电瓶轨道铺设机的研究与应用研究
王斌
【摘?要】在城市轨道交通建设中，轨道铺设机作为其中一种重要设备，起着承上启下的关键作用，对轨道铺设有着至关重要的作用。那么，如何保证铺轨的安全与施工进度，这是一个很重要的问题。由于现代化的地铁铺轨工序大多使用机械铺轨，那么机械设备性能是否先进是影响铺轨安全和进度的关键。轨道铺设机作为轨道“机铺法”施工的关键设备，承担着预制轨排、钢筋笼以及其它施工物料的运输和混凝土浇筑的施工任务。
【关键词】轨道;新型;铺设机;电瓶
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年全面投入地铁轨道施工至今，轨道铺设机已经历了数次更新换代，虽然每一次更新都能在一定程度上提高工作效率，减轻劳动强度，但始终没能摆脱供电电缆，设备有效施工距离受卷缆长度和供电线路压降双重限制，对施工效率的提高有很大影响，而且380V的交流电压在施工中对人身存在安全隐患。
（2）任何机械设备都是在发展更新的，轨道铺设机也不例外。自从21世纪我国地铁进入建设热潮后，轨道铺设机已经经过了数次的改进，每一次改进都能很好的提高工作效率。
（3）我公司在福州轨道交通2号线铺轨Ⅰ标施工过程中，依据现场实际情况及以前的电瓶轨道铺设机的使用经验，在满足现行工况的情况下，大胆自主尝试和创新使用新型的电瓶轨道铺设机进行机铺作业。在使用过程中不断摸索、反复总结并不断改进，逐渐完善了设备各项功能与性能指标，以更好地适应机铺作业施工。填补了新型设备在城市轨道交通建设中使用的空白。
2. 设备特性
（1）能够适应长大区间远距离送电导致的电压不足的操作环境。
（2）避免了运行距离受电缆线长度限制，可自由走行，提升施工工效。
（3）避免了供电电缆因来回拖拉破损，导致频繁的电路故障，维修工作增加而影响施工效率。
（4）可在低电压状态运行，符合目前施工行业低电压作业标准。
（5）地铁施工过程中，可不受停电因素影响，保证设备正常运行。
（6）大幅度的降低了电瓶轨道铺设机装机功率，节能效果显著。
（7）采用新的供电系统，可实现电能的循环使用。
（8）采用先进的机械传动系统，极大的降低了机械设备故障率。
3. 适用范围
该电瓶轨道铺设机适应于地铁轨道铺设在隧道内机铺作业及高架桥轻轨铺设机作业等各种工况。
4. 设备工作原理
4.1?动力源原理（新型电瓶轨道铺设机的BIM模型见图1、车载动力电池见图2、直流控制器与直流电机见图3）。
采用8块6V200Ah的车载电源动力电池，配备双电池组，借鉴车载动力电池技术供电基础上，采用集成多模块控制电路通过直流控制器作用于电机，提供能力，稳定性强，动作精准。
4.2?起升机构原理。
新型电瓶轨道铺设机起升机构采用直流无刷电机与行星齿减速机构作为驱动装置，大幅度的提升了机械传动效率，降低了设备功率。该套起升机构，起升平稳、无机械噪音，重物不易摆动，稳定性好（行星齿减速机见图4、现场实物见图5）。
4.3?走行机构原理（走行机构原理模型见图6、现场实物图见图7）。
走行机构采用直流无刷电机与行星齿减速机作为驱动装置，大幅度的降低了电机功率。起步与制动时，直流无刷电机具备软启软停的功能，实现走行与制动的平稳，提升了施工的安全可靠性。
试验结论：100m极小半径200次无障碍通过。
6.1.4?续航能力测试。
在试验线路上运行40h后出现低电量提醒，此时需要更换电瓶并进行充电。
试验结论：连续运转40h后，无法启动。
试验总结论：新型电瓶轨道铺设机能够满足机铺作业面施工工况要求。
6.2?节能试验论证。
6.2.1?试验条件：
（1）用电流表记录六组电瓶充满的用电量数据，新型电瓶轨道铺设机（7.4KW）与逆变直流电瓶轨道铺设机（8.8KW）
（2）分别用新型电瓶轨道铺设机（单组电瓶供电）、逆变直流电瓶轨道铺设机、交流电瓶轨道铺设机进行耗电量试验。
（3）三台铺轨机分别进行不间断的提升10t重物303次作业的耗电量统计。
6.2.2?试验结论：功率6KW满足施工要求，节能效果显著（耗电量对比图见图11、节能对比图见图12）。
6.3?充电时间与续航时间测定。
如图所示为现场实际使用时间和充电时间的测试数据。
两台新能能源电瓶轨道铺设机在福大铺轨基地试验场地进行全负荷试验运行，按照满电量进行6组数据测试，测得新型电瓶轨道铺设机单组电瓶使用时间45h，单组电瓶平均充电时间6h。充电时间<<使用时间，可满足电瓶电轨道铺设机循环作业（充电时间与使用时间统计图见图13）。
试验结论：充电时间<<使用时间，可满足新型轨道铺设及循环作业要。
6.4?施工现场钢丝绳与电路故障率验证（施工区间机械故障率统计表见表2）。
试验结论：设备投入使用后，钢丝绳故障率0.09/Km，钢丝绳故障率0.317/Km<1/Km，满足设备工况要求（机械设备故障率统计表见图14）。
7. 新型电瓶轨道铺设机的创新点
7.1?新能源电瓶轨道铺设机改变了传统的供电模式，采用电池直接供电，甩掉了长尾巴，提升了施工工效。
7.2?双电池组移动式新能源供电系统，充电时间短，解决了电能循环供应的问题。
7.3?直流供电，实现设备在地铁潮湿环境下低压状态安全运行，极大的降低了用电安全隐患。
7.4?先进的减速机将整机功率降低、达到了节能目的，实现了设备的节能环保特性。
8. 应用实例
8.1?新型电瓶轨道铺设机于2018年2月至2018年9月在福州地铁施工中得到了很好的应用，共计铺轨16.24Km。单次作业施工进度可实现100m/day，单组电池的续航能力可保证3天的施工用电量，续航能力超出了理论数据。
8.2?在16.24Km的鋪轨过程中，2组电池组交替使用，每组电池组的充电次数在83次左右，设备故障率不足1%，整个操控系统操作平稳，电机执行动作精准，满足现场施工中各个工序对设备的要求。
8.3?在轨道施工、轨排运输、混凝土浇筑、材料的倒运等正常工序不变的情况下，中间不存在影响施工进度因素，新型轨道铺轨机一组电池组可完成轨道施工265米，中间不需要充电。道床施工完成后，还有电量英语，续航能力满足工况要求。
8.4?电瓶轨道铺设机走行平稳，具备软启软停功能，能很好的满足安全操作的要求，整个起升动作平稳，无噪音，钢丝绳不存在斜拉现象，满足了现场的吊装要求，降低了钢丝绳故障率。
8.5?通过现场对电瓶轨道铺设机能耗的统计数据来分析，电瓶轨道铺设机节能效果显著，极大的节约了电能。
福州地铁2号线投入新型电瓶轨道铺设机应用于施工生产，将原来平均的道床浇筑施工进度由73米/日提高到100米/日，节约了项目成本，提升了施工工效，获得了业主的肯定与赞誉（吊装轨排作业见图15、倒运工装机具见图16）。
9. 效益分析
动力电池技术在电瓶轨道铺设机上的成功应用，省去地铁施工隧道内复杂动力线的布设，按照当前地铁施工作业面配置，节约了电缆线购置费、布设电缆人工费及能耗共计147.54万元（项目节约成本统计表见图17）。
参考文献
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