剖面图。

图9为图1中k-k的剖面图。

图中：1-主骨架；2-钢轨；3-机械棱镜；31-棱镜头；32-自动液压支撑架；4-升降组合支腿；41-支腿液压油缸；42-活动支撑杆；5-液压夹轨装置；51-可调式液压油缸；52-轨道夹；6-振捣组合装置；61-捣固棒；62-电机；63-升缩液压油缸；7-纵向运行轨道；8-横向运行轨道；9-轨枕；10-主架伸缩端；11-升缩电子道尺；12-底砟；13-补砟。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。如图1所示，一种有砟轨道快速多功能施工设备，包括水平设置的矩形主骨架1，主骨架1前端和后端的横梁两侧上分别设有支撑骨架，支撑骨架底部设置有用于夹紧钢轨2的液压夹轨装置5；还包括设置在主骨架1上的多组支撑于道砟面上的升降组合支腿4，升降组合支腿4包括活动支撑杆42及设置在活动支撑杆42上的支腿液压油缸41；活动支撑杆42包括用于将设备和钢轨整体向上提升进行起道的垂直支腿，及将设备和钢轨整体向左或向右偏移进行拨道的斜撑支腿；还包括通过连接架悬吊于主骨架1横梁上的振捣组合装置6，振捣组合装置6包括多个捣固棒61，连接架上设置有用于控制并调节捣固棒61插入道砟的深度的升缩液压油缸63，捣固棒61上端设置有用于控制捣固频率的电机62。

该设备将有砟轨道道床施工的精密测量、起道、拨道及捣固融为一体进行施工，根据不同的施工工序进行不同控制。设备分为：结构骨架系统、操作室、动力系统、行走系统、精密测量系统、起拨道系统、捣固系统、监测装置系统、液压系统及自动化控制系统。其各个系统的工作方式和作用如下：

结构骨架系统：采用前后支撑中间吊堂式骨架设置，结构骨架由主骨架1和支撑骨架组成，设备的前后端由主骨架1的下横梁连接支撑骨架上端、下端在钢轨上起到支撑作用，中间悬吊其他施工装置，主骨架1和支撑骨架全部由钢结构进行拼装组成，其前后端主骨架和支撑骨架的接头处设置升缩液压油缸，还在支撑骨架中间设置升缩电子道尺11，如图2所示，升缩电子道尺11可随时检测轨距，便于控制轨距，更方便设备从正线向道岔、到发线和安全线进行施工作业。

操作室：是由控制装置、计算机控制系统和显示监控系统组成；控制装置主要控制管理该快速多功能施工设备的行走系统、动力系统和液压系统；计算机控制系统和显示监控系统将管理控制精密测量系统、起拨道系统、捣固系统、监测装置系统和液压系统；显示监控系统将各个工序施工参数、检测的数据及设备的运行情况通过crt画面显示出来，便于操作人员可随时进行调出crt画面来控制各装置的运行。

动力系统：是由柴油发电机、总电机和各分电机组成，利用柴油发电机发电将动能转化为电能，再由电能通过总液压油缸转化为动能为设备提供动力，使设备行走，同时为设备的总电机和分电机提供电能，通过总电机来控制各个分电机，使设备各个装置正常运行。

行走系统：是由控制装置、行走装置和动力装置组成，控制装置设置与操作室内，利用操作按钮可控制行走装置和动力装置；行走装置与主骨架进行连接，为了适用于有砟轨道道床施工，并确保该设备行走安全，在钢结构主骨架前、后各设置2个行走轮。在施工时，为确保该设备行走精度要求，采用液压控制设备行走；施工完成后，利用发电机带产生的电能带动设备行走，动力装置主要是由柴油发电机和总液压油缸为行走装置提供动能，经过一系列的动力传递，最后传到行走轮的整个机械布置的过程。

精密测量系统：是由棱镜头31、自动液压支撑架32及全站仪组成。如图3所示，棱镜头31安装在自动液压支撑架32上，通过液压进行自动调节支撑腿达到棱镜调平，棱镜组合装置在主骨架上横梁顶交叉设置，一个安装在设备前左端，另一个安装在后右端。在测量人员采用全站仪测量时，便于复核、校核设备主骨架结构是否符合要求；并在测量人员将全站仪进行架设、调平、校核及后视完成后，利用计算机局域网将全站仪与计算机和远程遥控装置进行配套连接，通过计算机或远程遥控装置进行随时控制全站仪进行测量，并利用计算机可控制自动液压支架进行调平棱镜，方便在施工过程中有效达到测量精度要求。

起拨道系统：是由前后左中右各3个升降组合支腿、液压护夹轨组合装置组成。如图4所示，升降组合支腿包含支腿液压油缸41及活动支撑杆，活动支撑杆42包括用于将设备和钢轨整体向上提升进行起道的垂直支腿，及将设备和钢轨整体向左或向右偏移进行拨道的斜撑支腿。施工过程中，将设备上部荷载进行卸载，首先利用液压护夹轨组合装置将钢轨夹住，再利用前后左中右各3个升降组合支腿支撑在道砟面上将设备和钢轨整体提升，达到起道的作用。若需进行拨道，则利用斜撑支腿中的液压油缸进行升缩，使设备整体向左或向右进行偏移，达到拨道的作用。如图5所示，液压夹轨装置5包括夹设在钢轨2上的轨道夹52，轨道夹52通过可调式液压油缸51调节夹紧或松开。液压护夹轨组合装置中的轨道夹在起拨道时可进行夹轨，而在正常行走或其他装置运行时，可进行护轨，避免在施工过程中损坏轨道。

捣固系统：如图6和图7所示，还包括通过连接架悬吊于主骨架1横梁上的振捣组合装置6，振捣组合装置6包括多个捣固棒61，连接架上设置有用于控制并调节捣固棒61插入道砟的深度的升缩液压油缸63，捣固棒61上端设置有用于控制捣固频率的电机62。本实施例采用插入式捣固器进行道床道砟捣固，该设备设置安装两排八组共16个插入式捣固棒悬吊于主骨架横梁上。在主骨架上横梁前后设置2排各3段，便于捣固棒纵向移动，在横向连接架上设置2排各4段横向运行轨道，便于捣固棒横向移动，在捣固道砟时，可纵横向移动全方位捣固道砟。为了方便施工，设置2个插入式捣固棒为一小组共2排前后各4组，在横向运行轨道下部连接1个可调式液压油缸来调节2个插入式捣固棒的高低，控制并调节捣固棒插入道砟的深度；设置1个电机控制1个捣固棒头，在施工时，利用安装在连接架上的感应器来收集捣固棒的震动频率和插入道砟的深度，每排捣固棒的捣固频率和插入深度一致，可在crt画面单独显示模拟画面，并进行设置分层捣固频率先大后小)，当捣固棒每层的震动频率达到计算机设置的预定数值时，计算机将自动开启可调式液压油缸进行上升进入下一层捣固，在捣固过程中，计算机可根据收集到的数据进行自动调节震动频率和插入道砟的深度，有效的达到设计规范要求。

监测装置系统：是由各种传感装置、数据通讯装置组成，感应接收处理器及数据输送机安装在操作室，并连接计算机；并在结构骨架系统、操作室、动力系统、行走系统、精密测量系统、起拨道系统、捣固系统等各个系统的重点部位单独设置各种传感器，各系统通过数据通讯装置独立收集所需各类感应装置监测数据，并输送至计算机中，通过计算机所收集的数据进行分析、记录归档，并发出相应的指令，控制设备运行。

液压系统：包括动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油，液压系统分为总液压油泵、变量泵、分配阀及各个可调式分液压油泵组成，通过计算机程序控制总液压油泵、变量泵、分配阀及各个可调式分液压油泵进行运转，结构骨架系统、动力系统、行走系统、精密测量系统、起拨道系统、捣固系统等各个系统内的液压装置独立设置、单独控制，在施工时，根据施工工序计算机将自动开启各系统的液压装置运行。

自动化控制系统：根据对一种有砟轨道快速多功能施工设备在有砟轨道道床施工工艺和过程生产管理特点分析，自动化控制系统必须满足对现场设备状态的检测、各个装置的控制及生产过程管理的显示、数据的收集、处理及数据通讯，为实现此目的，自动化控制系统应由四部分组成，即计算机控制系统、显示监控系统、数据监测系统和执行系统，即各系统的控制原理为：

1）计算机控制系统：按照设计图纸及规范要求、设备运行及生产过程中达到各个指标等等，通过计算机编程专业人员按此自动化控制系统的目的进行编制计算机控制系统程序，在施工过程中，通过在计算机程序中输入设计图纸及规范数据参数，可利用计算机对设备及各个装置的运行及施工生产的全过程进行实时控制，并能按照设计图纸要求进行施工现场设备全自动化控制管理，并将施工过程中检测的各个数据进行记录，并保存，便于后期对混凝土质量的检查、验收。

2）显示监控系统：采用crt画面显示，主画面和各分系统画面能动态显示各个设备施工过程的运行情况运行、停止、故障等和工艺数据，有文字显示操作，并能反映出操作的结果及显示发生故障的部位和时间等功能，重要的数据，如测量数据、线路偏距、轨距、起道高度、捣固棒捣固频率和插入深度，设备运行的速度、及故障发生的位置和时间等等，应有专门的数据显示，主要装置运行的情况采用灯光指示，设置报警，并在主骨架上安装小型摄像头，随时观察设备的运行情况，可任意调控观察各个crt画面。

3）数据监测系统：数据监测系统是利用结构骨架系统、操作室、动力系统、行走系统、精密测量系统、起拨道系统、捣固系统等各个系统的重点部位单独设置各种感应装置进行各施工工艺数据检测收集，将收集的数据传送至计算机，计算机利用输入在计算机程序数据进行判别，并发出指令。

设备运行按照有砟轨道道床施工工艺进行，当进入每一道工序时，操作者可通过键盘输入启停命令，该工序的监测装置和执行装置进行单独运行，单独控制，crt画面显示该工序施工的部位和监测的数据。

4）执行系统：利用采油发电机为设备提供动能和电能，在正常行走时，采用电能驱动设备运行。在施工时，通过将发电机提供的电能进行转换，利用液压装置驱动设备行走，方便控制设备运行的距离，当设备运行至施工段时，操作人员先进行检查各个装置是否安装到位进行初调，并启动各个装置进行空转，检查各个装置是否运行正常，在初调的同时，测量人员架设好全站仪，并校核、后视，同时操作人员进行建立局域网，通过计算机连接测量仪器和远程遥控装置，并检查控制装置是否满足要求。

当初调完成后，操作人员启动设备棱镜自动调平按钮，使设备顶的棱镜通过自动液压支撑架进行自动调平，调平后，计算机自动控制全站仪进行测量设备顶的前后棱镜来校核设备，校核过程中，操作人员可根据crt画面显示的数据进行调整设备，从而达到二次精调的效果。

当设备和测量仪器二次精调完成后，操作人员利用全站仪进行测量设备前后50m轨道顶面标高和轨道偏距，通过导入计算机程序内轨道线内的参数进行计算机程序分析、计算，在计算机crt画面显示和远程遥控器上显示相关数据，通过全站仪精密测量、计算机程序分析计算的相关数据，计算机自动下达设备运行指令，首先起道、拨道系统进行运行，先命令升降组合支腿下降至道砟面受力，再通过液压护夹轨组合装置中的可调式液压油缸进行夹住钢轨，利用升降支腿上的可调液压油缸进行调节升高，通过作用力与反作用力的原理进行提升钢轨，并通过全站仪测量数据计算出的起道高度和拨道的偏距，在提升钢轨的同时，伸缩斜支腿的可调式液压油缸进行拨道，全站仪通过设备顶的棱镜进行校核数据，并利用安装在设备上的各种感应器进行收集数据，计算机分析、计算，确保一次性达到设定的起道、拨道量。

起道、拨道完成后，计算机将再次下达命令使捣固系统运行，两排八组共16个插入式捣固棒同时运行，各个组单独控制，同时利用可调式液压油缸下降至道砟内按照计算机设置的频率进行分层捣固，每层捣固达到规定时间后，可调式液压油缸自动上升进入下一层继续捣固，直至起道高度的最后一层捣固完成，捣固完成后，全站仪将再一次复核轨面标高和轨道偏距，直到满足设计要求为止，一种有砟轨道快速多功能施工设备将该段道床施工的起道、拨道和捣固完成后，计算机将启动还原按钮，设备卸载还原至初始状态，完成后，计算机命令使设备向前移动，利用总液压油缸给设备动力，精确的运行至下一施工段，重复上述工序继续施工。

设备达到的设计要求为：

1）采用操作人员控制计算机对该设备施工生产全过程进行实时控制，能对有砟轨道道床工程精密测量、起道、拨道及捣固进行自动化控制及管理。

2）各施工工序过程采用crt画面显示，主画面和各分系统画面能动态显示施工工艺数据和运行情况运行、停止、故障等。

3）通过计算机进行施工过程数据的收集、分析、统计、记录和打印，并完成其对各工序出现故障的位置和时间进行自动记录。

在施工前期，待有砟轨道道床底砟铺设、轨道铺设施工完成后，首先进行有砟轨道道床起道、拨道、捣固试验段施工，通过试验段施工确定出适用于一种有砟轨道快速多功能施工设备各个工序的施工参数，待施工参数确定后，方可采用有砟轨道快速多功能施工设备进行大面积施工，具体的施工过程分以下几个步骤实施：

第一步：检查设备自动化控制系统运行程序正常，并将确定的各工序的施工参数输入快速多功能施工设备计算机程序中，确保导入数据无误。

第二步：在有砟轨道道床底砟铺设、轨道铺设完成，按照设计规范要求调整、校核后，并由测量人员在挡砟墙顶放样出线路桩号，便于道床工程施工时校核轨道位置。

第三步：采用人工或吊车将有砟轨道快速多功能施工设备结构骨架及各个子装置运至施工现场，人工开始进行拼装，拼装完成后，先进行初步调整钢构骨架及各个系统装置。

第四步：人工将快速多功能施工设备钢构骨架及各个系统装置进行二次精调，精调完成后，打开开启按钮，启动柴油发电机进行发电，并驱动动设备运行，在正常行走时，采用电能驱动设备运行，在施工时，通过将发电机提供的电能进行转换，利用液压装置驱动设备行走，方便控制设备运行的距离，当设备运行至施工段时，操作人员先进行检查各个装置是否安装到位进行初调，并启动各个装置进行空转，检查各个装置是否运行正常，在初调的同时，测量人员架设好全站仪，并校核、后视，同时操作人员进行建立局域网，通过计算机连接测量仪器和远程遥控装置，并检查控制装置是否满足要求。

第五步：当初调完成后，操作人员启动设备棱镜自动调平按钮，使设备顶的棱镜通过自动液压支撑架进行自动调平，调平后，计算机自动控制全站仪进行测量设备顶的前后棱镜来校核设备，校核过程中，操作人员可根据crt画面显示的数据进行调整设备，从而达到二次精调的效果。

第六步：当设备和测量仪器二次精调完成后，操作人员利用全站仪进行测量设备前后100m轨道顶面标高和轨道偏距，通过导入计算机程序内轨道线内的参数进行计算机程序分析、计算，在计算机crt画面显示和远程遥控器上显示相关数据，通过全站仪精密测量、计算机程序分析计算的相关数据，计算机自动下达设备运行指令，首先起道、拨道系统进行运行，先命令升降组合支腿下降至道砟面受力，再通过液压护夹轨组合装置中的可调式液压油缸进行夹住钢轨，利用升降支腿上的可调液压油缸进行调节升高，通过作用力与反作用力的原理进行提升钢轨，并通过全站仪测量数据计算出的起道高度和拨道的偏距，在提升钢轨的同时，伸缩斜支腿的可调式液压油缸进行拨道，全站仪通过设备顶的棱镜进行校核数据，并利用安装在设备上的各种感应器进行收集数据，计算机分析、计算，确保一次性达到设定的起道、拨道量。

第七步：起道、拨道完成后，计算机将再次下达命令使捣固系统运行，两排八组共16个插入式捣固棒同时运行，各个组单独控制，同时利用可调式液压油缸下降至道砟内按照计算机设置的频率进行分层捣固，每层捣固达到规定时间后，可调式液压油缸自动上升进入下一层继续捣固，直至起道高度的最后一层捣固完成，捣固完成后，全站仪将再一次复核轨面标高和轨道偏距，直到满足设计要求为止，一种有砟轨道快速多功能施工设备将该段道床施工的起道、拨道和捣固完成后，计算机将启动还原按钮，设备卸载还原至初始状态，完成后，计算机命令使设备向前移动，利用总液压油缸给设备动力，精确的运行至下一施工段，重复上述工序步骤继续施工。

本实施例的设备适用于有砟轨道道床工程大面积有砟轨道快速多功能施工设备正线施工，也可用于道岔、安全线、到发线及大机停放线等道床工程施工，并能有效的达到自动化技术控制有砟轨道道床工程的精密测量、起拨道及捣固融为一体，有效的达到一次性施工成型的效果，通过发明该有砟轨道快速多功能施工设备，不仅解决了传统施工工艺的弊端及缺点，更加实现了施工过程信息化管理，既有效的达到了施工现场收集数据与施工过程实验检测数据的复核，又便于在后期对道床工程质量的检查与验收工作；该设备构造简单、运行安全可靠、施工方便，既保证了施工质量安全要求，又有效的提高工作效率，加快施工进度，降低施工成本。