捣固作业夹持时间控制

言建文　陈曦

摘 要：捣固装置是捣固车的最主要工作装置，用于捣固钢轨两侧的枕底道碴，提高枕底道碴的密实度，并与起拨道装置相配合，消除轨道高低不平，增强轨道的稳定性。捣固装置的工作直接影响作业的质量和效率。现行捣固车作业时，给定的夹持时间长短，不同单位，不同车型之间差异较大。本文通过原理分析，定义了时间长短和控制方法，引导标准化捣固作业，提高线路作业质量。

关键词：捣固车 捣固作业 夹持时间

1 概述

捣固作业是有碴铁路维修养护的重要方式，选择合适的捣固参数，有利于提高线路质量。其中最重要的作业参数是夹持时间，当起道作业时，因为给定的基本起道量，作业后，轨枕会被抬起，轨枕底会形成空隙，这个空隙如果没有被石碴填充，或石碴填充不密实，容易形成局部“空吊”，需要在捣固作业时，通过捣固振动和捣固夹持作业，把轨枕边缘的石碴挤压到轨枕底部，填充轨枕底的空隙，让道碴颗粒在夹持力和振动作用下重新排列，提高道床的密实度，使道床的稳定性更高，保证列车行驶安全。捣固振动的频率和夹持压力每台车基本是一样的，那么捣固夹持时间参数在整个作业过程中就起决定性的作用。捣固夹持时间决定了轨枕底石碴的多少，石碴密实度，轨道线路是否能提供足够的支撑力量，线路能保持优良的时间长短。

已有的技术资料介绍，同时大家经验认为，夹持时间选择0档时，捣固夹持时间为0，每增加一档时间加大200ms;本文通过原理分析和示波器实测验证，发现实际情况和经验有一定的偏差。

2 实验过程

捣固夹持时间是由操作人员根据线路实际情况选择输入的，有0-9共10个档位可选择，具体每个档位选择的延时时间，下面具体对比分析模拟车和网络车的实现过程。

以08-475模拟车捣固夹持时间为示例：捣固夹持时间控制电路在程控主机板中，如下图示意：

捣固下插作业时，当左右捣固装置都到达下位时，开始执行捣固延时程序，捣固延时控制电路主要由555定时电路实现。相关延时部分电路简化如图2。

555定时电路工作原理，图1中有两个比较器C1、C2，捣固延时程序开始时，Q7输出高电平，比较器C2中Vc2电压为Vcc，VR2电压为1/3Vcc，C2输出高电平;Vc0电压为2/3Vcc；
当捣固延时程序开始时，TH电压慢慢变大，当TH电压大于Vc0时，C1输出低电平；
VO输出低电平，捣固延时结束，Q7变为低电平。电容与第7脚之间有一个电阻，捣固延时结束后，能把电容上存储的电量通过7脚释放掉。

依图2中555定时电路，它的定时时间可通过公式计算得到，T=1.1*R*C，T的单位为秒，R单位为欧姆，C单位为F。电路中电阻R可由作业人员通过0-9档位选择从22.1K-120K变化，电路中电容C是14.7uF固定不变的。

捣固延时选择不同档时，VH电压变化如下所示：

测试对象为08-475程控主机板，实测值因为读数和电阻电容的偏差，与计算值存在微小差异；

所有模拟捣固车的捣固延时电路由上述555电路构成，它们的延时时间对应上表的档位选择。

3 实际工作情况

株所版网络捣固车主要有四个车型，每个车辆的开发人员不一样，因此捣固延时的工作方式稍有区别。它们的共同点是，由两个参数共同决定延时时间。参数0，选择0档时的延时时间；
参数1，设置每档变化幅度。延时时间T=参数0+k*参数1，K为选择的档位；
根据实测数据，结合电路分析，模拟车参数0为357ms，参数1为180ms。

1、08车通过JS11.21设置参数0，设置的数值*5，为实际ms；
JS11.43设置参数1，设置的数值*5，为实际ms。正确的的参数0设置为71，参数1设置为38。

2、09车通过JS11.55设置参数0，参数1程序固化为200ms。

3、08-475通过定时参数中第34项设置参数1，参数0程序固化为定时参数中第34项设置值。

4、DWL-48通过Q0F0定时参数设置参数0，设置值除以2.5为实际值ms，参数1程序固化为200ms。

不同的车辆，因为设置参数差异，选择相同的档位，夹持时间可能有较大的差异。

捣固夹持作业时常用档位选择2、3、4档，网络车和模拟车的时间有一定差异，对参数进行优化后，使不同车辆在2、3、4档作业时，偏差尽可能小。优化后的参数如表２：

黄色格为优化后的建议参数，橙色格为软件固化不能修改的参数。当前国铁集团工电部机械设备处对捣固车捣固夹持时间的要求是：夹持时间：0.8s～1.0s，对应3～4档，修改后的参数能满足作业控制要求，同时又能与模拟车设置保持基本一致。

4 实际应用

捣固夹持时间选择长短，短期作业精度影响较小，即使选择0档，也有一定的夹持时间，曾经在dwl-48网络车上发生过一次故障，DO模块外部输入的24V电源故障，造成右侧的捣镐完全没有夹持动作，左侧正常夹持，经过稳定作业后，人工用道尺复测水平正常，隔天晚上，检测到的TQI值2.8，与其它线路段对比，TQI没有明显区别，事后分析，虽然右侧没有夹持动作，但当捣固下插和振动时，还是有部分石碴进入到轨枕底，短期内能支撑轨道的稳定，但线路运营一段时间后，可能线路质量变化较快，线路能保持稳定的状态较短。

捣固夹持动作有两个条件，其一是夹持时间，依靠捣固夹持的作用把轨枕底石碴空隙填充满，需要一定的时间，时间太短，轨枕底部的空隙无法有效填充满，夹持时间太长也不合适，会降低捣固作业速度。现有我国铁路道床大部分是石灰岩道碴，石灰岩强度较低、易粉碎，遇水容易板结，板结后捣固下插困难，作业效率降低，捣固夹持时间长，會加快道碴的破碎和粉化速度，缩短道碴使用寿命，因此需要选择合适的夹持时间，即经济又能保证捣固作业质量。在保障作业质量的前提下，捣固夹持这个时间宜短不宜长。

捣固夹持另一个条件是恒定的夹持压力，当来自石碴的阻力等于夹持压力时，夹持油缸停止动作。正常情况下，夹持压力会大于阻力，因此可以看到夹持油缸有明显的动作。有的线路有板结情况，捣固下插困难，夹持没有明显效果，这种线路很难保证作业效果和线路维持时间。

捣固夹持的作用是使石碴填充满轨枕底的空隙，同时使轨枕底石碴密实，要达到质量效果，夹持油缸必须有一定的伸缩距离，我们可以用这个伸缩距离指标衡量捣固夹持作用的效果。根据现场使用经验反馈，一次捣固作业时，这个距离3-5cm为宜。对应夹持时间档位选择3-4档，单铡镐尖的移动距离为525mm-875mm。较短的距离可能只是轨枕底两侧部分空隙填充了石碴，轨枕中心下方可能是空的。短期来看，可能没有区别，长期来看，可能没有填充满石碴的线路TQI变化得更快。如图5。

当前铁道线路主要有两类，快速线路轨间距600mm，轨枕类型多为Ⅲ型，轨枕宽度280，捣固作业时，石碴阻力大，捣固夹持需要更长的时间，根据工务人员多年的工作经验，捣固夹持档位选择4，夹持时间1.1秒，既能满足作业质量要求，作业速度又有保证，是一种经济适用的选择方案。当前大机段用户多数选择这一档位进行捣固作业，也有的用户选择3档作业，每分钟能多捣固一次，作业速度快5-7%；
对于作业质量，这两种选择短期内看不出有什么不同，需要后期对这两个档位进行长期跟踪分析，才能做出判断，就理论分析来说，选择4档作业相对于3档，能提高轨枕底石碴密实度，能使线路保持更长时间。

普通线路，轨间距570mm，轨枕类型多为Ⅱ型，轨枕宽度较窄，捣固深度浅，作业质量要求稍低，捣固作业时，石碴阻力较小，捣固夹持时间可以减小，根据工务人员多年的工作经验，捣固夹持档位选择3，夹持时间0.9秒。其它，如果连续轨间距较小的线路，使用了捣固加宽块的场景，也可考虑选择档位3。

两次捣固作业时，一般选择2档，夹持时间0.7秒，这种方式主要用在起道量大于20-25mm的线路，轨枕底部的空隙较大，第一次捣固作业把石碴挤压到轨枕底部，第二次捣固使石碴更密实；
从经验来说，采用两次捣固比采用一次捣固加长夹持时间效果好。第二次捣固时，石碴能快速填充稿稿窝，相比于只用一次捣固，能得到更多的石碴补充，捣固后，道床稳定性更好；
桥梁上、障碍物前后，钢轨接头前后等其它一些特殊情况，可能会用到两次搗固，目的是为了轨枕底有更好的支撑效果。两次捣固的作业速度较慢，非必要不要选择这种作业方式。

三次捣固作业，作业条件同二次捣固，很少用到，夹持时间一般选择2档。

合适的捣固夹持时间选择是做出高质量线路的必要条件，了解了夹持时间的档位控制方法，对作业人员有指导意义。对一些非常规的线路，如道床板结，石碴特别松软，特别密实的线路等，需要依实际情况做出调整。对于新修建的线路，需要多次重复捣固作业，工作量大，作业速度快是首要目的，可以根据线路实际情况选择低一档位的夹持时间。但至少要选择2档。

上述主要描述单机作业模式，即线路只捣固作业一次；
还有双机配合作业方式，即前一台捣固车作业完成后，后一台车再捣固作业一次，相应夹持时间的档位选择可考虑降低一档，但双捣时，至少选择2档，单捣时，至少选择3档。

5 结语

通过规范捣固夹持时间控制标准，夹持时间的输入控制方法，来指导捣固作业过程，使捣固作业标准化，提高线路作业质量和延长维修线路的时间周期。通过规范捣固夹持时间控制，有利于我们对其它捣固作业条件进行优选，选择出最合适的捣固作业过程控制方法，提高线路捣固作业质量和作业速度。

参考文献：

[1]韩志青，唐定全．抄平起拨道捣固车[M].北京：中国铁道出版社，1997：36-57．

[2]王友勇．08/09-32型捣固装置改造设计[M]．铁道建筑，2014，2．