一款无缝线路铺轨机布枕机构的创新设计

第５期（总第１７４期）

２０１２年１０月机械工程与自动化

ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　＆　ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＮｏ．５

Ｏｃｔ．

文章编号：１６７２－６４１３（２０１２）０５－００７８－０

２櫜

一款无缝线路铺轨机布枕机构的创新设计

牛钊文，孙付春

（成都大学工业制造学院，四川　成都　６１０１０６

）摘要：研究了无缝线路铺轨机布枕机构的功能原理，设计出新型的铺轨机布枕机构，分析了其运动过程及运动原理，证实了该机构能够很好地完成铺轨机的布枕功能。关键词：无缝线路；铺轨机；布枕机构中图分类号：Ｕ２１５．５ 文献标识码：櫜Ａ

成都市经济与信息化委员会项目（

２０１００２０６５）；四川省科技厅基础研究项目（２０１１ＪＹ００７６）收稿日期：２０１２－０５－１４；修回日期：２０１２－０６－１

８作者简介：牛钊文（１９８０－）

，男，甘肃张掖人，助教，硕士，主要研究方向：动力机械设计方法及理论。０　引言

虽然高速铁路无缝线路长轨条铺轨机组在我国已有一定的基础，但现有机组的主要核心技术多以专利的方式为外国生产厂商所拥有。国外厂商在发展长轨条铺轨机组过程中的成功经验值得我们吸取，但完全或基本上照搬或仿制，技术上受制于人，且引进费用昂贵，加大了铁路建设的成本。在这种情况下，自主研发新型的无缝线路铺轨机是非常有必要的。布枕机构是铺轨机组中最核心的机构，安装于轨枕铺设系统上，其结构形式和控制技术将直接决定铺轨机组布枕作业的

效果和精度，

在某种程度上也决定了整套机组的性能，对其进行研究有着重要意义。

１　布枕机构概述

布枕机构的作用是将传送带输送过来的轨枕以一定的速度、一定的顺序放置于道砟上的预定位置。作为本设计主要的创新部分，该机构与其他既有的布枕机构在结构和工作原理上有着很大的不同。具体区别如下：原铺轨机的布枕机构皆是以两个钩状的

接轨装置接住传送带输送过来的轨枕，

然后将其放置在道砟上；本设计机构则使用３对夹轨钳，每次夹住３

根轨枕，通过液压系统的驱动带着轨枕以一定的运动轨迹将其放置于道砟上而进行铺轨。本设计不但可将工作效率提高近３倍，还因采用了液压驱动而使整个机构动作更加稳定可靠。布枕机构结构示意图如图１所示。２　布枕机构的组成及各部分作用

本文设计的布枕机构的主要组成及各部分的作用如下：

（１）夹钳横梁：前、中、后各一根，采用２５０ｍｍ×

１５０ｍｍ的方钢管制作，

主要用于安装各夹钳、承受轨枕载荷、带动轨枕运动，并将各油缸的力和运动转变为轨枕的运动。

（２）夹钳油缸（６个）

：每根横梁两端各一个，用于提供各夹钳横向移动的动力及产生摩擦力的压力。（３）夹钳（１２个）：每根横梁两端各一对，由橡胶片和夹钳板组成，它与轨枕直接接触，将驱动油缸的动力转化为提起轨枕的摩擦力。

图１　布枕机构结构示意图

（４）纵移油缸（４个）：相邻的两根横梁用两个油缸连接，用来提供调节两根横梁间距离的动力。

（５）纵移梁（１根）：由一根２３０ｍｍ×１３０ｍｍ方钢管、尼龙滑块、尼龙滑块固定板及耳轮组成，该梁用于支撑整个机构的重量，固定升降油缸的缸体。

（６）升降油缸（２个）：用于提供横梁和轨枕上下运动的动力。

（７）纵轴（２根）：支撑各横梁，并使它们保持在同一个平面内，轴向对齐。

（８

）支座、销轴、套筒、滚轮（若干）：起支撑、联接、

减小摩擦等作用。

３　布枕机构运动行程分析

该布枕机构的运动流程如图２所示。

图２　布枕机构运动流程图

布枕机构按如下要求设计［５］

：①每循环根数：

３根；②布枕能力：

最大能力为３０根／ｍｉｎ，平均为１６根／ｍｉｎ；③布枕速度：

最大速度为１．０８ｋｍ／ｈ，平均速度为０．５８ｋｍ／ｈ。

当为最大布枕速度时，每次循环需要的时间ｔ＝

６ｓ。放枕时间Ｔ１＝３．６ｓ，因设计放枕时间为回程时间的１．５倍，则回程时间为Ｔ２＝２．４ｓ。各部分行程分析如下：

（１

）夹钳的横向移动：每个横梁两端的夹钳由夹钳油缸驱动，

沿轨枕的长度方向相向运动，夹紧轨枕。此过程中的运动时间和速度（运动部件相对于动力车

的速度）分别为：最小时间ｔｍｉｎ＝０．３ｓ，最大速度ｖｍａｘ＝０．２４ｋｍ／ｈ；平均时间ｔａｖｅ＝０．５６３ｓ，平均速度ｖａｖｅ＝

０．１２９ｋｍ／ｈ。（２

）横梁整体上移：由升降油缸驱动，横梁带着轨枕离开运枕轨道，为下一步的纵向移动做准备。此过

程中的运动时间和速度分别为：ｔｍｉｎ＝０．３ｓ，ｖｍａｘ＝０．２４ｋｍ／ｈ；ｔａｖｅ＝０．５６３ｓ，ｖａｖｅ＝

０．１２９ｋｍ／ｈ。（３

）横梁整体纵向移动：纵移梁带着机构整体纵向移动到预定位置。此过程中运动时间和速度分别为：ｔｍｉｎ＝２ｓ，ｖｍａｘ＝２．４４ｋｍ／ｈ；ｔａｖｅ＝３．７５ｓ，ｖａｖｅ＝１．３ｋｍ／ｈ。（４

）横梁整体下移：横梁在升降油缸的驱动下向下运动使轨枕到达道砟面，

同时各横梁在纵移油缸的驱动下拉开间距保证各根横梁的间距为０．６ｍ。此过程中各部分的运动时间为：ｔｍｉｎ＝１ｓ，ｔａｖｅ＝

１．８７５ｓ。各部分的运动速度分别为：中夹钳横梁：ｖｍａｘ＝

１．８２２ｋｍ／ｈ，ｖａｖｅ＝０．９７２ｋｍ／ｈ；后夹钳横梁：ｖｙ

ｍａｘ＝１．８２２ｋｍ／ｈ，ｖｚｍａｘ＝１．００８ｋｍ／ｈ，ｖｙ

ａｖｅ＝０．２７ｋｍ／ｈ，ｖｚａｖｅ＝０．５４ｋｍ／ｈ；前夹钳横梁：ｖｙｍａｘ＝１．８２２ｋｍ／ｈ。（５

）夹钳横向松开：夹钳油缸驱动夹钳松开，将轨枕放于道砟上。此过程中运动时间和速度分别为：

ｔｍｉｎ＝０．１５ｓ，ｖｍａｘ＝０．４８ｋｍ／ｈ；ｔａｖｅ＝０．５６３ｓ，ｖａｖｅ＝０．１２９ｋｍ／ｈ。（６）整体上移：各横梁在升降油缸的作用下向上移动，同时各横梁又在纵移油缸的驱动下向中夹钳横

梁合拢。此过程中运动时间为：ｔｍｉｎ＝０．６ｓ，ｔａｖｅ＝

１．１２５ｓ。各部分的运动速度分别为：中夹钳横梁：ｖｍａｘ＝３．０３５ｋｍ／ｈ，ｖａｖｅ＝１．６２ｋｍ／ｈ；后夹钳横梁：ｖｙｍａｘ＝３．０３５ｋｍ／ｈ，ｖｚｍａｘ＝１．６８ｋｍ／ｈ，ｖｙａｖｅ＝１．６２ｋｍ／ｈ，ｖｚａｖｅ＝０．８９６ｋｍ／ｈ；前夹钳横梁：ｖｙｍａｘ＝３．０３５ｋｍ／ｈ，ｖｚｍａｘ＝１．６８ｋｍ／ｈ，ｖｙａｖｅ＝１．６２ｋｍ／ｈ，ｖｚａｖｅ＝０．８９６ｋｍ／ｈ。（７

）整体机构纵移：整个机构随着纵移梁回到最后端。此过程运动时间和速度分别为：ｔｍｉｎ＝１

．５ｓ，ｖｍａｘ＝３．２６ｋｍ／ｈ，ｔａｖｅ＝２．８１ｓ，ｖａｖｅ＝

１．７３８ｋｍ／ｈ。（８

）横梁下移：横梁和夹钳回到初始位置，为下一个循环做好准备。此过程中运动时间和速度分别为：

ｔｍｉｎ＝０．１５ｓ，ｖｍａｘ＝０．４８ｋｍ／ｈ，ｔａｖｅ＝０．２８ｓ，ｖａｖｅ＝０．２５６ｋｍ／ｈ。４　结语

本文所设计的布枕机构经检验设计合理，技术较先进，自动化程度较高，工作效率也较一般的机构有很大提高，能够很好地满足无缝线路铺轨机作业车中轨枕布置系统的要求，为新型铺轨机的进一步开发做了重要的探索并积累了经验。相信随着后续研究的深入，我们自主设计的布枕机构将会有更好的运用。

参考文献：

［１］　段炼，

孙付春，李宏穆．高速铁路无缝线路铺轨机组方案设计［Ｊ］．机械，２００７（Ｓ１）：１３－１４．［２］　杨进华．

浅谈ＰＣ－ＮＴＣ型铺轨机组技术改造措施［Ｊ］．铁道建筑技术，２００３（３）：６６－６８．［３］　薛学勇．

ＤＰＧ５００型长轨条铺轨机组组成及关键机构［Ｊ］．建设机械技术与管理，２０１０（９）：９１－９５．［４］　纪占玲，

靳长泉．铺轨机布枕机构液压系统压力确定［Ｊ］．起重运输机械，２００８（２）：３０－３１．［５］　张向民，

陈秀方，曾志平，等．青藏铁路无缝线路试验段轨道参数试验［Ｊ］．铁道科学与工程学报，２００５（６）：４０－

４１．Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｌａｙｉｎｇ　

Ｓｌｅｅｐｅｒ　Ｐａｒｔ　ｉｎ　Ｔｒａｃｋ　ＬａｙｉｎｇＭａｃｈｉｎｅ　ｆｏｒ　Ｓｅａｍｌｅｓｓ　Ｒａｉｌｗａｙ

ＮＩＵ　Ｚｈａｏ－ｗｅｎ，ＳＮＵ　Ｆｕ－

ｃｈｕｎ（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇ

ｄｕ　６１０１０６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌａｙｉｎｇ　ｓｌｅｅｐｅｒ　ｐａｒｔ　ｉｎ　ａ　ｔｒａｃｋ　ｌａｙｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｆｏｒ　ｓｅａｍｌｅｓｓ　ｒａｉｌｗａｙ　ｉｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｌａｙｉｎｇ　ｓｌｅｅｐｅｒ　ｐａｒｔ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｎｄ　ｉｔｓ　ｍｏｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｍｏｔｉｏｎ　ｔｈｅｏｒｙ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｃｏｎｆｉｒｍｓ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｃａｎｃｏｍｐｌｅｔｅ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋ　ｏｆ　ｌａｙｉｎｇ　

ｓｌｅｅｐｅｒ．Ｋｅｙ　

ｗｏｒｄｓ：ｓｅａｍｌｅｓｓ　ｒａｉｌｗａｙ；ｔｒａｃｋ　ｌａｙｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅ；ｌａｙｉｎｇ　ｓｌｅｅｐｅｒ　ｐａｒｔ·

９７·　２

０１２年第５期 牛钊文，等：一款无缝线路铺轨机布枕机构的创新设计