既有线污土清运装置的研发与应用
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摘要：文章论述了针对铁路长大路堑地段侧沟及平台污土清运难题而研制的新型机械装置的状况。整套机械各种动力匹配合理，上料轨道架结构设计精巧。现场组装、拆卸、搬运方便，在铁路维修养护工作中，起到降低劳动强度、提高工作效率的作用。技术上有领先性，特别适合现代铁路“集中修”清筛后污土的清运工作，有较高的应用价值和推广前景。
中图分类号：U216
文献标识码：A
文章编号：1009-2374(2011)27-0054-03
我段管辖的线路道床板结、翻浆、冒泥现象空前严重，尤其是基础质地较硬的地段，比如桥梁上、路堑中的线路，不得不进行大机清筛和梁体换碴工作，据现场实际测算，在线路处于长大挖方地段时，每米清筛出污土量平均有1m3。导致排出的污土将侧沟及2台覆盖得不见踪影，在雨季来临时，形成严重的淤积和堵塞，给线路的防洪、排洪和环境保护带来安全隐患，需及时清理侧沟大量污土，目前主要采用人挖、肩扛、背抬或人工搭架上翻的原始方法。因此，进行全面道床清筛时，单靠人工清运的办法处理长大路堑中的污土，远不能满足现场需求。研制新型机械装置是工务部门面临的新课题。
一、技术方案
(一)设计要求
整套机械各种动力匹配合理，上料轨道架结构设计精巧。现场组装、拆卸、搬运方便，实现污土清运作业中由人工作业向机械化作业的转化。
(二)构造及主要技术参数
该装置由机械系统、上料系统及其他附属设备组成。
1．机械系统部分。发电机：柴油发电机一台，所选用柴油内燃机的技术标准参数分别是：标定功率14．7kW，额定转速2200转／分钟，功率因数0．8，输出功率12kW；发电机的技术标准参数分别是输出电压400V，频率50Hz，定相3，绝缘等级为B，励磁电流14A，励磁电压80V；
卷扬机：所选用的技术标准参数提升速度18米／分钟，容绳量90米，起重量1000kg；
电动机：所选用的技术标准参数是额定功率3000W，额定电压380V，星形接线方式；
钢丝绳：直径10mm，长度选择为50m。
2．上料系统部分。上料架轨道系统可简化为简支梁，最大跨度为4米，上料架轨道采用8型槽钢，钢材材质为3号，Ix=101．3，A=10．24，Wx=25．3，E=206GPa，
[o]=370MPa，[r]=100MPa，每米均布荷载78．97N／m，最不利荷载是1000kg的重物在运行到2m处时，所造成的各种破坏框架稳定和强度的极限值：通过力学检算数据标明，所选用的轨道框架尺寸在符合标准使用情况下满足抗弯和抗剪强度要求。
(1)走行轨道采用两根8型槽钢立放，槽钢中间选用直径为24mm长度为800mm的圆钢用螺栓连接，分别作成长度为1、2、3、4米的轨道框架，可根据路堑边坡长度选用组合式走行轨道，每节走行轨问用10条直径为12mm的螺栓连接。
(2)走行轨道顶部弯道框架，总长度1．3米，折角度选用120度。
(3)盛料容器分别作成框架式和料斗式两种，一个为盛放装满污土的抬筐或编织袋，一个为直接将污土倒入料斗，最大可盛污土量为800kg。
3．其他附属设备。运送发电机的手推小车1台，用于固定轨道走行架的支撑腿8～12根，轨道框架顶部固定滑轮2个，底部固定滑轮一个，固定滑轮的额定起重重量为1吨，轨道框架最底部设走行轮2个，运架走行小车1台，铁丝20kg，直径为2cm的麻绳30kg，钢丝绳卡子30个，直径为12mm的标准螺丝100套，电源开关1个，直径为6mm的三芯电缆30m。
4．主要部位外型尺寸及总重。上料走行轨道连接总长度18．5m，宽度0．8m，厚度0．08m，总体重量1．5吨；柴油发电机一台800kg，卷扬机和发电机总重约380kg(如图1)。
(三)工作原理
电能转化为机械能，再将机械能转化为动能，进而实现装置对污土提运的功能。
二、制作和试验
(一)工作条件及环境
1．路堑边坡长度3～16m的地段。
2．路堑长度超过500m的地段，越长越适用。
3．雨雪天气不可使用，如果使用的话，需搭设临时工棚。
4．根据地形环境和污土数量情况安装、移设上料架。
5．工作温度范围-20℃～+50℃。
(二)安装时间及人员定额要求
根据需要搭设上料轨道处的路堑边坡高度，安排安装时间和人员，安装搭设污土清运机一次平均一米高需5分钟，平均2米高需1人，比如安装上料架处边坡高度为12m，安装一次需5*12=60分钟，需安装人员12／2=6人。
(三)劳动组织
每台机器需配合人数6～7人，路堑顶部卸、挖、运污土3人，路堑底部上料轨道如果用框架式盛料容器装污土，需2人负责从运土小车上将装满污土的抬筐或编织袋向盛料框架上搬放；路堑底部上料轨道跟前如果用料斗式盛料容器装污土，需3人负责用方锹往料斗里装污土，也可以将上料架底部直接放到地平线以下0．8m处，这样做可以直接将推来的小车里的污土倒进盛料斗，设1个人负责操作卷扬机及发电机加水、加油和维护。
(四)研制过程
1．现场调查。据统计南同蒲线超过500m的长大路堑，占南同蒲线路基总长的1／5；侯西线超过500m的长大路堑，占侯西线路基总长的1／4；侯月线超过500m的长大路堑，占侯月线路基总长的1／3，我段长大路堑总延长96．36Km。
2．实施。
2007年9～11月完成路堑设备的调查，主要为装置研制的思路提供依据，重点是路堑长度及边坡长度，还有该地段的总体地形和交通条件；
2007年12月～08年5月组织有关专家，根据局费用情况和段实际，选择合理的设计思路及方案，召集施工管理人员参加方案的初步审定，查找设计中存在的问题，及时修订；
2008年6月～8月选择有加工厂，根据设计图纸，进行选料、购料、加工制作，样机成型；
2008年9月成型的样机试机运转，试运转中对存在的问题及时进行处理。
2008年10月在南同蒲线732k-734k长大路堑中使用该装置清运侧沟污土，不断改进、完善；
2008年11月～09年5月完成技术资料工作，准备技术鉴定。
3．研制过程中的疑难问题。
(1)上料系统的市场调查及方案比选。
组织人员调查机械加工厂3家：
第一家是螺旋厂的管道输送，计划采用在直径为50cm的圆管中用螺旋系统提升污土，主要是螺旋长度超过lOm时重量为1．5吨，不易实现人工现场安装，采用机械安装时地形条件又不允许；况且螺旋采用组合式的话，不管是螺旋加工工艺，还是现场螺旋组合，既不经济也不合理。
第二家是皮带输送厂，计划采用皮带输送污土，这样可以连续作业，但皮带长度超过10m时，中间垂度太大，做支撑皮带的框架各部尺寸都需加大。另据 地形要作成组合式的加工难度也明显加大，输送皮带上还需要加板，以便使污土可存放在输送带上，加大工艺和现场安装难题，施工人员否定该方案。
第三家就是上料机加工厂，根据路堑设备调查结果可以看出，一个台级路堑边坡坡长最长是16m，在侯西线的73km+300，为了满足现场的实际需求，并征求现场作业人员的意见，主要考虑安装简单、运输方便、移设快捷、安全可靠、易于操作、便于维护，选定了该结构设计，其工艺较简便，通过与厂技术人员进行过交流，达成共识，对图纸设计进行修改。
通过调研、讨论，认为采用组合式上料架配备与其相匹配的动力源，作为研制污土清运装置的基本思路，该方案设计具技术性和安全效益性。
(2)起吊动力的选择及比选。2004年在兴南工区，曾用简易三角架上固定一个电葫芦，用2kW汽油发电机直接供电，输出电压220V、50Hz，两型电动葫芦最大起吊重量600kg的污土。在动力选择上起初也采用了电葫芦，连续正常使用12次起吊，结果在使用污土清运机的过程中，出现严重问题，电葫芦连续工作一个小时就发热，必须停止作业，要不就会烧坏电葫芦中的电机。又到市场选定了卷扬机，否定了电动葫芦的方案。发电机选用的是三型柴油发电机，配置卷扬机和电动机，经过2个月的使用，发现动力匹配也非常合适。
三、应用
1．经过立项、方案设计、样机制作、试验使用，污土清运装置实现了长大路堑中污土清理快捷、安全、有效、实用的目的。尤在路堑边坡高度在16m以下的地段清运侧沟及二台污土清运效果最佳。
2008年12月在南同铺兴南半坡问732～734km挖方中，清运侧沟及二台的污土时，使用了污土清运装置，认为：
(1)实现了清运污土的半机械化，需要6、7个人便可以轻松地将侧沟及2台污土清运挖方顶。
(2)采用能够拆装的组合式，在运输、组装、拆卸、转移等工序中简单易行，灵活方便、轻巧实用。另据路堑边坡的高度，自行选择可组合的1m、2m、3m、4m长的上料轨道并配套顶部弯道架，设计合理，非常适合水沟污土及二台污土多的地段。
(3)在清运南同蒲线732～734kM的路堑污土时，比原来节省人3-500个，效率比原搭架上翻提高近10倍。
(4)结构合理实用，动力机械配备合适，维护保养简便。
(5)大大改善了作业条件，尤其给人身安全和行车安全提供了充分的保障。
2．注意事项。该装置属机电运输综合新型装置，使用时应注意：
(1)施工人员中须有一名电工，一名机械操作手。
(2)高空作业时须按照工务安全规则的有关规定系安全带、安全绳、戴安全帽，脚穿防滑鞋、绝缘鞋，用于固定上料架的绳索必须拴到安全桩上。
(3)发电、用电设备须具备安全保护装置，并装设漏电保护器和接地线。
(4)先选好上料架安装位置，在路肩上拼接好以后用麻绳将拼接好的上料架搭设在路堑边坡上，一般情况将发电机放在路堑顶部，卷扬机带架放在路肩上或水沟里。
(5)机械运转严格标准化。
(6)装卸、运输该装置严禁野蛮作业。
3．效果。污土清运装置在线路路堑和路堤上给污土的清运工作实现了半机械化，满足现场使用要求，达到污土清运快捷方便的标准。
4．不足。加强改进，进一步优化结构，拓展使用范围，真正解决现场生产的实际问题，以便推广应用。