一种道岔换轨作业车及换轨方法
技术领域
本发明属于轨道维护技术领域，特别涉及一种道岔换轨作业车及换轨方法。
背景技术
我国高铁蓬勃发展已经历近15年，至2018年底，运营里程已达到2.9万公里。随着运营时间推移，高铁线路设备也即将进入更换周期。除线路的日常养护外，高铁道岔部件的大批量更换将进入白热化阶段。目前，国内高铁道岔通常以18号、42号为主。以42号道岔为例，可动心轨辙叉长近31米，重约14吨，单根尖轨长近45米，基本轨长46米。“长”“重”成为高铁道岔更换过程中运输装卸难题，受更换现场施工条件限制，现场装卸作业成为更换作业中的主要难点。2018年，金鹰重型工程机械有限公司与四川长起起重设备有限公司联合开发出GQ50型道岔大部件快速更换车，可实现高铁道岔部件装、卸及运输一体化功能。但该运输设备造价高达1000多万元，受财力影响，各铁路局购买能力将十分有限，极少的装卸运输设备将成为道岔更换的制约因素。为解决这一难题，设计出具有装、卸运输功能，且造价低的设备迫在眉睫。
发明内容
为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种道岔换轨作业车及换轨方法，仅需三辆具有吊装装置的平车和一辆常规的游车即可实现道岔换轨作业，成本低。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种道岔换轨作业车，包括两个牵引车1及两个牵引车1之间的至少一个平车，所述平车上设有吊装装置2，所述吊装装置2包括吊臂3、平车上且用于支撑吊臂3的吊臂支座4、吊臂3一侧且能沿吊臂3运动的升降吊装结构5和吊臂3另一侧且能沿吊臂3 运动的配重块6；所述平车的数量为三个，该道岔换轨作业车还包括一个无吊装装置2的游车8，第一平车7、游车8、第二平车9和第三平车10依次设于两个牵引车1之间，所述吊臂支座4能在平车上沿平车所在的方向运动，所述吊臂3能绕吊臂支座4旋转至少180°且其上铰接有可折叠与打开的接长臂11。
其中，所述道岔包括可动心轨辙叉、尖轨和基本轨且其上设有两个起吊点17。
所述第一平车7、游车8和第二平车9的组合能运输道岔并在道岔装车与卸车时移动至对应道岔处，所述第一平车7与第二平车9上的吊装装置2配合实现道岔的装车与卸车；其中，所述第一平车7和第二平车9的吊装装置2在吊装尖轨和基本轨时均移动至远离游车8的一端。
所述第二平车9和第三平车10分离且分别移动至待更换道岔的两端，所述第二平车9上的吊臂3反转，所述第二平车9和第三平车10上的吊装装置2配合实现道岔的更换；其中，所述第二平车9和第三平车10上的吊装装置2均移动至相互靠近的一端。
其中，所述吊装装置2在吊装可动心轨辙叉时，所述接长臂11折叠；所述吊装装置2在吊装尖轨和基本轨时，所述接长臂11展开。
其中，本发明实施例中的吊臂3一侧的长度L1为：
其中，L0＝D+E，D为可动心轨辙叉上的起吊点17与对应端之间的距离，E为吊臂支座4 的半径，A为平车宽度的一半，B为道岔与平车之间的距离，C为可动心轨辙叉最宽宽度的一半；所述吊臂3另一侧的长度L2为4.5-5.5m，所述接长臂11的长度L4为3-5m；其中，所述配重块6的重量G2由公式G1*L1-(F+G)*L3＝G2*L2得到，G1为可动心轨辙叉的起吊点17 的重量，L3为吊臂支座4的中心距平车轮缘的垂直距离，F为平车的重量，G为吊装装置2 的重量。
进一步地，本发明实施例中的平车上沿其所在的方向设有供吊臂支座4滑动的滑轨12，所述吊臂支座4滑动设于滑轨12上且其与滑轨12之间设有行走结构。
具体地，本发明实施例中的吊臂3一侧的长度L1为7.5-8.5m，所述配重块6的重量G2为 8-10t，所述平车的重量F为22-24t，所述吊装装置2的重量G为4-6t，所述道岔与平车之间的距离B为0.15-0.25m，所述可动心轨辙叉上的起吊点17与对应端之间的距离D为6.2-7.7m。
其中，本发明实施例中的第一平车7、游车8、第二平车9和第三平车10的长度均大于15.4m。
具体地，本发明实施例中的第一平车7、游车8、第二平车9和第三平车10的长度均为1.5 换长，其宽度为3m。
更具体地，本发明实施例中的吊臂3一侧的长度L1为8m，其另一侧的长度L2为5m；所述接长臂11的长度L4为4m，所述配重块6的重量G2为9t。
另一方面，本发明实施例还提供了一种道岔换轨的换轨方法，采用前述的道岔换轨作业车，所述方法包括：
新道岔的装车：将新道岔置于第一平车7、游车8和第二平车9的组合上。
新道岔的卸车：将作业车上的新道岔与待更换的道岔对齐，所述第一平车7和第二平车9 的吊装装置2配合将作业车上的新道岔吊装至作业车的一旁；其中，在吊装新尖轨15或新基本轨16时，所述第一平车7和第二平车9的吊装装置2移动至平车远离游车8的一端。
新道岔的更换：所述第二平车9和第三平车10分离且分别移动至待更换的道岔的两端；所述第二平车9和第三平车10上的吊装装置2移动至靠近待更换的道岔的一端且第二平车9上的吊臂3反转；所述第二平车9和第三平车10上的吊装装置2配合将待更换的道岔吊装至作业车的另一旁，再将新道岔吊装至安装位置。
其中，所述吊臂3在吊装尖轨或基本轨时，所述接长臂11展开；在吊装可动心轨辙叉时，所述接长臂11折叠。
进一步地，新道岔的更换后还包括：
更换后的道岔的装车：新道岔更换完成后，所述第一平车7、游车8和第二平车9结合并移动至更换后的道岔处，所述第二平车9上的吊臂3反转，所述第一平车7和第二平车9的吊装装置2配合将更换后的道岔吊装至第一平车7、游车8和第二平车9的组合上。
其中，本发明实施例中的道岔上均设有两个起吊点17，两个起吊点17分别与两个平车上的吊装装置2的升降吊装结构5连接，所述起吊点17距离其对应端的距离为其长度的1/5-1/4；所述道岔置于平车一旁0.15-0.25m处。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明实施例提供了一种道岔换轨作业车及换轨方法，仅需三辆具有吊装装置的平车和一辆常规的游车即可实现道岔换轨作业，成本低。
附图说明
图1是本实施例提供的道岔换轨作业车在运输道岔时的结构示意图；
图2是本实施例提供的道岔换轨作业车在更换道岔时的结构示意图；
图3是可动心轨辙叉装车时第一平车、游车和第二平车组合的结构示意图；
图4是基本轨装车时第一平车、游车和第二平车组合的结构示意图；
图5是平车、吊装装置和可动心轨辙叉组合的结构示意图；
图6是吊臂与接长臂组合的结构示意图；
图7是可动心轨辙叉上起吊点的分布图。
图中：1牵引车、2吊装装置、3吊臂、4吊臂支座、5升降吊装结构、6配重块、7第一平车、8游车、9第二平车、10第三平车、11接长臂、12滑轨、13新可动心轨辙叉、14待更换的可动心轨辙叉、15新尖轨、16新基本轨、17起吊点。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
实施例1
参见图1-7，实施例1提供了一种道岔换轨作业车，包括两个牵引车1及两个牵引车1之间的三个平车和一个游车，第一平车7、游车8、第二平车9和第三平车10依次设于两个牵引车1 之间，平车上设有吊装装置2，游车8上无吊装装置2，第一平车7和第二平车9起吊装与运输的作用，游车8起运输的作用，第三平车10起吊装的作用，第一平车7、游车8、第二平车9和第三平车10可为标准平车，但其长度要满足运输要求。其中，吊装装置2包括吊臂3、平车上且用于支撑吊臂3的吊臂支座4、吊臂3一侧(吊臂支座4的一侧)且能沿吊臂3运动的升降吊装结构5和吊臂3另一侧(吊臂支座4的另一侧)且能沿吊臂3运动的配重块6等；其中，吊装装置2 的结构与现有技术一致，在本实施例中要求：吊臂支座4能在平车上沿平车所在的方向运动，吊臂3能绕吊臂支座4旋转至少180°(至少第二平车9和第三平车10)且其上铰接(通过铰链连接(最好能承受2t以上的重量)与加固结构)有可折叠与打开的接长臂11。具体地，吊臂支座4通常为竖向设置的柱状结构，其可带动吊臂3旋转。升降吊装结构5和配重块6与常规技术一致，配重块6用于在吊臂3一侧吊装道岔时对其重量进行平衡避免翻车，配重块6会根据升降吊装结构5的位置与起吊重量，自行调整与吊臂支座4之间的距离，该技术为常规技术，故本实施例省略详细描述。其中，道岔包括可动心轨辙叉(较短，但是重量很大)、尖轨(较长，重量较小)和基本轨(较长，重量较小)且其上设有两个起吊点17。可动心轨辙叉长近31米，重约14吨；单根尖轨长近45米，基本轨长46米。起吊点17的位置要求吊装道岔时，道岔基本能保证水平且两个起吊点17的重量差不多，起吊点17与对应端的距离与吊臂3一侧(或吊臂3 一侧与吊臂11的组合)的长度配合。
其中，本实施例中的第一平车7、游车8和第二平车9的组合能运输道岔并在道岔装车与卸车时移动至对应道岔处；具体地，第一平车7、游车8和第二平车9及相邻车体之间间距的总和最好大于基本轨的长度；可动心轨辙叉、尖轨和基本轨并排置于作业车上。第一平车7与第二平车9上的吊装装置2配合实现道岔的装车与卸车；具体地，第一平车7的吊装装置2的一侧(具有升降吊装结构5的一侧，后同)朝向道岔且其上的升降吊装结构5与道岔同侧的一个起吊点 17连接，第二平车9的吊装装置2的一侧朝向道岔且其上的升降吊装结构5与道岔同侧的另一个起吊点17连接。其中，由于尖轨和基本轨较长，第一平车7和第二平车9的吊装装置2在吊装尖轨和基本轨时均移动至远离游车8的一端以保证能吊装；第一平车7和第二平车9的吊装装置2 在吊装可动心轨辙叉时，由于可动心轨辙叉较短，吊装装置2可根据需要进行调整位置。进一步地，在前述过程中，第一平车7与对应侧牵引车1分离，分离后的牵引车1远离以保证第一平车7上的吊装装置2运行。
其中，第二平车9和第三平车10分离且分别移动至待更换道岔的两端(由牵引车1驱动)，在等待更换道岔拆装时，第二平车9和第三平车10均距离道岔对应端一段距离，以方便人员进行拆装作业；在吊装作业时，第二平车9和第三平车10移动至与道岔对应端相邻。第二平车9 上的吊臂3反转(如旋转180°，仅一次)使其一侧朝向待更换道岔，第三平车10上的吊装装置2 的一侧也朝向待更换道岔。第二平车9和第三平车10上的吊装装置2配合实现道岔的更换(如前述的分别吊装两个起吊点17)。其中，第二平车9和第三平车10上的吊装装置2均移动至相互靠近的一端以保证对其之间的道岔进行吊装。
其中，吊装装置2在吊装可动心轨辙叉时，接长臂11折叠。吊装装置2在吊装尖轨和基本轨时，接长臂11展开以延长吊臂3一侧的长度。
进一步地，在平车运行的过程中，吊装装置2回位，以保证运动过程不翻车和与牵引车连接。
其中，本发明实施例中的吊臂3一侧的长度L1(可动心轨辙叉非常重，以可动心轨辙叉计算得到)为：
其中，L0＝D+E，D为可动心轨辙叉上的起吊点17(其中，一个，两个起吊点17可以道岔的中点对称设置)与对应端之间的距离，E为吊臂支座4的半径，A为平车宽度的一半，B为道岔与平车之间的距离，C为可动心轨辙叉最宽宽度的一半。其中，本实施例设定吊臂3另一侧的长度L2为4.5-5.5m，设定接长臂11的长度L4为3-5m(保证吊装装置2位于平车端部时，能对尖轨和基本轨进行吊装作业)，以保证吊臂3的良好运行、与平车的尺寸配合和能吊装道岔。其中，配重块6的重量G2由公式G1*L1-(F+G)*L3＝G2*L2得到，G1为可动心轨辙叉的起吊点17的重量，L3为吊臂支座4的中心距平车轮缘的垂直距离，F为平车的重量，G 为吊装装置2的重量。
进一步地，参见图3-5，本发明实施例中的平车上沿其所在的方向设有供吊臂支座4滑动的滑轨12，吊臂支座4滑动设于滑轨12上且其与滑轨12之间设有行走结构。
具体地，本发明实施例中的吊臂3一侧的长度L1为7.5-8.5m,配重块6的重量G2为8-10t，平车的重量F为22-24t，吊装装置2的重量G为4-6t(具体为5t)，道岔与平车之间的距离B为 0.15-0.25m(具体为0.2m)以便于吊装操作，可动心轨辙叉上的起吊点17(两个)与对应端之间的距离D为6.2-7.7m(具体为7m)。
其中，本发明实施例中的第一平车7、游车8、第二平车9和第三平车10的长度均大于15.4m。
具体地，本发明实施例中的第一平车7、游车8、第二平车9和第三平车10的长度均为1.5 换长(换长为11m)，其宽度为3m。为标准平车。
更具体地，L0＝7m+0.5m＝7.5m；其中，D为7m，E为0.5m；
下面对吊装装置的安全性进行验证：
吊臂3空转(G1＝0)时，L2处于最小位L2min＝0.5m(吊臂支座4的中轴半径)+0.45m(配重块6宽度的一半)＝0.95m。0.95m*8.93t<(5+22)t*0.717m，即8.84<19.359；则空转时防车倾斜安全系数>2，符合安全标准。
下面对本道岔换轨作业车的成本进行计算：
1、换长1.5路用平车3辆(游车自备)，25万元/台，共75万元。
2、起重机械3台，20万元/台，共60万元。
3、改造费22万元/台，共66万元。
合计费用：200万元/组。
实施例2
参见图1-7，实施例2提供了一种道岔换轨的换轨方法，采用实施例1提供的道岔换轨作业车，该方法包括：
新道岔的装车：将新道岔置于第一平车7、游车8和第二平车9的组合上。新道岔可采用其他吊装机构(如修理车间内)将新道岔吊装至作业车上，也可采用第一平车7和第二平车9的吊装装置2配合将道岔吊装至作业车上(其过程可以参见更换后的道岔的装车)。
新道岔的卸车：由牵引车1将作业车上的新道岔(新可动心轨辙叉13、新尖轨15和新基本轨16)与待更换的道岔对齐，第一平车7和第二平车9上的吊装装置2的吊臂3的一侧(具有升降吊装结构5的一侧)均朝向新的道岔，第一平车7与对应的牵引车1分离，第一平车7和第二平车9的吊装装置2配合将作业车上的新道岔吊装至作业车的一旁(与待更换的道岔对齐)；其中，在吊装新尖轨15或新基本轨16时，第一平车7和第二平车9的吊装装置2移动至平车远离游车8的一端；在吊装新可动心轨辙叉13，吊装装置2可根据需要移动至相应位置(可保持在中部不动)。吊装完成后，吊装装置2回位(包括位置和吊臂3的方向，按常规作业回位流程)。
新道岔的更换：第二平车9和第三平车10分离且由牵引车1牵引分别移动至待更换的道岔 (待更换的可动心轨辙叉14、待更换的尖轨和待更换的基本轨)的两端。第二平车9和第三平车10上的吊装装置2移动至靠近待更换的道岔的一端且第二平车9上的吊臂3反转(相对于前述新道岔的卸车步骤，仅一次)，第二平车9和第三平车10上的吊装装置2的吊臂3的一侧均朝向待更换的道岔。第二平车9和第三平车10上的吊装装置2配合将待更换的道岔吊装至作业车的另一旁，再将新道岔吊装至安装位置。
其中，前述过程中，吊臂3在吊装尖轨或基本轨时，接长臂11展开；吊臂3在吊装可动心轨辙叉时，接长臂11折叠；其原因有两个，其一是可动心轨辙叉较短，无需使用接长臂11；其二是，可动心轨辙叉较重，接长臂11与吊臂3铰接处一般不能承受其重量。
进一步地，新道岔的更换后还包括：
更换后的道岔的装车：新道岔更换完成后，第一平车7、游车8和第二平车9结合并移动至更换后的道岔处，第一平车7与对应的牵引车1分离，第二平车9上的吊臂3反转(相对于新道岔的更换步骤，仅一次)，第一平车7和第二平车9的吊装装置2配合将更换后的道岔吊装至第一平车7、游车8和第二平车9的组合上。
其中，本发明实施例中的道岔上均设有两个起吊点17，两个起吊点17分别与两个平车上的吊装装置2的升降吊装结构5连接，起吊点17距离其对应端的距离为其长度的1/5-1/4(如可动心轨辙叉的起吊点17与对应端之间的距离为7m)。道岔置于平车一旁0.15-0.25m(具体为0.2m) 处。
其中，本实施例中的“第一”、“第二”和“第三”仅起区分作用，无其他特殊意义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
