（交通运输工程专业论文）铁路干线大机应用及选型研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 摘要 大型养路机械作为现代化的施工手段，具有传统维修作业方式不可比拟的 优势，其高速度、高质量、高效率的施工作业为线路良好的运营提供了有利的 保证，成为世界各国铁路养护维修作业发展的主要趋势。 与国外铁路线路维修中长时间天窗封锁，机械化程度高的特点相比，我国 铁路由于行车密度高，天窗封锁时间短、工作量大，这就要求对于施工天窗开 行方式有合理的选择。论文主要针对大型机械施工，通常采用的“v 型天窗” 和“垂直天窗”，分别从它们各自对线路通过能力和列车旅行速度两个方面，通 过天窗时间与能力扣除和速度系数之间的影响规律结论，进行验证。 另外，论文还从我国铁路干线采用大型机械施工的可行性方面作了论述， 提出在我国铁路干线采用大型机械施工时，应具备的条件以及施工组织方式应 采取的措施和注意的事项。 论文对大型机械施工从行车组织和施工组织以及适用于北方寒冷地区的大 机型号等方面都进行较深入的研究，并得出了一定的结论，对我国铁路今后大 机总体部署、管理体制建设和开展大型机械施工能够提供一点帮助。 关键词：大型机械；行车组织；施工组织；天窗；大机选型 a b s tr a c t l a r g em a m t e n a n c em a c h i n e r yb yw a yo fm o d e m c o n s t r u c t i o ni n s t r u m e n t ， p o s s e s sm o r ea d v a n t a g eo ft r a d i t i o n r e m e d i a lo p e r a t i o nm o d e 。t h e r e o fh i g h v e l o c l t y ， h i g hq u a l i t ya n de x p e d i t i o u sc o n s t r u c t i o n o p e r a t i o ns u p p l yf a v o r a b l e e n s u r ef o rm n n i n go p e r a t i o n ， s oi tb e c a m em a j o rt r e n do f r a i l w a yc u r i n gr e m e d i a l o p e r a t i o na l lo v e rt h ew o r l d 。 b yc o n t r a s tw i t hl o n gt i m eb l o c k a d e da n dh i g hm e c h a l l i z 撕o no f a b r o a dt r a c k s l ( yw l n d o w t h et i m eo fs k yw i n d o wi ss h o r ta n dt h ew o r k l o a di s l a r g ea st r a 蚯c f l o wh l g hi nc h i n ar a i l w a y 。s ot h es c h e m eo f s k yw i n d o ws h o u l d b es e l e c t e d r a t 蚴l l y 。t h em a t h e m a t i c sm o d e la m o n gt h et i m eo fs k yw i n d o w ，c 柳i n g c a p a c i t ya i l dt r a v e l i n gs p e e di sm a d ei n t h i s p a p e r 。v - m o d es k yw i n d o w a n d ”p l u m bs k yw i n d o w ”i sd e e p l yr e s e a r c h e d ，t h ei n f l u e n c er u l ei s f o u n d ，a n dt h e h la d d i t i o n ，t h ep a p e rd i s c u s s e st h ef e a s i b i l i t y i nr a i lw h i r l t r u n k ，p u tf o r w a r dt h e a t t e n t i v ep r o c e e d i n g 。 o tl a r g em a i n t e n a n c e m a c h i n e r y c o n s t r u c t i o nc o n d i t i o n ，t h em e a s u r ea n d r u n n i n go r g a n i z a t i 。na n dc o n s t r u c t i o no r g a n i z a t i o no n i a r g ei n s t m m e n ta r e r e s e a r c h e di nt h ep a p e r 。t h ec 。n c l u s i 。n i su s e f u lt 。t h ed e v e i 。p m e n t 。fl a r g e i n s t r u m e n ti nf u t u r e 。 k e yw 。rd ：l a r g ei n s t r u m e n t ；r u n n i n g 。r g a n i z a t i 。n ；c 。n s t r u c t i o n o r g a n i z a t i 。n ：s k y w i n d o w ；r a i lw h i r lt r u n k 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：至王f 习t 7 日期：2 0 0 8 年幢月肛日 指导老师签名：夺蛱影乙 日期：2 0 0 8 年2 月但日 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下进行独立研究所得的 成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经 发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中 作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： 。l 、提出在我国铁路干线采用大型机械施工时，应具备的条件以及施工组织 方式应采取的措施和注意的事项。 2 、对大型机械施工从行车组织和施工组织以及大机集中管理等方面进行研 究，对我国开展大型机械管理提供帮助。 3 、在合理利用天窗修的方法和掌握大型养路机械的工作原理和性能的基础 上，建立对寒冷地区以哈局为例的大型养路机械配置及天窗利用完善的评价指 标体系。为优化大型养路机械的配置，充分提高寒冷地区天窗大型养路机械施 工和天窗利用率以及为路局、部宏观调配大机部署提供依据。 王玉c 刁， 硼8 ，l jl 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 立题意义 铁路施工作为一个特殊的生产过程，包含了十分复杂的工作内容，不但临 时工程和辅助设施工作量庞大，而且需要许多大型养路机械参与工作的进行。 随着我国铁路运输密度的加大，铁路干线的维修工作采用传统的方式和手段已 无法完成。与此同时，轨道结构的日益现代化也向养路机械的作业质量提出了 更高的要求。在这种形式下，采用高效，大型养路机械开天窗进行线路作业已 达成共识，大型养路机械在我国的发展步入了正轨。 大型养路机械，通过预留天窗和天窗的立体化作用，实现了安全、优质、 高效的扩能提速，这种施工方法显著减少了施工对列车运行的干扰，已成为我 国线路养护的主要手段。 因此，研究本课题具有更进一步的现实意义和指导作用。 1 2 大型养路机械应用情况概述 1 2 1 大型养路机械简介 1 2 。1 1 新型高性能道碴清筛机 传统铁路轨道由道碴道床、轨枕和钢轨构成，其中道碴起了非常重要的作 用。而长期未清筛的道床不能保证其作用的良好发挥，所以当道碴状况不符合 规定时，必须进行消筛。道碴清筛机设有三层筛孔不同的筛面，其优点是将上 层筛面过大的石碴抛出；中间筛层将中等大小回收，下层将剩余的碎石和污土 分离，同时回收小碎石。因此，高性能的道碴清筛机是维护道床稳定坚实，保 证线路质量的主要工具。 高性能的道碴清筛机必须具备以下条件： 缩短区间封锁作业时间，提高线路能力； 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 提高轨道负荷能力； 适当提高线路作业质量的要求； 提高道碴清筛效率； 提高作业质量而降低成本，减少维修保养的间隔次数。 代表机型：s r m 8 0 型全断面道碴清筛机是线路大修施工的主要大型养路机 械。该机可在不拆除轨排的情况下，通过挖掘链运动将轨排下的道碴挖出，振 动筛对挖出的道碴进行筛分，污土由污土输送带抛到该机前方线路的两侧或物 料运输车内，清洁道碴可直接回填到道心内，也可由回填输送带回填到挖掘链 后方钢轨两侧的道床内。道碴在线路的整个断面内均匀回填，可减小捣固作业 线路的作业量。在翻浆冒泥路段，该机可对道床石碴进行全抛作业。 主要技术参数： 装机功率： 5 0 4k w 轨距： 1 4 3 5m m 作业效率：5 5 0 m 3 h 最高自行速度： 8 0 k m h 最高联挂速度： i o o k m h 最大作业深度( 轨面下) ：9 0 0 m m 最大起道量： 1 8 0 m m 最大拨道量：4 - 1 7 0 m m 外型尺寸： 2 8 5 1 0 3 1 5 0 4 7 5 0 m m 整机质量：8 0 t 1 2 1 2 线路和道岔捣国机 近年来应用的捣固机大多采用传统作业的机型，在主要构架下伸出捣固机 理，使其工作部件周期性移动。由于不断要求缩短封锁时间，机械设计趋势是 向着高效率方面发展，新型捣固机能以自身的动力进入及撤离铁路线路，用以 适应列车运行密度较高的线路。 道岔捣固是捣固作业中最困难的，特别是铺装在混凝土轨枕上的道岔捣固， 比木枕道岔的难度大得多。道岔捣固机能利用与主起道装置同步工作的辅助轨 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 道装置，在道岔侧股轨道起道捣固。德国铁路公司均采用这类设备对混凝土轨 枕道岔进行捣固作业。 代表机型：d 0 8 - 3 2 型自动整平捣固车是一种铁路线路维修的主要大型养路 机械设备，已在铁路线路修理、既有线路提速改造和新线建设中得到广泛应用。 该车作业走行为步进式，能进行起道、拨道、抄平、钢轨两侧枕下道碴捣固和 枕端道碴夯实作业。利用车上测量系统，可对作业前、后线路的轨道几何参数 进行测量及记录，并通过控制系统，实现按设定的轨道几何参数进行作业 主要技术参数： 外形尺寸( 长宽高) ：2 3 2 0 0 m m 3 1 2 0 m i n x3 7 5 0 m m 轨距： 1 4 3 5 m m 转向架心盘距： 1 1 0 0 0 m m 转向架固定轴距： 1 5 0 0 m m 整机质量： 5 8 t 发动机额定功率： 2 3 5 k w 最高自行速度：8 0 k m h 最高联挂速度：l o o k m h 紧急制动距离：4 0 0 m ( 在平直道上速度为8 0 k m h 时) 最小运动半径：l o o m m 最小作业半径：1 2 0 m m 作业效率：1 0 0 0 m h 1 3 0 0 m h 作业精度 纵向水平：弋 4 m m ( 1 0 米弦长内测量前后高低差) 横向水平：2 m m 正矢：2 m m ( 1 6 米弦长在每4 米距离内测量) 最大捣固深度：5 6 0 m m ( 镐尖距轨项面) 最大起道量：1 5 0 m m 最大拨道量：1 5 0 m m 1 2 1 3 移动式钢轨维修机械 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 钢轨打磨机主要应用于线路上钢轨波形磨耗，短波和长波磨耗及其他踏面 不平顺缺陷，而进行的养路维修工作。 这些大型机械都是线路维修大型养路机械中不可缺少的机械，高效合理的 应用这些机械是线路维护的一个重要内容。大型养路机械高效高质的维修作业 是提高线路安全效率，运行质量的有效保证。2 0 0 3 年8 月1 8 日，中国南车集 团公司戚墅堰机车车辆工艺研究所第一辆拥有自主知识产权的移动式钢轨接触 焊作业车整车正式下线，这标志着戚墅堰研究所己具备了自主研发生产焊轨车 的能力，也预示着轨道交通无缝线路大型装备焊轨车科技成果向产业化道路迈 出了一大步。 钢轨的工地焊接主要以移动式接触焊、气压焊及铝热焊三种方式为主。目 前我国大部分铁路上只有极少数如沪宁铁路采用了先进的无缝焊接。此次戚墅 堰所自主研制的工作舱式的现场接触焊轨车，具有现场联合钢轨接头焊接的能 力。采用焊轨车作业后，可以提高铺设无缝线路的施工质量、效率，缩短焊接 时间，大大减少在焊轨车作业时火车禁止通行的时间，提高行车安全。该设备 比早期产品、进口设备外观美化、操作者的工作环境有了很大改善；同气压焊 和铝热焊相比，自动化程度高，焊接效率高，焊接质量稳定，入为因素影响小， 既能满足工地移动焊接，又能满足基地焊接；既适合国铁施工，又适合城市地 铁施工；既能在本线上或线路边坡焊轨，又可对5 0 0 米的长钢轨进行联合接头 焊接，大大减少了线路的接头，缓冲了车辆与钢轨间的摩擦，降低了噪音，提 高了乘客的乘车环境，车轮与铁轨之间的撞击声由此带给乘客的不和谐音符也 将逐步退出历史舞台。 戚墅堰所利用多年来在铁路大型养路机械积累的技术优势，早在2 0 0 3 年5 月就研制成功简易焊轨车，填补了国内空白。2 0 0 5 年3 月，戚墅堰研究所开始 对“现场接触焊轨车 产业化立项。课题组组织精兵强将完成了柴油发电机组 选型、吊机改进、平板车改造、液压支腿设计、工作舱整体设计等工作，如期 完成工艺试验及时交付给用户。 焊轨车的成功研制，实现了在现场采用接触焊技术焊接钢轨，为提高钢轨 的现场焊接质量提供了必要的技术支撑，从而为提速区段焊接无缝线路和既有 线路改造及高速铁路、城轨交通建设在钢轨焊接方面提供了可靠的装备，为相 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 关的铁路运输和城轨交通的发展提供了重要的技术支持和保障，为铁路大提速 作了强有力的铺垫，具有良好的社会效益，其推广价值和应用前景十分广阔。 据悉，国外仅奥地利p l a s s e r 等少数几家公司可以生产这种焊轨车，国内 厂家也屈指可数。戚墅堰所研制的焊轨车具有适合国情、产品价格低、维修服 务方便的优势。目前该车已经发往中铁二局广州地铁项目部，用于广州地铁四 号线施工。 1 2 1 4 动力稳定车 随着铁路高速重载要求，特别铁路干线施工作业后开行限速要求较高，以 往线路大修、中修施工作业，一般第一列限速要求在1 5 - 2 5 公里d , 时，然而近 几年，大修、中修施工要求线速在4 5 公里小时，维修第一列线速8 0 公里小 时，由于大修、中修、维修作业后，列车运行后道床线路几何变形较大，线路 质量直接影响开通速度限定条件，动力稳定车施工环节为速度限定提高提供可 能。动力稳定车模拟列车运行时对轨道产生的压力和震动等综合作用，对疏松 的道床进行密实，以迅速提高线路的横向阻力和道床的整体稳定性，降低线路 维修作业后列车限定条件。在作业中，动力稳定车采用连续作业方式，通过其 重新排列达到密实，并使轨道有控制地均匀下沉。 1 2 1 50 8 - 4 7 5 道岔捣固车 对于道岔捣固车作业，p l a s s e r 公司一开始就确定了以下的设计观念和设 计要求： 1 捣固装置应该可以实现侧向移动，已达到道岔区段处钢轨和枕木的所 有交接点位置。 2 每个捣镐能够单独实现升降，以实现不同结构的捣固需要。 3 可以实现捣固范围内的视觉直观可见性。道岔捣固车捣固装置可以分 解，还可以二倍的回转角，可以适应道岔区域的捣固需要。 1 2 1 6 三枕连续捣固车 0 9 3 x 三枕连续捣固车作业速度达到2 2 0 0 m h ，使用效率明显提高，作业质 量也有很大的改进。三枕连续捣固车作业式捣固车作业控制系统中，是将线路 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 视为一个平面进行控制的，也就是说，三枕连续作业式捣固车方式更加强调对 线路作业位置精度要求，在天窗修作业中可以提高很大天窗效率。我国“十一 五规划”已经有8 0 多辆生产计划，也是大型养路机械在我国有了更大的飞跃。 1 2 1 7 世界上效率最高的路基作业机械 2 0 0 0 年世界上作业效率最高作业机械开发出来，它是一种组合式道碴回 收槽斗的r p m 2 0 0 2 型路基铺放流水作业方式的作业机械。利用路基铺放作业效 率最高达到l o o m h 。该机可不影响邻线运行条件下实施作业。该设备可以通过 锥形的道碴破碎装置，按照道碴材料需要的道碴粒度进行供料。道床稳定装置 可以实现道床材料需要的密实度。新碴供给和旧碴回收，可以利用材料运输车 输送完成。道碴筛分装置的选用，可以实现道碴的清筛作业，该设备其优势主 要表现在：较高的作业效率和超群的最终作业质量；对新道碴施工材料的节约： 对材料运输的存储成本的降低；对“天窗”封锁时间要求的减少和人力需求的 下降。 1 2 2 国外部分 欧洲铁路使用大型养路机械已有三四十年的历史，以奥地利普拉塞一陶依 尔公司为代表的大型养路机械群体已在实施线路各种修程、既有线提速改造和 高速铁路建设等领域广泛应用，对确保安全提高线路质量，发挥作业效率，提 效扩能起到决定性作用。 1 奥地利联邦铁路营业里程6 0 0 0 公里，总延长1 0 0 0 0 多公里，线路大修全 由大型养路机械承担。线路检测，日常维修，保养的效率显著提高。 2 联邦德国铁路营业里程4 1 3 0 0 k m ，总延长8 万多公里。线路维修和日常 保养由国内5 0 家大型养路机械线路维修公司、保养公司承担。 3 意大利铁路营业里程2 万多公里，全部采用大型养路机械进行作业。线 路大修每2 0 年一次。 欧洲各国线路维修作业和检测全由大型机械完成，机械化程度很高，随着 轨道结构的现代化，施工作业的机械化，检测和管理的科学化，施工机械大型 化己成为铁路线路养护的主要发展趋势。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 1 。2 3 国内部分 从上世纪6 0 年代至今，从最初的纯粹人力养护，到后来的小型机械尝试 性介入，直至现在的大型养路机械大规模应用，中国铁路养护方式的进步，无 疑在彰显着铁路整体水平的提升，也在昭示着工务系统的发展方向。 据统计，我国铁路现有大型养路机械的作业能力分别达到线路捣固3 3 0 0 0 公里，道床清筛3 5 2 0 公里，钢轨打磨4 2 0 0 公里，道岔捣固1 2 6 0 0 组。2 0 0 4 年， 为配合提速工程需要和正常线路大修、维修需要，全路大型养路机械共完成线 路捣固3 8 3 2 5 公里，完成道床清筛2 4 5 3 公里，钢轨打磨3 3 3 9 公里，道岔捣固 8 2 1 0 组。 大型养路机械的装备，使工务部门在加强铁路线桥结构现代化建设的同时， 加快了施工机械化的进程，提高了机械化作业水平，促进了工务维修手段由限 制型向适应型的转变，推动了工务技术进步，为铁路运输的快速发展提供了更 加坚实的基础。但在我国铁路发展的新形势下，铁路养护的大型机械化工作依 然任重而道远。伴随铁路顺利完成机构改革和生产力布局调整，实施大型机械 化是必然趋势。 在全路进一步大面积提速、加速客运专线建设和实施跨越式发展的新形势 下，现有大型养路机械化设备的品种、数量以及部分机械的作业性能等，相对 于铁路运输飞跃发展，又出现了新的不适应，如六大干线将提速至时速2 0 0 公 里、建设客运专线、发展重载运输等。“十一五”是全面落实铁路跨越式发展 战略的关键时期，因此在“十一五 期间继续大力发展大型养路机械，对于适 应铁路发展就具有明显的迫切性与必要性了。 据介绍，“十一五”期间，铁道部拟继续实施大型养路机械装备规划，将 从批量装备和示范性引进两方面展开。 继续扩大对捣固、清筛、打磨、大修列车、轨道检测、钢轨探伤等机械设 备的装备，为跟踪国际大型养路机械技术进步和发展，对于个别设备进行示范 性引进。重点解决更高效率、更高作业质量、更高检测速度的大型养路机械和 检测设备，以适应客运专线、提速线路、重载线路对养护维修、等速检测的需 要。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 据介绍，相关部门在大力引进国际一流设备和技术的同时，亦将全力推进 大型养路机械国产化工作，尤其对于批量引进的设备，大部分将努力在较短时 间内实现国产化。“十一五”期间，第二个大型养路机械制造基地已在规划之 中，在“十一五”乃至今后一段时间，我国大型养路机械国产化将形成更强的 生产能力。 进入8 0 年代后期，随着我国铁路运输密度加大，铁路干线的维修工作采用 传统的施工手段已不能满足要求，同时，轨道结构的现代化也向养路机械的作 业质量提出了更高的要求。经过几年的考察组织，对采用高效、大型养路机械 开“天窗”进行线路作业达成共识，从而拉开了我国大型养路机械的发展序幕。 我国铁路养路机械作业的发展方针是：铁路干线和特殊困难地区，采用高 效、配套的大型养路机械：一般地段发展中小型机械，逐步向大型化发展。 1 9 8 4 年，哈局哈尔滨大机段( 现哈尔滨工务机械段) 从昆明厂引进了大 型养路机械并投入使用，实用效果明显，年年均能高效高质的完成维修任务。 自此以后，开始进入了采用大型养路机械进行施工的现代化阶段。目前，在京 哈线、滨洲线等铁路干线上，其大型维修任务均采用大型养路机械，取得了较 好的效果，随着我国铁路事业的飞速发展，特别是铁路提速工程的前进，我国 必将对大型养路机械的维修施工工作提出新的要求。 自1 9 8 8 年起，昆明中铁集团公司先后从奥地利p l a s s e r 公司技术引进了 4 种大型养路机械制造技术，通过消化吸收再创新，成功研制出了符合国情的 国产化产品，替代进口。在“追随与超越的产品开发战略指导下，结合中国 铁路实际，边技术引进，边自主开发产品，集成创新了2 0 多个新产品，逐步完 善了中国铁路大型养路机械的配套。在铁路养路机械发展历程中，以国外先进 技术为支撑，快速集成创新发展自有技术，通过近二十年研究中国铁路大型养 路机械成套装备技术，并进行科技成果的转化和推广应用，逐步创建了中国大 型养路机械制造体系和技术体系。 随着国民经济的发展，铁路运输日益铁路，运量大幅度增长和轨道结构不 断强化的需求日益突出，对大型养路机械数量和品种的需求尤为迫切。针对我 国铁路高速、重载、大密度行车的技术发展特点，加速高性能大型养路机械装 备的研制。目前l m f s - 1 0 0 型运输车和d p z - 4 4 0 型配碴车已完成样机研制，d 0 9 3 x 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 型捣固车8 月进行总组装和调试，1 1 月完成样机试制，并取得了较好成效。 q h c 一4 5 0 型全断面道岔处理机是为满足铁路线路维修养护新要求而研制的，适 用于铁路线路道碴不筛分、不回填、全抛弃的高效道床处理设备，可替代国内 目前使用高效、昂贵的清筛机进行道碴更换的方式，降低施工成本，提高作业 效率。目前，国内各铁路局均存在更换花岗岩石碴和道床板结、翻浆冒泥等病 害整治的情况，该机的市场需求量较大。 中国铁路自采用大型养路机械对铁路干线进行维修以来，彻底改变了以往 依靠人工、小型机械设备落后的修理手段，合理、有效地利用了封锁天窗，使 铁路干线的维修工作走出困境，在维护、改善主要干线线路质量、提速扩能、 保证行车安全以及新线建设和促进工务修制改革等方面都取得了显著的效果。 大型养路机械成为我国铁路线路维修工作中不可缺少的重要手段和现代化装 备，使我国在大机领域跨越了与国外先进水平达三十年的差距，跨入世界先进 水平行列，成为中国乃至亚洲最大的大型养路机械研发、生产、销售和维修基 地，在中国铁路历次提速中发挥了不可替代的作用，有力推进了我国铁路的技 术进步，为国民经济的发展起到重要作用。 实践证明，积极倡导大力推进科技创新，重点发展中国铁路大型养路机械， 是一条切实可行的工业化成功之路。 1 3 国内外施工方法简介 1 3 1 国外施工方法简述 国外进行铁路干线的养护维修或改造工程时，尤其是在欧洲，由于机械化 程度较高，一般采用流水作业过程，施工组织管理具有较高的频率，同时施工 已经达到了较高的工作速度，对运营干扰很小。 采用流水作业法的现代化线路大修组与轨枕扣件一铺轨机一起走行，前部 走行在准备拆除的轨道上，这样按照支承原理可减轻设置在中部的轨道走行装 置的负荷，轨道走行装置设在中部是为了扩大作业空档，减少会被挤开的钢轨 上的应力。 例如，欧洲m a t i s a 公司在施工时，将位于滚动滑板上的转向架移到旧钢轨 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 的钢轨型板上，在更换线路各种附件后，可以在相反的施工方向进行作业。 p l a s s e r t h e u r e r 公司则按另一种原理工作。该公司在旧线路改造和更换轨枕 以及新旧线路铺设时，将机组后边的转向架安成履带走行装置，在反向工作时， 把转过来的铺枕轨更换为预先准备好的道碴传输带。从而极大的提高了工作效 率，减少了封锁时间，提高了线路利用率。 综上所述，流水作业是欧洲铁路维修作业最主要的特点，是采用大型养路 机械施工效率比较高的施工组织方法，也是世界铁路维修作业发展的总体趋势。 1 3 2 国内施工方案简述 国内铁路干线运用大型养路机械进行了线路大修作业仍然处于初级阶段， 经常采用国外的一些施工方法，可是由于我国铁路线路上，列车牵引重量相对 较小，运行速度较低，列车数目较多，没有足够的施工“天窗”时间。因此， 国外的一些施工方法并不能完全应用于我国铁路线路，只能应用其中适合我国 路情的部分施工方法。 在铁路干线采用大型养路机械进行施工时，通常封锁上、下行线路中某一 方向的列车运行，对此方向线路进行施工作业后，完工之后，等待下个施工“天 窗”再封锁另外一个方向，对其进行施工。 这种方法的优点是不影响另外一个方向线路的列车运行，适合我国路情， 可以较大限度的利用线路的通过能力，但相对封锁整个运行区间后进行施工的 施工措施来说，施工人员的安全系数较低，施工组织较为繁琐，容易出现混乱。 1 4 论文主要研究内容 1 对大型养路机械现行应用情况概述； 2 阐述施工天窗与通过能力关系； 3 阐述大型养路机械作业与天窗的关系； 4 阐述大机管理与作业效率的关系： 5 对大机天窗施工性能进行综合评价。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 第2 章施工天窗与通过能力关系 为了实现运输生产过程，完成国家规定的运输任务，铁路必须具备一定的 运输能力。铁路运输能力一般采用通过能力和输送能力两种概念。 在采用一定类型的机车车辆和一定的行车组织方法条件下，铁路区段的各 种设备，在单位时间内所能通过的最多列车数或对数称为通过能力。 通过能力与铁路各种设备的合理运用关系密切，在很大程度上取决于广大 铁路职工的协同动作和铁路固定设备、机车运输生产能力，保证国民经济的不 断发展，下面对施工天窗开行方式进行一些分析。 2 1 施工“天窗”开行方式 随着我国铁路运量的迅猛发展，铁路线路日常磨耗严重，路基变形速度加 快，传统的铁路维修方法已经不能满足线路日常养护的要求，特别是大型养路 机械在施工中的广泛应用，客观上要求开设“天窗进行线路维修及养护。 同时，线路分时段开设天窗也使维修人员有足够的时间对线路进行日常的 维修和养护，降低线路损耗速度，不但可以提高行车区间线路的行车安全效率， 也可减少线路大修次数，节省资金。 下面将对施工“天窗 进行一些分析。 2 1 1 “天窗”种类 l 、行车设备改造施工“天窗 修建第二线，电气化改造等行车设备改造施工时，工作量及施工复杂程度 较大，需要多个长时间的施工段，此类“天窗”对行车影响较大。 2 、线路大修“天窗” 线路大修主要有换轨大修和不换轨大修两大类，占用线路时间较长，对线 路运营均有较大的影响。另外，在施工结束后，即天窗时间结束后，为保证线 路维修质量以及行车安全，还要求部分列车限速运行。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 3 、线路中修“天窗” 线路中修的主要工作任务是对路基进行彻底清筛，消除脏污，板污、恢复 道床的弹性及保持良好的排水性，可结合线路大修施工同时进行，“天窗”要在 方案运行图中预留，也是我们讨论的主要形式。 4 、线路日常维修 铁路线路按要求应进行日常的线路维修及养护和重点病害的整治，保证线 路具有良好的运行状态。因此要求经常开设时间较短的“天窗”。 5 、电务维修“天窗 电务维修作业量较小，而且只有少部分作业需要开设“天窗 ，一般与其它 线路维修同时进行，以减少对线路运营的影响。此类天窗只在日常运营中灵活 安排。 6 、接触网维修“天窗” 在电气化铁路区段，要对接触网供电设备进行日常的检查与维修，以保证 列车运行的安全、顺利。此种天窗的开设距离比较大，时间比较固定，应在方 案运行图中预留。 2 1 2 天窗的开行条件 我国铁路干线由于列车运行密度，列车间隔时间较小，在开设“天窗”时 有许多注意事项需要加以考虑。 l 、在线路能力允许和旅客列车开行时间条件允许的情况下，“天窗”应尽 可能开设在白天。否则应尽量开设在夜间，夜间一般情况下，行车密度较小， 旅客列车数量较少，采用大型养路机械进行施工对旅客列车影响较小。 若天窗时间安排在下午，则应尽量使“天窗”时间提前，以便在天黑之前 完工，有足够的时间消除维修作业留出的事故隐患，充分利用十八点以前的时 间对天窗之后的列车进行调整。 2 、在触接网检修天窗内，由于反方向列车由有电方向向无电方向运行时， 必然要经过渡线或道岔，这样就有可能抱电进入无电区，使无电区带电，危及 作业人员安全。因此，在v 型天窗内，应保证无反向列车运行；在垂直天窗内， 应保证没有列车运行。 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 2 。1 3 天窗开行方式 天窗开行方式主要有“垂直”和“v 型”两大类。在铁路干线上，采用v 型天窗的相对较多，而一般线路上经常采用“垂直 型的维修天窗。具体开行 方式有以下几种： 2 1 3 1 垂直式上下行部分重合“天窗 其开行方式如下图所示： 此天窗的优点是可以利用列车在天窗周围运行时形成的间隔空隙增加维修 作业时间；缺点是形成d ，e ，f 三个无法行车的非天窗区域，时间浪费严重， 通过能力损失较大。 _燃黝 t | | 飞。黝 燃心 烈 图2 1 垂直式上下行部分重合天窗示意图 2 1 3 2 上、下行分设垂直天窗 其开行方式如下图所示： 议0揪n v 伙燃a j wl 燃，|懒 l 冷汉7 ； 图2 2 上下行分设垂直天窗示意图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 这种天窗的优点可以增加作业时间，电力调度送电作业量较少，缺点是施 工人员需频繁上下道，安全问题需要特别加以注意，列车在中间站行车时分过 长，影响旅行速度。 2 1 3 3 上下行分设，一方向为垂直形式，另一方向为阶梯形式 其开行方式如下图所示： 燃瓣鍪x獬3 荟 渊粼弋嬲k 燃黼徽心心心 泓张、狡绷x 心、： 燃燃孓瀚心 m 嬲 图2 3 上下行分设半垂直半v 型天面不恿图 此种天窗的优点是开行阶梯方式天窗的方向上，列车旅行速度可以提高。 缺点是天窗内有旅客列车穿行，有碍安全，降低作业效率，同时另一方向( 开行 垂直方式天窗的方向) 列车的旅行速度将要有所降低。 2 1 3 4 上下行同时开行垂直天窗 此种方式简称垂直天窗，其开行方式如下图所示： 溯黼 一燃燃 务淤躐腻 图2 4 垂直天窗示意图 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 此类天窗在整个区段同一时间内上下行每个供电臂同时停电，采用“一刀 切 的方法预留“天窗的形式。 2 1 3 。5 “v ”型天窗 在整个区段内，分别按上、下行方向向每一个供电臂停送电，使一线停电 进行维修作业而另一线继续行车，现场简称“v ”型天窗。如下图所示： 下行天窗上行天窗 图2 5v 型天面不葸图 v 型天窗和垂直天窗是铁路干线最常用的两种天窗开行方式，特别是它们 有利于利用大型养路机械进行施工，为其提供了足够的时间，从而提高施工效 率，节省了养护时间，总体上提高了线路的利用率，减少了施工对通过能力的 影响。以下将着重讨论这两种天窗开行方式对通过能力的影响。 2 2 天窗开行方式对线路通过能力的影响 由于天窗的开行，列车运行不可避免的要受到影响，由于列车待避等待天 窗产生了时间损失，线路的通过能力必然将会受到一定的影响。下面将针对在 双线自动闭塞的线路上大型机械施工中经常要用的垂直天窗和v 型天窗来具体 讨沦它们对线路通过能力的影响。 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 2 2 1 垂直天窗对通过能力的影响 垂直天窗引起的通过能力损失称作垂直天窗的通过能力间隔。 2 2 1 1 垂直天窗的货物列车影响区 当某双线区段开设一垂直天窗后，若考虑天窗的影响，从天窗后端最靠近 天窗的一列不需停车等待天窗的货物列车起，到天窗右端最靠近天窗的一列未 被天窗影响的货物列车止，所包围的区域称为垂直天窗的货物列车影响区。垂 直天窗的货物列车影响区随着货物列车运行方向的不同而发生变化。 2 2 1 2 天窗前后影晌时段 天窗终了时间以后，待避天窗的货物列车陆续可从车站发出，对于最邻近 区段终点的列车，总是紧靠天窗终了时刻发出，而后的列车不是以追踪间隔发 出，就是由于区间运行时分的限制紧靠天窗终了时刻发出。也就是在天窗后的 影响时段内，待避天窗的货物列车并不一定是完全按照货物列车追踪间隔发车 运行的，在很大程度上还取决于区间运行时分的大小。天窗开始前的列车间隙 中，区间起站要大于区间终站。存在天窗结束后的列车间隙中，区间起站的要 小于区间终站的，而且有可能出现a 站在天窗结束后，第一列从该站发出的列 车与天窗结束时间的间隙为零的情况。 区间首站有多于一列的货物列车待避天窗，区间尾站只有一列货物列车 待避天窗。 此种情况也可能出现a 站在天窗结束后，第一列从该站发出的列车与天窗 结束时间的间隙为零的情况，并且出现的可能性比上种情况大。只有在区间运 行时分大到一定的数值时，才会出现几列货物列车同时在一个站停车待避天窗 的情况。 区间首尾两站均有多于一列的货物列车停车待避天窗。 2 2 1 3 垂直天窗开行时间对线路通过能力的影响 把垂直天窗引起的通过能力损失称作垂直天窗的通过能力扣除。它决定于 垂直天窗影响区的大小及影响区内货物列车的铺画方式。 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 开设垂直天窗，对线路通过能力影响的主要因素是天窗时间和货物列车 间隔时间。 垂直天窗对线路通过能力的扣除随天窗时间的增大而增加；随货物列车 运行间隙的增加而减少。 开行垂直天窗，天窗时间每增加一分钟，对线路的能力将扣除l 货物列 车追踪间隔时间列。当追踪间隔为1 0 分钟时，天窗每增加0 5 小时，天窗将对 线路能力扣除了对货物列车，如果追踪间隔为8 分钟，天窗对线路能力将扣除 3 7 5 对货物列车。 垂直天窗开设区段的区间运行时分分布的不均匀性，对天窗的能力扣除 影响比较小，一般不超过l 。 另外，在开设垂直天窗时，不允许在天窗内部开行旅客列车，但在天窗影 响区的范围内如果要有旅客列车开行时，这时旅客列车的影响区将会和天窗影 响区重合，由此将会减少它们两者共同对线路通过能力的扣除，其具体扣除数 值，需做更进一步的分析才能得到。 再有，在垂直天窗开始时间前每个车站上待避天窗的货物列车总数( 其中含 上、下行两个方向) ，将受到中间站到发线数目的影响。如到发线数目不足，列 车只有提前待避，这将使天窗影响区范围扩大，增加对线路能力的扣除。 2 2 2v 型天窗对线路通过能力的影响 2 2 2 1v 型天窗的特点 v 型天窗是大型养路机械经常采用的一种天窗开行方式。这种天窗在行车 组织上具有与垂直天窗不同的特点。首先v 型天窗是上、下行分设的天窗，在 天窗内始终有一个方向的列车在运行，天窗只对某一个方向的列车产生封闭影 响。另外，v 型天窗的开设是以铁路线路上相近的几个区间做为一个分段，整 个铁路区段是由若干个分段组成，而一个分段是v 型天窗的一个最小单位。v 型天窗在上行或下行天窗内，包含有若干个分段，每个分段的天窗起止时间不 同，依列车运行方向形成一个倾斜的时间带。 2 2 2 2v 性天窗与通过能力的关系 西南交通大学硕士研究生学位论文第18 页 ( 1 ) 在线路上开行v 型天窗将会对线路的通过能力产生一定的影响，使线路 通过能力受到一定的损失。 ( 2 ) 天窗时间是影响通过能力扣除的最主要因素。 ( 3 ) 在各影响因素中，天窗时间、天窗分段的长度对能力的扣除产生的是正 面的影响；而货物列车速度，货物列车运行间隔时间对能力的扣除产生的是负 面的影响。 ( 4 ) 在各影响因素中，通过能力的扣除对天窗时间，天窗分段长度较其它因 素的敏感性要强一些。 ( 5 ) 在开设相同时间的天窗情况下，v 型天窗对通过能力的扣除要比垂直 天窗大。 西南交通大学硕士研究生学位论文第19 页 第3 章大机作业与天窗的关系 3 1 大型养路机械作业与“天窗 关系 线路修理是根据运输需要及线路设备损耗规律和周期性，有计划地对损耗 部分更新和修理，恢复和提高设备强度，延长设备的使用寿命。恢复和增强轨 道承载能力，使列车能以规定的速度安全、平稳和不间断地运行。 大型养路机械在开“天窗维修线路时，运输部门应遵循运输上可能，经 济上合理的原则给足时间。国内外资料表明，“天窗”时间少于3 小时，使用大 型养路机械是不经济的。“天窗 作业时间应按季节进行调整。在电气化线路地 段应考虑工务、供电两个不同性质的维修作业特点，至少安排两个不同季节的 天窗时间，以降低工程造价，提高线路质量，减少放散应力等重复封锁线路的 弊病。施工部门也应改革施工方式，适当集中力量，做到一“窗 多干，提高 单位封锁时间内的施工进度。同时，路局也要协调好管内各施工单位，做到一 “窗 多用，这样，不但有益于缓解施工“天窗 与运输的矛盾，而且有利于 开“天窗”养护维修体制的推行。 大型养路机械施工涉及到运输、工务、电务、水电、供电、机务等有关部 门的工作。在施工前局总工室应召开施工协调会，统一安排施工配合、行车组 织、机组停靠、后勤保障等事宜，以确保施工安全、顺利地进行。大型养路机 械应配套作业，养路机械要保持状态完好，作业质量必须要达到优良以上。作 业结束后要采用轨检车或大型养路机械自身的轨道检测仪检查验收，作业时除 了线路条件不适合养路机械作业外，应禁止人机混合作业。在机械设备数量较 多的条件下，可以组织两个机组在同一条线路的不同区间作业，综合效益会更 好。北京局在对运输铁路的京包线、京原线、京通线、大秦线等，均采用两个 机组在一条线路上作业，占用线路时间经单机组减少一半，月完成线路维修约 2 5 0 公里。另外，机械的组合形式与线路维修质量也有密切关系。无论是4 台 机械组合还是7 台机械组合，稳定、整形作业均不能与捣固数量相匹配。可以 采取两种方法来解决：一是在同一个区间作业时，次日补做前一日未整形和未稳 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 定的部分，这时整形车与稳定车需编到机组一端；二是在一个封锁点内与整形 车相邻的捣固车提前结束2 0 - 3 0 分，让出一定时间增加整形和稳定数量，但是 这些方法会造成机组捣固效率的下降。 近年来虽然大修施工机械化得到了很好发展，但仍然不能满足铁路跨越式 发展和第六次大提速的需要，相对滞后。机械化的生产定员、传统性的生产工 具已成为制约铁路跨越式发展的瓶颈，加之机械化作业的“天窗 时间，致使 天窗时间不足问题一直得不到很好解决，为人身和行车安全埋下隐患。同时较 短的“天窗点”，造成职工作业条件恶化。要尽快实现大修施工机械化。“天窗 修”和施工机械化是矛盾的统一体，“天窗修 的推行为实现大修施工机械化创 造了有利条件，而大修施工机械化的发展必须以“天窗修 为前提。两者相辅 相成，不可分割。当前，作业“天窗 已得到保证，建议加快大修施工机械化 的装备步伐。 3 2 铁路干线大型养路机械作业的可行性 线路大、中修施工采用封锁线路作业，但铁路干线上封锁时间很短，经常 造成返工浪费不能完成任务。近年来，铁路运量逐年增加，列车密度增大，客 货列车对数增加较多，列车间隔时间缩短，使人工或小型机械利用列车间隔时 间进行线路维修越来越困难。甚至无法上道进行维修作业。例如，在京哈线上， 列车密度有的区段己达1 2 0 对日以上，自动闭塞追踪列车间隔时分为8 分，列 车平均间隔为1 2 分。一些铁路干线预计最小追踪间隔时间向6 分发展，一些线 路车速已提高到2 0 0 k m h 以上。在铁路的区段上，一般列车密度已达到3 8 , - - , 4 2 对日，个别区段列车密度达到4 5 对日，平均列车间隔时间为1 4 分。线路综 合维修作业项目有1 2 项( 起道、捣固、夯实、改道、拨道等) 。每维修1 0 0 米线 路大约需要9 0 分，完成一节钢轨( 2 5 米长) 的起道、捣固两项作业，需要1 8 分。 因此，在一个列车间隔时间内，无法完成综合维修作业规定的程序和项目，线 路质量也得不到保证。同时，频繁地上下道作业，不仅影响线路质量和作业效 率，而且不能保证行车和人身安全，有时会造成列车停车和人员伤亡事故。 在全路运量较大的铁路干线，由于列车密度大，轴重增加，重载组合列车 的开行和机车的更新换代，对线路的破坏非常严重，使线路产生的弹性变形， 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 1 页 不能得到及时修理和恢复，造成线路病害的现象越来越严重。全路运营正线上 的超限处所和病害普遍存在，而且逐年增多，严重地危及行车安全，因此，如 果