一種新型鐵路聲屏障螺栓檢修技術
我國高鐵聲屏障產品多為金屬材質，H型鋼立柱、金屬插板、直立結構，高度在2m以上，由4～5個單元板組成，基礎采用螺栓固定連接。高速列車在運行過程中會對聲屏障產生正負的風壓，形成脈動力(高速列車頭部氣流會對聲屏障產生正風壓，尾部氣流會對聲屏障產生負風壓)。考慮到列車脈動力的頻繁作用和影響，可能導致聲屏障立柱底部螺母的松動、單元板屏體疲勞裂紋等現象，在底部螺栓的緊固方式上采取了雙齒嚙合型的防松動墊圈。但隨著時間的積累，聲屏障在脈動力的循環(huán)作用下，固定聲屏障立柱的螺栓有可能發(fā)生松動，從而威脅到高速列車的行車安全，故應定期檢測和緊固聲屏障立柱螺栓。目前，京津城際、京滬、京廣、哈大等多條高鐵、客運專線線路(尤其是線上設施)已逐步進入維保高峰期。上述高鐵線路中，橋梁區(qū)段聲屏障長度占絕大多數。在高鐵線路的高架橋上，由于橋面未預留檢修通道，很難實現聲屏障外側的人工檢測和螺栓緊固。而高鐵線路中的聲屏障安裝數量非常大，隨著線路投入運營時間的推移，聲屏障立柱螺栓力矩檢測與緊固的工作量也非常大，亟需一種安全有效的方法對聲屏障立柱螺栓進行檢修維護。
2現有螺栓檢修方法的不足
鑒于高鐵線路運營檢修特點，檢修作業(yè)均安排在夜間檢修天窗內進行。目前聲屏障立柱螺栓緊固施工大多采用以下兩種作業(yè)方式:
(1)拆除單元板方式［1］:由于立柱之間裝有單元板，所以作業(yè)人員必須先拆掉才能對立柱外側的螺栓進行緊固作業(yè);然而，單元板較重，需用專門的起重設備進行起吊，而且，當對外側的螺栓緊固完成后，又需用起重設備將單元板裝回原處;該方式效率極低，無法滿足高鐵的維護運營需要;同時，在拆裝單元板的過程中還可能引起損傷。
(2)懸掛作業(yè)人員方式:由于高速鐵路多為高架，距地面少則十幾米，多則幾十米，且高架橋墩外側并沒有施工作業(yè)平臺，所以必須用繩索將作業(yè)人員懸吊在半空進行作業(yè)，這種作業(yè)方式存在著極大的人身安全隱患。另外，人工懸吊進行緊固作業(yè)時，需施以足夠大的扭力方能達到效果［2］。人員懸吊在外側時工作空間受限，靠人工扳動力矩扳手較難實施。若依靠氣動力矩扳手緊固，會在夜間(檢修天窗時間通常在夜間)造成噪聲污染。
以上兩種檢修方式均有明顯不足。需尋找一種操作安全，檢修可靠、高效的檢修辦法。
3新型聲屏障螺栓檢修方法
通過實驗研究，研制了一種新型聲屏障螺栓檢修設備。該設備安裝在NX70路用平車上，包括走行系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、卷揚升降系統(tǒng)和控制系統(tǒng)［3］。其動力系統(tǒng)、卷揚升降系統(tǒng)和控制系統(tǒng)分別安裝在走行系統(tǒng)上。卷揚升降系統(tǒng)包括回轉平臺、升降立柱、伸縮臂和卷揚機。液壓驅動的螺栓緊固系統(tǒng)與吊板通過鋼絲繩與卷揚機相連。
3.1設備的主要技術參數
(1)l×b×h:16500mm×2820mm×4750mm(距軌面)
(2)自重:12t(不含平車)
(3)最小通過曲線半徑:180m
(4)最小工作曲線半徑:300m
(5)最大作業(yè)半徑:4400mm
(6)最大回轉角度:±90°
(7)最大調平傾角:±7°
(8)最大走行速度:300mm/s(快速移動)38mm/s(作業(yè)速度)
(9)最大輸出扭矩:340～1200NM
(10)扭矩精度誤差:±5%
(11)最大作業(yè)效率:60組/h(雙螺母)
3.2工作步驟
(1)在收車狀態(tài)下(見圖1)，操作擺動油缸使螺栓緊固系統(tǒng)擺動到水平位置;
(2)操作升降立柱上升到行程終點，將伸縮臂頂起;
(3)操作回轉平臺使卷揚升降系統(tǒng)和螺栓緊固系統(tǒng)轉動到高速鐵路兩側的聲屏障方向;
(4)操作伸縮臂使螺栓緊固系統(tǒng)伸到立柱外側位置，此時可借助視頻監(jiān)視器觀察立柱狀態(tài)，確保立柱狀態(tài)良好;
(5)操作擺動油缸使螺栓緊固系統(tǒng)擺動到豎直位置(見圖2);
(6)觀察對位用視頻監(jiān)視器，控制行走系統(tǒng)、回轉平臺、伸縮臂和平衡器使螺栓緊固系統(tǒng)的套筒套裝在待緊固的螺栓上，必要時，還可控制升降立柱動作;
(7)液壓馬達驅動套筒緊固螺栓;
(8)使螺栓緊固系統(tǒng)上移一段距離，然后控制走行系統(tǒng)走行到下一個待緊固的螺栓處進行緊固;
(9)所有螺栓緊固完畢后，控制螺栓緊固系統(tǒng)和卷揚升降系統(tǒng)回位，使本設備處于收車狀態(tài)即可。
該方法通過卷揚升降系統(tǒng)將螺栓緊固系統(tǒng)移動到待緊固的螺栓位置，從而實現螺栓的緊固，無需作業(yè)人員半空作業(yè)，也無需拆除隔音板，操作簡便，效率高且安全。通過對位用視頻監(jiān)視器能方便作業(yè)人員準確的操作。另外，通過螺栓緊固系統(tǒng)中頂部的視頻監(jiān)視器還能觀察立柱狀態(tài)，對立柱進行檢查。
3.3檢測效率
通過搭設模擬試驗平臺及聲屏障立柱，模擬聲屏障螺栓檢測過程(見圖3、4)。
圖3螺栓緊固裝置工作位置
螺栓力矩檢測與緊固裝置正常工作時，隨著平車或走行系統(tǒng)的移動在待檢聲屏障立柱間移動。在靠近接觸網桿作業(yè)時需通過收車避讓，然后再展開。經過“懸臂水平－懸臂回轉－平車前進(或后退)－懸臂反向回轉－懸臂垂直”等過程。
圖4螺栓緊固套筒緊固情況
接觸網桿跨距通常為50m。橋梁聲屏障立柱外側螺栓通常為3組，聲屏障立柱間距2m。平均接觸網桿一個跨距內有待檢查螺栓50/2*3=75組。平均作業(yè)時間設計值為≥60組/h。因60＜75，故1h內檢測60組最多經過一次接觸網桿需要避讓。由于試驗條件所限，僅能模擬檢測與緊固9組螺栓所用時間(平均用時8min)。1h的檢測效率需經過如下計算:
N=T*3/(T1+T2+T1+T2+T1+T3)(1)
T=60－(T4+T5+T6+T7+T8+T9+T10)(2)
式中:
N為1h內檢測數量;
T為除去準備工作外，用于檢測的時間，min;
T1為平均每組螺栓檢測時間，包含上下螺栓松開及下螺栓、上螺栓的緊固，min;
T2為短步進所用時間，min;
T3為長步進所用時間，min;
T4為懸臂水平所用時間，min;
T5為懸臂垂直所用時間，min;
T6為懸臂回轉所用時間，min;
T7為懸臂反向回轉所用時間，min;
T8為平車前進(后退)所用時間，min;
T9為懸臂伸出所用時間，min;
T10為懸臂縮回所用時間，min。
經測算，該設備每小時檢測聲屏障立柱螺栓數量為N=63組。滿足檢修數量≥60組/h的設計要求。
4結論
(1)該新型聲屏障螺栓檢修設備可用于鐵路工務聲屏障日常巡檢或特殊檢查。
(2)聲屏障螺栓緊固裝置的動作類型多，動作軌跡長，設備的自由度較多，穩(wěn)定性尚需進一步考察。
(3)應從設計角度減少設備自由度，精簡裝置的機構數量及外形尺寸。
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