摘要：由于地铁地下轨行区空间狭小，目前国内地铁行业在进行换轨作业时无法使用大型换轨机械，主要依靠人力搬运，费时费力效率低下。因此研制一种小型换轨机械，初步实现换轨自动化，提高换轨效率就成为地铁工务专业迫在眉睫的问题。通过对目前国内露天铁路线路换轨机械的调研，并结合地铁轨行区空间狭小的实际情况，设计出一种地铁用便携式运吊一体钢轨跨装装置，利用此装置可以对长度为12.5米的短轨或最大长度为4.5米的道岔进行自动化运输并更换，极大的提高了工作效率。
关键词：换轨；自动化；便携式；运吊一体；跨装；工作效率
1.引言
目前国内地铁行业工务专业在进行更换钢轨作业过程中，大多是采用人工更换钢轨的方式，用大量人员使用撬棍等工具把需要更换的旧钢轨拆下来，并采用肩挑方式运输至指定区域，以便运输出轨行区，同样新钢轨的更换也是需要大量人力从轨旁钢轨堆积位置（轨行区内每个区间轨旁均有备用新钢轨堆集指定位置）搬运至需要更换钢轨的指定位置。由于目前我公司正线全是采用60型号的钢轨，一根12.5米长度的钢轨质量为750kg，如完全靠人力搬运效率太低，且需要的人员至少在8人以上，消耗大量的人力及时间，一般情况下更换掉一根旧钢轨并安装一根新钢轨所需要8人X4小时，因此采用机械化化程度更高的搬运方式就显得非常急迫和必要了。
2.概述
设计制造一种适合于地铁的便携式运吊一体的钢轨跨装装置，可以把钢轨从轨旁先吊运至轨道内（道床上）放置，然后再用吊运小车运输至需要更换的具体位置。为了减轻该跨装装置自身的重量，便于搬运至轨行区，同时兼顾人员操作简单快捷的要求，因此该跨装装置不安装蓄电池和电传动系统装置，采用纯机械式结构。通过在该跨装装置底部设置轮对，人员可以较为省力的推动该跨装装置在钢轨上滚动，且为了便于搬运进轨行区，把该跨装装置尽可能的拆卸成多个零部件，采用螺栓连接的方式在轨行区进行快速拼装，然后进行作业。
3.方案设计
3.1跨装装置总体布置图
跨装装置主要可以分为如下6个组成部分：1.轮对底座，数量为2个；2.支架装配，数量为2个；3.承重横梁，数量为1个；4.滚动小车，数量为1个；5.手动葫芦吊及吊装工装，数量为1个；6.支撑横梁，数量为1个。总体布置及外形尺寸见图1所示：
图1 总体布置及外形尺寸
3.2操作方法
要利用以上跨装装置对钢轨进行吊装作业时，需要2套如上的跨装装置同时参与作业。
图1中序号1-6的所有零部件都是可以进行拆卸和拼装的，在进入轨行区之前，跨装装置都要以零部件的形式通过人员搬运至轨行区作业区域。当2套跨装装置的所有零部件都搬运至指定作业区域后，应该先把除序号1和序号6的所有零部件根据图1进行快速拼装，拼装结束后可以放置在需要更换的新钢轨旁边。
按图1所示，跨装装置可以用序号5手动葫芦吊及吊装工装把新钢轨从轨旁位置先向上起吊，再手动控制序号4滚动小车在序号3承重横梁上滚动，把钢轨移至轨道之间的道床上方，再通过葫芦吊把钢轨下降并放置在道床上。然后把该装置安装在序号1轮对底座上（此时2个轮对底座已放置在轨道上），当2台跨装置分别安装到各自的轮对底座后，用螺栓与轮对底座进行固定连接，再用葫芦吊和吊装工装起吊钢轨，随后把序号6支撑横梁安放在图1所示位置，并通过葫芦吊把钢轨放置在横梁上，这样横梁对钢轨起到了一定的支撑作用，同时用横梁上的铁链固定钢轨，避免在运输过程中钢轨发生移动。根据实际线路情况（平直道或是弯道或是坡道）由两至四人分别推动两台跨装装置在钢轨上运行，就可以把钢轨运送至需要更换的路段。
3.3结构说明
序号1为轮对底座，采用铸造方式进行底座制造，材料可采用ZG200-400/GB 5613的铸钢牌号。轮子可采用增强尼龙硬度可达到20GPa（加特种碳纤维可达30GPa），也可采用耐磨的聚氨酯材料。该轮对底座上设置有停车制动装置，踩踏制动踏面就能起到抱死轮轴的作用，使轮对能静止在钢轨上防止溜移，图2所示：
图2 轮对底座
序号2为支架装配，采用钢结构组焊而成，具体外形尺寸见图3所示：
图3 支架装配外形尺寸图
图3中支架装配图中序号1为立柱，由2件角钢拼焊组成，可采用Q235-A-L80*80*5的角钢型材；序号2为斜支撑，可采用槽钢型材加工制作；序号3为底板，可采用钢板Q235-A-t5加工制作。支架装配通过底板位置上四个圆孔用4个M8*25的螺栓与轮对底座相连接，安装拆卸都很方便。
承重横梁采用工字钢结构，该工字钢放置在立柱上端，立柱开一个缺口，工字钢上开通孔，工字钢通过缺口放置在立柱上，并通过螺栓连接固定在立柱上。螺栓可采用2件M12*100规格，立柱和承重横梁上在相应位置开φ14的通孔，通过螺栓穿入通孔后用配套的平垫、弹垫和螺母进行紧固。
手动葫芦起吊重量不低于1500kg，滚动小车根据手动葫芦外形尺寸进行配套选择。
3.4图纸设计
3.4.1轮对底座
轮对底座在该跨装装置中是重要零部件之一，负责跨装装置在轨道到运行且控制制动的作用，为了减轻重量同时考虑结构强度，可以采用铸造件但可设计成内空形式。轮对底座的具体外形尺寸结构见图4：
图4 轮对底座外形尺寸
4.装置重量估算
根据钢结构材质估算，1个轮对底座的重量为5kg左右，1个支架装配的重量为8kg左右，承重横梁重量为15kg左右，滚动小车重量为5kg左右，手动葫芦吊重量为5kg左右，吊装工装重量为5kg左右，支撑横梁重量为5kg左右，所以跨装装置总重在58kg左右。
5.劳动成本节约
根据目前工务专业更换钢轨的实际情况，更换1段12.5米的短轨（重量可达750kg）需要10个人花费6个小时进行更换，采用跨装装置，更换1段12.5米的短轨需要4个人花费2个小时即可完成更换，提高效率达到6.5倍左右。
参考文献：
［1］闫俊慧，一种长钢轨专用的起重吊具 机械工程与自动化，2009（5）
［2］贺勇军 客运专线18号道岔转辙器整组吊装设计 铁道建筑技术，2009（4）
论文作者:邹浪平
论文发表刊物:《基层建设》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/8
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