陈亚男

摘 要：本文针对现有折断螺栓改锚设备和改锚方法在高原铁路应用存在的问题，研制一种应用于高原铁路岔枕折断螺栓的直流改锚设备，成功解决了高原缺氧内燃机降功和低温作业普通电池放电困难两大难题。该设备采用低温锂电池供电，直流电机驱动，进行现场试验表明：1.改锚设备安装方便、固定可靠，对位快速准确，钻孔成功率得到提高。2.低温锂电池供电方案能够满足现场需求，在-20℃的环境下，现场试验效果较好。3.改锚设备改锚一个折断螺栓需要9min左右，一个天窗点作业时间（120分钟）可以完成约10个折断螺栓的改锚作业，改锚效率得到提升。

关键词：高原铁路;折断螺栓;改锚;低温锂电池

一、前言

随着我国铁路运行速度的提高，对于铁路施工及维护提出了更高的要求。铁路的铁轨与垫板通过地脚螺栓与岔枕连接，列车在铁轨上运行时会产生不同方向的振动，对地脚螺栓产生拉剪等交变应力，多年运行后可能导致地脚螺栓折断[1]。折断螺栓断裂在岔枕孔内不便取出，而为了铁路运营安全必须及时改锚。而道岔处弯道较多，列车通过时离心力作用使地脚螺栓更容易折断，改锚需求更大。目前货运重载化是铁路发展的重要方向之一，远距离输送的万吨级以上的重载列车也越来越多[2]，地脚螺栓面临的工况更加复杂，这对于改锚提出了更高的要求。

目前国内主要改锚方法有：（1）螺栓上焊接螺杆、螺母反向取螺栓[3]，但是这种方法作业效率低下，且焊接时容易伤及尼龙套;（2）空心钻将折断螺栓及部分尼龙套钻出，但是这种方法目前多为人扶作业，容易钻孔歪斜甚至伤到轨枕螺纹，而且钻取后会残留尼龙套，清理干净费时费力，一个天窗点仅能完成1～2个折断螺栓的改锚作业;（3）45mm空心钻将整个孔钻掉并重新锚固，但是需要重新锚固，等待24小时再拧入新螺栓;（4）在折断螺栓上钻孔，并用反向丝锥取出，这种方法作业效率较高，且尼龙套完好时不需要更换尼龙套，此方法为优选针对折断螺栓的改锚方法。

目前国内用钻孔方法改锚道岔折断螺栓时，多采用内燃式或交流电动改锚机。高原铁路由于其特殊的地理环境，空气稀薄，环境温度低，内燃机在高原地区使用存在降功现象，改锚效率低下。交流电动改锚机需要配备发电机，发电机搬运困难。

目前改锚设备固定困难，所用改锚机多为人员手扶，容易造成钻孔歪斜甚至伤及尼龙套，然后必须进行尼龙套一并更换，增大工作量。

因此急需一种能够满足岔枕线路处及高原作业要求的新型折断螺栓改锚设备。

二、改锚工况分析及设备研究

2.1道岔工况分析

铁路道岔处为螺栓折断发生频率较高区域，而道岔处由于结构原因，需改锚工况较为复杂，对不同类型的道岔的工况进行分析后，根据相邻轨关系及改锚位置的不同，共分为6种不同工况，如图1所示。

1.岔枕 2.折断螺栓孔位置 3.铁垫板 4.钢轨

工况1：基本工况，岔枕间距600mm;工况2：岔枕间距575mm;工况3：其中一块垫板宽度为250mm;工况4：折断螺栓孔位置距钢轨轨底距离较近;工况5：折断螺栓孔位于相邻两钢轨间，且之间间距较小;工況6：折断螺栓孔位置在垫板左右位置不对称。

根据以上工况分析可以得知，无法使用一个固定的装置来满足所有工况的要求，所设计的改锚设备必须满足不同工况的需求。

2.2改锚设备供电系统

为满足高原低温改锚作业要求，设计采用低温锂电池的供电方案。经过计算选用电池容量为15AH，供电系统设计方案如下：

直流供电系统包括低温锂电池、电源开关、改锚开关、调速按钮、直流电机组成。低温锂电池作为电源进行供电，调速旋钮可以调整电机转速。直流供电系统外形如图2所示。

1.电源开关 2.改锚系统开关 3.调速旋钮 4.电源充电口 5.霍尔航插 6.电机动力航插

2.3改锚设备结构设计

根据图1的工况分析可知，固定宽度不一致，无法用一个固定的装置来满足所有工况下改锚钻机的固定。

最终设计的改锚机结构如图3所示。直流电机带动减速机驱动钻花旋转进行钻削作业。设备固定依靠固定机构两套正反丝连接的撑杆撑在相邻岔枕间进行固定。设备具有侧向移动及旋转功能，旋转依靠锁紧把手进行锁定，侧向调节依靠调节手轮进行调整位置，可以满足不同工况的需求。

1.钻孔机构 2.进刀机构 3.旋转机构 4.固定机构 5.侧向调节机构 6.钻头导向套

方案确定完善后，制造加工的改锚机在不同工况下进行试验，得到改锚机不同位置的固定方式如图4所示。从图中可以看出，所设计的改锚设备满足不同工况下的改锚需求。

1.改锚设备 2.折断螺栓孔位置 3.岔枕 4.垫板 5.钢轨

三、改锚作业步骤

现就改锚作业的具体工作步骤进行说明。

机具配置：改锚钻机一台，电源箱一个，起道机一台，铲子一把，扣件螺栓套筒扳手一个，反向丝锥5个，四方套筒扳手一个，吹风机一个。

人员配置：两人操作设备;一人负责钻取作业，另一人负责工具的替换。

步骤一：清除所需改锚位置两轨枕间道砟，清除道砟以岔枕平面向下90mm以上为准。松开扣件，拆除垫板，根据岔枕宽度初步调节固定底板与底部撑杆外部距离，选定位置后将改锚装置搭接在需改锚螺栓孔位置的岔枕两侧，分别旋转两套的底部锁紧螺母，并用扳手进行紧定。

步骤二：旋转防转杆带动整个钻机旋转至待改锚折断螺栓孔位的同一水平线上，旋转上下两个锁定把手进行旋转角度锁定。

步骤三：旋转调节手轮使改锚立柱及底座进行左右侧向移动，直至钻头导向套落入所需改锚折断螺栓孔内或套在折断螺栓上，并对底座锁紧螺母进行锁定，完成整个改锚装置的对位及锁紧。

步骤四：打开电源开关，打开改锚系统开关，旋转调速旋钮至最大，拔下连杆固定销，向下按压连杆，连杆带动滑动套筒在改锚底座及立柱上向下滑动，并对折断螺栓进行钻孔。钻取深度20mm后，向上提动连杆，插上连杆固定销，旋转调速旋钮至最小，关闭改锚系统开关，关闭电源开关。钻孔作业完成。

步骤五：将反向丝锥插入所钻取孔内，并用套筒扳手逆时针旋转取出折断螺栓。将垫板重新安装，最后锚固新螺栓，并进行紧定，至此改锚作业完成。

四、现场使用情况

2019年12月1日11：00～02：30（天窗点）在西宁工务段的西宁小桥站进行现场改锚作业，现场海拔为2250m，作业温度为-15℃;2019年12月5日14：00～16：00（天窗点）哈尔盖车站的道岔进行现场改锚作业，现场海拔为3200m，作业温度为-12℃。根据第三部分中的作业步骤，现场作业的作业流程如图5所示。

（a）清除折断螺栓区域道砟     （b）松开扣件并拆除垫板       （c）固定设备并进行钻孔对位

（d）连接线路并打开电源                 （e）钻取作业                   （f）用反向丝锥取出折断螺栓

取出折断螺栓后，最后恢复垫板，并重新锚固新的地脚螺栓。图6为取出折断螺栓图，取出的折断螺栓用台虎钳加紧，反向丝锥用扳手顺时针拧出。进行7个折断螺栓改锚作業后电池剩余电量为70%，满足现场作业需求。原有设备进行改锚需要3～4个人进行作业，现在改锚作业需要2个人就可以完成。新型改锚机作业时固定可靠，改锚的成功率提升。现场记录的作业时间如表1所示。从表中可以看出，平均改锚一个折断螺栓在9min左右，一个天窗点作业时间（120分钟）可以完成约10个折断螺栓的改锚作业，作业效率大大提高。

五、结论

（1）新型改锚设备采用低温锂电池供电、直流电机驱动方式，适用于高原铁路低温缺氧的环境。

（2）新型改锚设备安装方便、固定可靠，对位快速准确，钻孔成功率得到提高。

（3）低温锂电池供电方案能够满足现场需求，在-20℃的环境下，现场试验效果较好。

（4）直流改锚钻机改锚一个折断螺栓需9min左右，一个天窗作业时间（120

分钟）可以完成约10个折断螺栓的改锚作业，改锚效率得到提升。

参考文献

[1] 易丝蓉.铁道工程.北京：中国铁道出版社，2015.

[2] 李建军.道岔M30螺栓失效原因分析及整治方案[J].上海铁道科技，2018（01）：84+54.

[3] 雷宝.混凝土岔枕大螺栓的保养[J].甘肃科技纵横，2013，42（12）：65-66+17.