现代制造在轨道交通的应用.docx
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现代制造在轨道交通的应用
摘要I
AbstractII
第一章引言1
1.1选题背景1
1.2研究方法和内容2
第二章高铁的概述3
2.1高铁的特征3
2.2高铁在国内的发展3
2.3现代制造在高铁上的重要性和必要性5
第三章现代制造在高铁铁轨上的应用7
3.1高铁铁轨的技术要求7
3.2高铁轨道的分类8
3.3我国无砟轨道的分类9
3.4我国高铁无砟铁轨验收标准10
第四章高铁铁轨的具体制造11
4.1轨道结构组成:
11
4.2轨道施工的工艺流程:
11
4.3配套扣件系统制造12
4.4混凝土轨道板制造12
4.5无缝钢轨制造17
4.6高铁轨道铺设中的桥梁建设装备20
第五章结论22
参考文献23
摘要
随着我国经济的飞速发展,我国加大了对基础设施的建设,其中铁路作为交通运输的重要组成部分,也迎来了发展的机遇。
近一段时间,京沪、京广、哈大等高铁和一批城际铁路相继投入运营,将我国高铁的建设推向高潮,进一步完善了我国四纵四横和城际高速铁路铁路网的建设。
相比于传统的有砟轨道,无砟轨道结构有高稳定、高平顺、低维修及使用寿命长等突出特点。
在新建的高速铁路中,我国越来越多的应用无砟轨道结构型式。
我国对无砟轨道的研究虽然较早,但是相比于德国和日本却相对落后,所以在高速铁路的建设中,前期主要靠引进德国和日本的无砟轨道,通过工作人员的学习研究、独立创新形成我国独立自主的无砟轨道结构型式。
例如通过学习德国博格板、日本的板式无砟轨道,研制出我国CRTSII型双块式无砟轨道和CRTII板式无砟轨道。
本文针对无砟轨道的制造工艺,适用范围和具体优势做出具体的分析。
关键词:
交通运输;无砟轨道;CRTSII板式无砟轨道;制造工艺;
Abstract
Intherapideconomydevelopmentofoureconomy,ourcountrystepupontheconstructionofinfrastructure.Railwaysasanimportantpartoftransportation,alsowelcomedthedevelopmentopportunity.Nearlyperiodoftime,theBeijing-Shanghai,Beijing-Guangzhou,HarbintoDalianhigh-speedrailandanumberofinter-cityrailwayshavebeenputintooperation,inputtingtheconstructionofhigh-speedrailwayinourcountrytoaclimax,furtherperfecttherailnetworkandtheconstructionoftheintercityhigh-speedrailnetwork.Comparedwiththetraditionalballasttrack,ballastlesstrackstructurehasoutstandingcharacteristicssuchashighstability,bettersmooth-going,lowmaintenanceandlongservicelife.IntheperiodofHigh-speedrailconstruction,ourcountryhasmoreandmoreapplicatorwithballastlesstrackstructure.Althoughthestudiesofballastlesstrackisearlyinourcountry,ComparedtoGermanyandJapanarerelativelybackward,sointheconstructionofhigh-speedrailway.TheconstructionofballastlesstrackprophasedependmainlyontheintroductionofGermanyandJapan’s.Throughthestaffstudyandtheindependentinnovationformedindependenceballastlesstrackstructureinourcountry.SuchaslearningGermany,Japan'srail,DevelopingCRTSIIdouble-slabballastlesstrackandCRTSIIslabtrackinChina.Thepaperaimatthemanufacturingprocess,scopeofapplication,andthespecificadvantagesofballastlesstracktomakespecificanalysis.
KEYWORDS:
transportation;ballasttrack;CRTSIIballasttrack;manufacturingprocess;
第一章引言
1.1选题背景
高速铁路是以现代全新技术装备的,全新类型的现代铁路,由于列车运行速度快,且具有全封闭、全立交、高度自动化、高效率、高舒适性、高安全性、高可靠性等特点,正受到越来越多的国家和地区的重视,建设高速铁路已成为世界铁路发展的总趋势。
在运输发展理论上来分分析,加快高速铁路建设是必然要求。
运输发展理论认为,运输化是工业化的重要特征之一。
从国情世纪出发,中国加快发展高速铁路也是必然选择,一是中国正处于经济社会持续快速发展的重要时期,铁路“瓶颈”制约矛盾非常突出。
二是中国正处于工业化加快形成的重要时期,铁路运输远远不能适应工业化发展的迫切要求。
三是中国正处在统筹城乡和区域发展的关键时期,铁路网布局难以适应城乡和区域发展的迫切要求。
四是中国正处在可持续发展的关键阶段,铁路发展远不适应综合交通运输体系建设的迫切要求。
2007年美国次贷危机的爆发,使得越来越多的国家意识到发展实体经济的重要性,开始重视国内产业尤其是高端制造业的发展。
中国可以称得上是制造业大国,但与制造业强国相比还有较大差距。
而制造业只有向高端化发展,才能实现由弱变强的根本转变。
制造业走向高端,既包括发展制造业中新出现的具有高技术含量、高附加值、强竞争力的行业,又包括融合信息技术和高新技术,改造传统制造业。
高端制造业是衡量一个国家或地区产业核心竞争力的重要标志。
高铁在中国的发展是在21世纪初以来,大力发展制造业水平的成果结晶,中国高铁是具有自主知识产权的,是中国制造业有了巨大成果的标志,因此,通过高铁的一个小的方面,也就是高铁的轨道上来探究现代制造业以及高端制造业水平对于工业发展的重要性和必要性。
无砟轨道应用于高速铁路上,与有砟铁路相比,技术含量更高。
由铁轨、扣件、单元板组成,起减震、减压作用。
无砟轨道的轨枕本身是混凝土浇灌而成,而路基也不用碎石,铁轨、轨枕直接铺在混凝土路上。
无砟轨道是当今世界先进的轨道技术,可以减少维护、降低粉尘、美化环境,而且列车时速可以达到300公里以上。
1.2研究方法和内容
本文将通过文献综述的方式,以作为一名工程学生站在现代制造的角度上,阅读大量相关文献和相关资料。
包括国内高端制造的发展水平和发展状况,高铁的制造过程和制造工艺,各种制造方式和方法还有工程装备等方面的知识,再将其中的内容进行提炼,将通过展开高铁轨道各个组成部件的制造方式的方法,较为全面的向读者展现出高铁轨道上凝聚的先进以及现代的制造方法和工艺,从而能够让引申出现代制造对于一个国家的制造行业以及国家制造能力的重要性。
第二章高铁的概述
2.1高铁的特征
高铁的全称是高速铁路,高速铁路在不同国家不同时代有不同规定。
中国高速铁路的定义为:
新建设计开行250公里/小时(含预留)及以上动车组列车,初期运营速度不小于200公里/小时的客运专线铁路。
高速铁路有很多优点:
1.耗时少,高铁的时速250km/h以上,京广高铁全长2298公里,一趟全程只需8小时。
2.安全性好,高速铁路在全封闭环境中自动化运行,有一系列完善的安全保障系统。
3.载客量高,例如京广高铁上,全车有838个二等座、162个一等座、28个商务座总计1028个座位。
4.正点率高,全部采用自动化控制,全天候运营,除非沿途线路发生重大地址灾难。
5.舒适方便,采用了无缝钢轨以及无砟铁路等技术,铁路转弯半径大,而且高速列车,行走性能好,运行非常平稳。
减震、隔音,都很出色。
高速铁路之所以称为高速铁路,因为其运行与常规列车相比快了一倍还要多,其所应用的技术也发生了革命性的变化,其中轨道作为轨道交通最重要的一个部分,为了适应高铁在极高速度下保持安静、平稳以及安全行驶,必须要采用与传统铁轨不同的结构,而高速铁路的铁轨需要重新铺设,高速铁轨在高速情况下要平稳过弯,必须尽可能的取直道以及采用大转弯半径的铁轨,前者需要保证很高的平直度,后者需要在保证平直度的情况下,弯道的转弯半径误差需要控制到极小的范围内,因此铺设轨道的机器也是保证。
2.2高铁在国内的发展
中国作为一个典型的大陆性国家,人口众多,幅员辽阔,经济联系和交往跨度大,需要有一种强有力的运输方式将整个国家和国民经济联系起来。
铁路作为重要的基础设施,国民经济的大动脉和大众化的交通工具,最显著的特点是运载量大、运行成本低、能耗少,既在大宗、大流量的中长以上距离的客货运输方面具有绝对优势,又在大流量、高密度的城际中短途旅客运输中具有很强的竞争力,是最适合我国经济地理特征和人们收入水平的骨干运输方式。
2003年,中国政府从落实科学发展观、实现国民经济又好又快发展的战略全局出发,做出了加快发展铁路的重要决策,中国铁路进入加快推进现代化的历史阶段。
七年来,铁路系统自觉践行科学发展观,立足中国国情和路情,着眼快速扩充铁路运输能力、快速提升铁路技术装备水平,中国铁路现代化建设取得了重大进展,高速铁路、机车车辆、高原铁路、既有线提速、重载运输等技术迈入世界先进行列,运输效率世界第一,为经济社会发展做出了重要贡献。
这其中,最大的亮点就是高速铁路的发展成就。
中国铁路坚持原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新,推动我国高速铁路发展取得了举世瞩目的成就,实现了由追赶者到引领者的历史性跨越。
中国高速铁路发展规划,是2004年1月中国国务院常务会议讨论并原则通过的《中长期铁路网规划》确定的。
《规划》提出,到2020年,全国铁路营业里程达到10万公里,主要繁忙干线实现客货分线,建设高速铁路1.2万公里以上。
2008年,中国政府根据我国综合交通体系建设的需要,对《中长期铁路网规划》进行了调整,确定到2020年,全国铁路营业里程达到12万公里以上,建设高速铁路1.6万公里以上。
根据《中长期铁路网规划》,中国高速铁路发展以“四纵四横”为重点,构建快速客运网的主要骨架,形成快速、便捷、大能力的铁路客运通道,逐步实现客货分线运输。
“四纵”:
一是北京~上海高速铁路,全长1318公里,贯通环渤海和长三角东部沿海经济发达地区;二是北京~武汉~广州~深圳(香港)高速铁路,全长2350公里,连接华北、华中和华南地区;三是北京~沈阳~哈尔滨(大连)高速铁路,全长1612公里,连接东北和关内地区;四是上海~杭州~宁波~福州~深圳高速铁路,全长1650公里,连接长三角、东南沿海、珠三角地区。
“四横”:
一是青岛~石家庄~太原高速铁路,全长906公里,连接华北和华东地区;二是徐州~郑州~兰州高速铁路,全长1346公里,连接西北和华东地区;三是上海~南京~武汉~重庆~成都高速铁路,全长1922公里,连接西南和华东地区;四是上海~杭州~南昌~长沙~昆明高速铁路,全长2264公里,连接华中、华东和西南地区。
目前,中国高速铁路的营业里程已经达到7531公里,是全世界高铁运营里程最长的国家。
运营状况总体很好。
这几年,高铁以方便、快捷、舒适征服了不少人的心。
在京津、京沪、武广等线路,高铁也出现“一票难求”。
2014年,有8亿多人次选择高铁出行,其中最繁忙的是京沪高铁,一条线就有过亿人乘坐。
2.3现代制造在高铁上的重要性和必要性
高铁最先在法国出现,而发展了高铁也是日本和西欧部分发达国家,例如德国和法国等。
由此看出,高铁是要制造业强国才玩得起的玩具,可以看出,高铁是考验一个国家制造能力水平的一个重要标准,高铁发展起来之所以难,是由于高铁由于要在至少200km/h的速度下保持稳定,其对运载工具的稳定性要求以及高速下的系统完备性要求很高,例如,车身的制造有着严格的要求,而用普通的制造较低速的方法已经很不适用。
所以这就可以看出为什么很多国家没有办法自行设计研制高铁,而要采用国外的技术,甚至像某些国家,引进了技术也迟迟不能动工,因为考虑到自身国家的制造水平。
我国在21世纪初就定下了大力发展装备制造业的目标,不仅仅要作为一个制造业的大国,更要努力成为一个制造业的强国,要拥有跻身于世界前列的制造能力,经过中国坚持努力地发展,中国在制造业上有了很长足的进步,慢慢的有了信心,大型干线飞机C919,中国第四代战机以及高铁等项目的上马,就表明着中国越来越自信地走在世界制造业强国的道路上。
高铁的车体的制造,中国采用的是8000吨水压机整体制造车体用材料的技术,能够保证材料的完整,提高车身的强度,超大吨位水压机是中国制造业的一大成果之一,广泛用于船舶等大型元件制造中。
而焊接也是采用先进的激光焊接技术,焊缝更加深也更加严实,能够增加强度的同时还能够降低车身噪音。
而日本的新干线则仍然采用的传统焊接技术。
可以看出现代制造水平是衡量一个国家能否制造高铁的一个很重要的标准。
图2—1八千吨大型水压机
图2—2
自动化生产线
所以高铁的制造缺少不了现代的高端制造技术,现代高端技术范围极广,但又极其重要,能够遍及各种制造领域内,木桶效应也很明显,要享受到高制造水平带来的技术成果必须要没有明显的短板,高铁就是发达国家高水平制造业成果的体现和赠品,我们可以得到启示。
国家制造永远都是一个国家能力的重要标志,不管国家发展到了哪个阶段,都不能放松对制造业的进取态度。
第三章现代制造在高铁铁轨上的应用
3.1高铁铁轨的技术要求
高速铁路轨道结构和普通铁路轨道结构一样,由钢轨、轨枕、扣件、道床、道岔等部分组成。
这些力学性质绝然不同的材料承受来自车轮作用力,它们的工作是紧密相关的。
任何一个轨道零部件的性能、强度和结构的变化都会影响所有其他零部件的工作条件,并对列车运行质量产生直接的影响,因此轨道结构是一个系统,要用系统论的观点和方法进行研究。
钢轨直接承受由机车车辆传来的巨大动力,并传向轨枕;轨枕承受钢轨传来的竖向垂直力、横向和纵向水平力后再将其分布于道床,并保持钢轨正常的几何位置;轮轨间的各种作用力通过轨枕和扣件的隔振、减振和衰减后传递给道床,使道碴重新排列,并将作用力扩散传递于路基。
由于列车速度的提高给轨道结构的作用力与速度的n次方成正比,因此高速铁路的轨道必然要比普通线路具有更高的安全性、可靠性和平顺性,而轨道各部件的力学性能、使用性能和组成为结构的卜性能都比普通轨道部件高得多。
具体要求就是:
(1)稳定的轨道结构
高速铁路对轨道结构的设备和材质都有比较大的加强。
轨道各部件的静力强度已不是对轨道整体结构承压能力起控制作用的因素。
但是,高速铁路轨道在不稳定重复荷载作用下,其承载能力却不一定能满足高速行车的要求,它的破坏形式主要表现为在列车荷载反复作用下,轨道各部件的疲劳折损、轨道整体结构残余变形积累超限等。
因此,对高速铁路的轨道结构,必须保证最高程度的稳定。
(2)平顺的运行表面
为保证列车高速运行的需要,要求轨道必须提供平顺的运行表面。
轨道的不平顺从结构上大约可以分为3种类型,即结构不平顺、附加不平顺和动态不平顺.从波长区分则有长波不平和短波不平。
结构不平顺是指由于轨道结构及部件固有的不平衡,如钢轨表面由于轧制工艺造成的钢轨垂向专曲、焊缝凸凹不平、轨道铺设和整道时形成的不平顺。
附加不平顺是指在运行过程中由于各种原因形成的不平顺,如钢轨表面不均匀磨耗、钢轨踏面剥离掉块、有砟轨道因道砟飞溅在轨道形成的轨面伤损、钢轨弹性垫层破损等;动态不平顺是指在列车运行中产生的不平顺。
(3)良好的轨道弹性
高速铁路的轨道结构能否具有良好的弹性十分重要。
轨道其有良好的弹性,不仅可以使轨道具有较强的抗振动与抗冲击能力,而且有利于减少嗓声干扰。
因此,轨道结构其有良好的弹性是各国高速铁路追求的目标。
轨道结构弹性良好包括两方面的含义:
一是为高速行车引起的振动起到“吸振”作用的足够的弹性;二是沿轨道纵向弹性的均匀性。
有砟轨道的弹性主要由有砟道床和轨下垫层提供。
无砟轨道的弹性主要由混凝土基床与轨道板之间的乳化沥青、水泥砂桨和轨下垫层提供。
3.2高铁轨道的分类
国内外高铁的轨道分为无砟轨道和有砟轨道:
有砟轨道:
指的是传统的铺枕木和石子的轨道。
这种轨道投资低,但车子跑在上面会有哐当声,车跑不快,乘客也不舒服。
传统有碴轨道具有铺设简便、综合造价低廉的特点,但容易变形,维修频繁,维修费用较大。
同时,列车速度受到限制。
无砟铁轨:
轨枕本身是混凝土浇灌而成,而路基也不用碎石,铁轨、轨枕直接铺在混凝土路上。
其优点是线路静态、动态平顺性高,线路维修工作量少耐久性好,服务期长,提供较大的纵、横向阻力,线路稳定性高,自重轻,减小桥梁的二期恒载,结构高度低,改善高速铁路隧道的通风条件有砟铁轨经过改进,改善铁路结构,以及提升承载车辆的隔音性能,能够在造价和乘用舒适度和安全性上做到较好的平衡。
比利时、丹麦、西班牙这些国家的高铁用的都是有砟铁轨。
由于国内采用的都是无砟铁轨,所以这里重点讨论现代制造在无砟铁轨上的应用。
图3—1
无砟铁轨
图3—2有砟铁轨
3.3我国无砟轨道的分类
无砟铁轨最先出现于德国和日本,而当初中国还不具备无砟铁轨的生产技术,因此,采用了引进,改进,自主创新的方式生产符合中国地质国情的无砟铁轨,同时改进他国无砟铁轨存在的缺陷。
经过多年的发展,中国的无砟铁轨发展了多型,主要是有CRTSⅠ和CRTSⅡ型,并且在此基础上开发出了不同的结构,能够符合不同地方地质的特点,因地制宜。
表3—1我国无砟铁轨的分类
3.4我国高铁无砟铁轨验收标准
表3—2无砟铁轨验收标准一
由于无砟铁轨无砟轨道具有高稳定性、少维修、寿命长的优点,是基于其与有砟铁轨相比,无砟铁轨采用的是上往下依次是无缝钢轨、轨道板、填充层、底座板、滑动层组合起来的五层结构,无砟轨道板代替了枕木;填充层的作用是缓冲力道,调平;底座板由钢筋混凝土现浇;滑动层是两层布夹一层膜,有了滑动层,就不怕上头的钢筋混凝土热胀冷缩。
这样的结构带来了较好的乘坐效果但是其安装精度和复杂度都增加很多,铺设难度很大,验收标准也相对的进行了较多的提高。
表3—3无砟铁轨验收标准二
第四章高铁铁轨的具体制造
4.1轨道结构组成:
图4—1无砟铁轨的组成
由于无砟铁轨要保证较高的精度和平整度,与普通的有砟铁轨比,用到的零件更多,结构也更加复杂,而由于没有了枕木和碎石,轨道显得更加整洁平整。
4.2轨道施工的工艺流程:
轨道在施工的时候要按照以下进行,这是通过科学论证以及结合先进制造工艺而总结出来的工作流程。
下部基础验交及测量控制网复测;
1.CPⅢ控制网测设;
2.底座与凸形挡台的钢筋布置与混凝土施工;
3.轨道板的吊装、运输、铺设与状态调整;
4.水泥乳化沥青砂浆灌注;
5.凸形挡台周围树脂灌注;
6.钢轨铺设与焊接;
7.轨道状态的精细调整(充填式垫板施工);
4.3配套扣件系统制造
扣件是联结钢轨与轨抌的重要部件,其作用是保持钢轨在轨枕等轨下基础上的正确位置及钢轨与轨抌的可靠联结,阻止钢轨的纵横向移动,为轨道结构提供一定的弹性,因此扣件不仅要有足够的强度和扣压力,还应具有良好的弹性和一定的调整能力等。
图4—3扣件的组成
图4—2扣件示意图
扣件由弹条、橡胶垫板、螺旋道钉以及预埋套管等零件组成,其中弹条的形状结构空间上比较复杂且由于其作用,所在在工作过程中要承受较大的各种形式的应力,所以用的是液态锻模的方法进行制造,液态锻模是将熔融的金属直接浇筑到锻模模膛中,然后再液态或半固态的金属上施加压力,使之在压力下充型和结晶,并能够产生一定的塑性变形,从而获得所需的锻件方法。
4.4混凝土轨道板制造
混凝土轨道板是无砟轨道的重要组成部分,其功能是1、钢轨和扣件的安装定位2、承受列车荷载、温度荷载、施工临时荷载3、传递竖向荷载、水平荷载4、提供站后技术接口等。
混凝土轨道板对于高铁轨道的生产至关重要,为了达到高铁严格的要求,所以在制造轨道时要采用合理先进稳定的技术,因此轨道板生产线设备配置具有自动化程度高、技术性高和工艺新等特点。
主要设备由钢筋加工设备、混凝土制备设备、混凝土灌注成型设备、脱模设备、试验设备、检测设备、其中运输设备、养护设备、张拉设备、轨道板打磨设备及扣件装备设备等组成。
图4—4轨道板工艺流程图
工艺流程简图如下所示:
由于高铁混凝土轨道板的制造工序复杂,因此,与传统的水泥板制造不同,生产轨道板要有一个完整独立的工厂,这个工厂要具备现代工厂的科学布局,能够有条理保障进度地完成各个工艺流程,同时每个工艺流程采用先进的制造技术,在这里作简要简述。
轨道板预制厂平面布置规划说明如下:
(1)生产区
图4—6高频振动器
图4—5高频转换器
轨道板预制区:
内设轨道板预制生产线、成品质量检测区和轨道板湿润养护区,在生产车间内形成流水作业,台位分两侧布置,中间设置高频转换器,每个转换器分别控制4个高频振动器。
钢筋加工生产线:
内设钢筋存放、加工、绑扎区和成品骨架存储区。
钢筋生产线内的成品骨架由10T桁吊整体吊装入模。
图4—7混凝土搅拌站
搅拌站:
由搅拌设备、水泥筒仓、骨料仓、计量设备和控制室等组成,骨料通过传送带送入搅拌机。
(2)存板区
轨道板铺设由预制厂同时向两端辐射,轨道板铺设速度为250m/d单工作面,按每月25个工作日考虑,则轨道板铺设工期为50000m×2(双线)÷2(双工作面)÷250m/d·单工作面÷25天/月=8个月。
轨道板储存期按半个月考虑,则轨道板铺设期间预制厂的生产量为(8-0.5)月×25天/月×36块/天=6750块,则存板区的理论存板量应为21000-6750=14250块,设计存板能力为14400块,可以满足施工需要。
该区与进出场道路相连,便于轨道板吊装和搬运。
(3)其它临时设施
预制厂内还设置油罐、锅炉房、蒸养控制室及配电房等,用于生产配套服务等,主要布置在生产厂房的进口端。
轨道板预制厂生产线的简要介绍:
(1)轨道板预制生产线
生产线由2条生产线并列布置,每条生产线共设置18套模具,台座左右对称布置。
模板采用定型厂制钢模,底模采用预埋高强螺栓固定在台座上,侧模和端模采用铰接方式连接在底模上,可侧向旋开,方便拆模。
钢筋骨架由桁吊吊装入模,预埋件在制板台座上安装,并采用特制的预埋件固定装置固定在底模上,以保证其平位置和垂直度。
混凝土采用变频底振工艺,装配式高频振动器
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