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新近研發(fā)出的CRTSⅢ型無砟軌道板的自密實(shí)混凝土灌注方式不同于CRTSⅠ、CRTSⅡ型軌道板，需研制新型的灌注車，以滿足CRTSⅢ型軌道板線路的建設(shè)。

1CRTSⅢ型板概況

1.1CRTSⅢ型無砟軌道板CRTSⅢ型無砟軌道板采用門型鋼筋網(wǎng)同自密實(shí)混凝土結(jié)合，形成復(fù)合板軌道板結(jié)構(gòu)，有效解決了因軌道CA砂漿不均勻收縮導(dǎo)致軌道線路不平順的問題。

1.2CRTSⅢ型板充填層自密實(shí)混凝土灌注CRTSⅢ型軌道板自密實(shí)混凝土內(nèi)含10mm砂礫，最大砂礫直徑16mm，黏度大于CA砂漿。Ⅲ型軌道板是新研制的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品，自密實(shí)混凝土及其灌注方法都不同于Ⅰ、Ⅱ型軌道板，Ⅲ型軌道板線路尚未鋪設(shè)過，沒有現(xiàn)成的灌注車。國(guó)家軌道實(shí)驗(yàn)室和試驗(yàn)線路使用的都是非標(biāo)設(shè)備。

2自密實(shí)混凝土灌注車的系統(tǒng)組成

2.1灌注車的基本功能要求CRTSⅢ型軌道板自密實(shí)混凝土灌注車的功能應(yīng)包括:①自動(dòng)走行(道岔區(qū)除外);②慢速攪拌(邊灌注邊攪拌);③底板自潤(rùn)濕;④砂漿攪拌溫度保持在5℃～35℃。

2.2灌注車主要系統(tǒng)灌注車系統(tǒng)主要包括:混凝土攪拌系統(tǒng)、混凝土灌注系統(tǒng)、噴霧潤(rùn)濕和清洗系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)?；炷翑嚢柘到y(tǒng)主要由攪拌罐、攪拌電機(jī)、攪拌葉片等組成。經(jīng)數(shù)次調(diào)研和用戶建議采用立式攪拌比較合理，采用重力自流灌注方式，不需要外加混凝土泵加壓，攪拌罐灌注口和軌道板灌注口之間高度應(yīng)該保持200～500mm，以便保持足夠的灌注壓力;攪拌速度不宜過快，以防攪入更多氣泡，應(yīng)該在5～40r/min左右，并根據(jù)物料的特性手動(dòng)調(diào)整，以攪出的物料不攜帶大氣泡為宜?；炷凉嘧⑾到y(tǒng)主要由閥門、管路、灌注口等組成?；炷凉嘧④嚱?jīng)過粗略定位后，采用人工調(diào)整對(duì)準(zhǔn)灌注口，灌注管道采用防水帆布實(shí)現(xiàn)與灌注口的柔性連接。設(shè)有混凝土控制機(jī)械閥門及手動(dòng)閥門。噴霧潤(rùn)濕和清洗系統(tǒng)主要由水箱、高壓泵、管路、噴頭等部分組成。水箱注水采用外部供水車通過水箱上的快速接頭對(duì)接供水，水箱具有液位顯示。噴霧潤(rùn)濕和清洗采用高壓泵;噴霧潤(rùn)濕作業(yè)采用人工對(duì)準(zhǔn)定位灌注口，并通過設(shè)定噴霧時(shí)間調(diào)整潤(rùn)滑程度，潤(rùn)濕過程由程序自動(dòng)完成。潤(rùn)濕過程中噴頭不應(yīng)有滴水現(xiàn)象，確保板頂?shù)某浞譂?rùn)濕且板底無積水。清洗作業(yè)采用人工、自動(dòng)清洗或者二者混合方式;清洗后的污水應(yīng)該能夠收集，并集中排放。走行系統(tǒng)由車架、輪系和驅(qū)動(dòng)總成組成。底盤高度應(yīng)該高于800mm，以便于通過175mm超高最高點(diǎn);車架應(yīng)該具有足夠強(qiáng)度，能夠承受至少14t的全重，車架采用梁式或者箱式結(jié)構(gòu);懸掛包括走行導(dǎo)向裝置，能固定安裝輪系，固定驅(qū)動(dòng)電機(jī);輪系采用單輪的四輪組走行方式，輪子采用直徑為800mm的聚氨酯包膠鋼輪，提高通過能力;輪距在3100～3300mm范圍內(nèi)可調(diào)，便于通過最大規(guī)格軌道底板寬度，車體最大寬度限制在4000mm以內(nèi)，以滿足隧道建筑限界;驅(qū)動(dòng)總成采用兩個(gè)減速機(jī)，安裝在前輪座上直接驅(qū)動(dòng)前輪，車輛自走行速度5～24m/min。轉(zhuǎn)向采用4個(gè)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)初步計(jì)算設(shè)定電機(jī)功率為1.1kW，轉(zhuǎn)向極限角度為5°，導(dǎo)向采用超聲波測(cè)距控制行走輪與軌道板底座之間的距離，在前后輪處各設(shè)有一個(gè)測(cè)距控制，輪組可以自動(dòng)左右轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整走行方向，導(dǎo)向輪距可調(diào)，適用于2900～3100mm內(nèi)規(guī)格的軌道底板寬度。定位系統(tǒng)包括走行控制、視頻監(jiān)控和自動(dòng)測(cè)距等組件，以便能夠?qū)崿F(xiàn)灌注管和軌道板灌注口及潤(rùn)濕噴頭與灌注口、觀察口的粗略定位。動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組提供全車動(dòng)力，發(fā)電機(jī)組應(yīng)該達(dá)到IP65標(biāo)準(zhǔn)。輔助系統(tǒng)包括照明和警示電鈴等部分。此外還應(yīng)設(shè)計(jì)相應(yīng)的人機(jī)操作裝置，以方便發(fā)電機(jī)組、攪拌灌注、噴水潤(rùn)濕等系統(tǒng)的作業(yè)操作。

3CRTSⅢ型板自密實(shí)混凝土灌注車技術(shù)參數(shù)

3.1主要參數(shù)分析

3.1.1混凝土容積和質(zhì)量混凝土灌注車每次灌注一塊軌道板，灌注容積定為1.6m3。混凝土密度為2.3t/m3，混凝土質(zhì)量為3.68t?？紤]到混合主機(jī)的裝載系數(shù)為0.8，初步設(shè)定混合主機(jī)的全容積為2m3。

3.1.2水容積和質(zhì)量Ⅲ型板施工時(shí)的潤(rùn)濕要求應(yīng)充分澆濕軌道板和底座上下表面，清洗需要把用完的灌注設(shè)備清洗干凈，考慮富余量，水量初步定位為2m3，水的密度為1t/m3，水的質(zhì)量為m水=2t。

3.1.3灌注車總質(zhì)量灌注車承載的質(zhì)量主要由混凝土和水組成，其他部分的質(zhì)量還有攪拌系統(tǒng)約1t，動(dòng)力及控制系統(tǒng)約1t、車輛6t，灌注車滿載時(shí)的總質(zhì)量按14t計(jì)。

3.2動(dòng)力系統(tǒng)功率估算動(dòng)力系統(tǒng)主要由發(fā)電機(jī)組組成，提供全車動(dòng)力。

3.2.1走行功率分析滿載時(shí)走行功率應(yīng)該以啟動(dòng)走行所需的最大功率計(jì)算。1)走行功率分析輪周牽引力在啟動(dòng)的時(shí)候是一個(gè)靜摩擦力，所以極限值就是最大靜摩擦力，稱為輪軌間黏著力的最大值，其極限值接近于輪軌間的靜摩擦力，即一個(gè)動(dòng)軸黏著力最大值為F黏max=1000Qμmax式中，F(xiàn)黏max為由輪軌間的黏著條件決定的一個(gè)動(dòng)軸黏著力，N;μmax為輪軌間最大物理黏著系數(shù)(接近靜摩擦系數(shù));Q為動(dòng)軸荷載，kN。關(guān)于尼龍—水泥路面的摩擦系數(shù)還沒有正式的文獻(xiàn)資料，而輪胎—路面滾動(dòng)摩擦系數(shù)最大為0.3，由于設(shè)計(jì)采用高強(qiáng)度聚氨酯，其硬度遠(yuǎn)大于普通輪胎，則其動(dòng)摩擦系數(shù)更小，可以取μmax=0.25;設(shè)每個(gè)輪子承載力為4t，Q=3.5×9.8×103N=34.3kN。F黏max=1000Qμmax=1000×34.3×0.25=8.575×103N，粗略估算，輪徑D=800mm，F(xiàn)黏max=F驅(qū)，則所需扭距為M=F黏maxD/2=8.575×103×0.4=3.43×103N•m，保持速度V=25m/min，則單個(gè)驅(qū)動(dòng)輪所需功率P單=F黏maxV，P單=8.575×25×103/60=3.57kW，取兩輪為主動(dòng)輪，P總驅(qū)動(dòng)=4P=14.2kW，可得兩個(gè)主動(dòng)輪的情況下每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪功率為7.1kW。2)轉(zhuǎn)向電機(jī)功率分析4個(gè)行走輪，采用4個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，前后輪組各自用機(jī)械連桿確保同步，根據(jù)試驗(yàn)得1.1kW電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向時(shí)的電機(jī)電流為1.4A。則P總轉(zhuǎn)向=4P=4.4kW。

3.2.2攪拌功率分析混凝土灌注車應(yīng)容納攪拌的混凝土量為2m3，密度為2.3t/m3，最大需要攪拌4.6t。把水泥攪拌車和水泥攪拌站相同重量混凝土的攪拌功率進(jìn)行類比，并考慮灌注車慢速攪拌的工況，P攪拌=7.5kW功率可滿足使用要求。

3.2.3總功率分析其他有功耗的系統(tǒng)還有噴霧潤(rùn)濕、清洗、控制等作業(yè)，由于清洗、噴霧潤(rùn)濕、走行和攪拌一般不會(huì)同時(shí)作業(yè)，而且這些系統(tǒng)的功率比較小，走行和攪拌功率有富余，所以4kW足夠，故P總功率=P總驅(qū)動(dòng)+P攪拌+P清洗+P潤(rùn)濕+P總轉(zhuǎn)向=30kW。3.3限界、車輛尺寸、上料和卸料參數(shù)3.3.1限界混凝土灌注車應(yīng)該滿足高速鐵路的限界要求，經(jīng)過研究比較如果可以滿足高速鐵路隧道建筑限界，便可以滿足高速鐵路其他建筑限界要求，避免侵界。3.3.2上料和卸料在灌注施工作業(yè)中灌注車上料主要采用吊送、橋下向上泵送方式，對(duì)灌注車攪拌罐高度沒有嚴(yán)格限制，極少情況下使用混凝土攪拌車直接在路基橋面上泵送料方式，因?yàn)楸盟凸芸诟叨茸畲鬄?800mm。卸料也就是指混凝土灌注，由混凝土攪拌罐下部混凝土灌注裝置來實(shí)現(xiàn)，利用混凝土自重的勢(shì)能，實(shí)現(xiàn)自流密實(shí)，灌注口要高于軌道板200mm以上，1000mm以下。

3.3.3車輛尺寸經(jīng)過初步三維布圖，可以得知灌注車基本尺寸為7500(長(zhǎng))×4000(寬)×3400(高)mm。

4自密實(shí)混凝土灌注車技術(shù)方案

4.1主要部件選型1)驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型。根據(jù)計(jì)算參數(shù)，可以選擇K系列的電機(jī)減速器總成，見表1。2)動(dòng)力系統(tǒng)(發(fā)電機(jī)組)選型根據(jù)計(jì)算的總功率P總功率=30kW，可以選擇康明斯柴油發(fā)電機(jī)，常用功率30kW。

4.2結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)用戶的需求、軌道參數(shù)和軌道作業(yè)要求決定車輛的整體布局，灌注車基于功能全面、自動(dòng)作業(yè)并兼顧手工作業(yè)進(jìn)行布局設(shè)計(jì)，一方面包括潤(rùn)濕、攪拌和灌注三大必要功能;另一方面包括監(jiān)控、自動(dòng)定位、自動(dòng)走行和照明等輔助功能;突出自動(dòng)化功能又兼顧手工操作功能設(shè)計(jì)，還應(yīng)具備臨線作業(yè)裝置和功能。

4.2.1手工作業(yè)工況下的灌注車潤(rùn)濕、清洗、定位、灌注等作業(yè)采用人工輔助的方式。主要是人工對(duì)準(zhǔn)，自動(dòng)潤(rùn)濕，臨線手工潤(rùn)濕，人工清洗;灌注對(duì)準(zhǔn)也是人工對(duì)準(zhǔn)，人工密封，加上自流灌注。

4.2.2自動(dòng)作業(yè)工況下的灌注車灌注車通過超聲波定位，自動(dòng)控制行走中輪系的轉(zhuǎn)向，完成初步定位;然后人工操作線控板，通過視頻監(jiān)控將灌注管口自動(dòng)定位在軌道板孔，并自動(dòng)探入軌道板孔規(guī)定深度進(jìn)行潤(rùn)濕和灌注作業(yè)，見圖1。

5結(jié)論

對(duì)CRTSⅢ型無砟軌道板充填層自密實(shí)混凝土灌注車進(jìn)行了全面的測(cè)試，灌注車發(fā)電機(jī)功率、走行性能以及攪拌、灌注、潤(rùn)濕等主要作業(yè)性能均能滿足設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了CRTSⅢ型無砟軌道板自密實(shí)混凝土灌注施工，可以推廣使用。