一种碎石道床线路施工与维护装置及轨道车的制作方法

本发明涉及轨道交通领域，尤其是涉及一种碎石道床线路施工与维护装置及轨道车。

背景技术：

在轨道交通领域，线路利用石碴之间的作用力和弹性，对轨枕和钢轨进行支撑，为钢轨上方运行的车辆提供可靠稳固的支撑力。在进行石碴铺设、轨枕铺设、石碴捣固、后期石碴清筛或更换时，都需要对石碴、轨枕进行作业，因为轨道的特殊条件,现有的挖掘机以及其它通用工程机械并不能适应作业要求。

另外,石碴污损时会失效，失效的石碴会导致线路排水能力等进一步恶化从而失去应有的作用，所以在石碴污损达到一定程度时需要进行石碴清筛或更换，对失效石碴的清理是现有的一个难题。传统的石碴清筛和更换都是人工进行，人工对石碴挖掘的时候存在施工效率低、污损道碴挖掘不到位的问题。近20年，中国从国外引进了一定数量的大型清筛机(典型型号是奥地利Plasser&Theurer公司设计的RM80型)。大型清筛机械克服了人工挖掘石碴的毛病，但是存在灵活性差、价格非常昂贵等大型设备的通病，仍然无法满足轨道交通系统中仍然大量存在的道岔、车站区域或大量局部施工的石碴挖掘和清筛需求。

就石碴挖掘方式而言，大型机械挖掘以奥地利Plasser&Theurer公司的RM80型清筛机为代表，采用大型挖掘链，从线路一侧穿过线路到另一侧的方式进行污损石碴挖掘。另外，美国Harsco公司的道岔清筛机采用扒碴链从水 平方向旋转切入道床的方式进行挖掘。这两种设计均适用于大型的设备。小型的挖掘设备在国外多数采用把挖掘装置安装到履带式走行或道路走行的挖掘机等工程机械的方案。现有小型石碴处理技术方案中，以履带式挖掘机等工程机械为基础的挖掘设备因为需要施工目标旁边有足够的履带走行装置的运行空间，基本不能适应中国的线路条件。总之，到目前为止，成熟市场上还没有以轨道车为走行基础的小型轨道线路石碴挖掘和清筛技术应用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种成本和价格相对较低、灵活性高、适应各种复杂施工条件要求的小型线路铺设与维护装置及轨道车，通过在轨道车的铺设与维护装置上设置单臂机构和旋偏转连接器，形成多自由度的作业方式，解决现有技术中大型碎石道床线路施工与维护装置行走空间不够、体积大不灵活的缺点。

根据本发明的一个方面，提供了一种碎石道床线路施工与维护装置，包括：

旋转机构1，活动连接于轨道车，相对于轨道车做水平方向的转动；

单臂机构2，其一端铰接旋转机构1，相对于所述旋转机构1做俯仰方向的转动；

旋偏转连接器3，活动连接到单臂机构2另一端，相对于所述单臂机构2做俯仰方向的转动。

优选的，所述旋转机构1通过能够360度旋转的连接件活动连接于轨道车，使得所述旋转机构1相对于轨道车做360度转动。

优选的，所述单臂机构2采用伸缩结构，根据作业位置相适应的调节单臂机构2的长度。

优选的，所述单臂机构2为直臂或弯臂。

优选的，所述旋偏转连接器3包括：

快速基座31，其一端铰接所述单臂机构2，相对于所述单臂机构2做俯仰方向的转动；

偏转器32，其一端铰接所述快速基座31的另一端，相对于所述快速基座31做俯仰方向的转动；

旋转头33，其一端活动连接所述偏转器32的另一端，相对于所述偏转器32做水平方向的转动。

优选的，所述偏转器32通过轴承与所述快速基座31进行连接，使得偏转器32相对于快速基座31做40度转动。

优选的，所述旋转头33通过能够360度旋转的连接件活动连接于所述偏转器32，使得所述旋转头33相对于偏转器32做360度转动。

优选的，所述旋偏转连接器3还与一执行机构4固定连接，，所述执行机构4为扒碴机构、轨枕抓取机构、挖掘铲斗或石碴捣固装置。

优选的，所述碎石道床线路施工与维护装置还包括动力机构，所述动力机构设置于所述旋转机构1内部，为所述旋转机构1、所述单臂机构2、旋偏转连接器3和/或所述执行机构4提供动力。

根据本发明的另一个方面，提供一种轨道车，包括上述碎石道床线路施工与维护装置。

优选的，所述轨道车还包括碴处理机构5，所述石碴处理机构5带有负压的风动吸碴部件，用于将石碴运输到轨道车箱体中。

通过采用上述技术方案，本发明具有以下特点。

本发明通过旋转机构、单臂机构、旋偏转连接器、执行机构的动作组合，同时配合轨道车沿轨道的运动使得执行机构到达任意需要进行作业的位置。以最简单的结构实现最大工作范围和灵活性的目的。

本发明采用旋偏转连接器让简单的单臂结构实现执行机构具有更多自由度、更大的工作范围，保证整个机构能适应不同方向进行碎石道床线路作业的和复杂受力状态的要求。

本发明所采用单臂机构结构，不仅简化了机构，节约制造成本，更重要 的是改善了机构的受力状态，即增大了侧向挖掘力的受力特点和增加了承受意外冲击的能力，避免了采用通用挖掘机直接改造导致的使用设备最薄弱的方向进行工作的弱点。

附图说明

图1是本发明第一实施例结构示意图；

图2是本发明第一实施例单臂机构结构示意图；

图3是本发明第一实施例旋偏转连接器俯仰旋转示意图；

图4是本发明第一实施例旋偏转连接器水平旋转示意图；

图5是本发明第二实施例第一工作状态示意图；

图6是本发明第二实施例第二工作状态示意图；

图7是本发明第二实施例第三工作状态示意图；

图8是本发明第二实施例第四工作状态示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

图1为本发明第一实施例结构示意图。

如图1所示，碎石道床线路施工与维护装置包括：旋转机构1，单臂机构2，旋偏转连接器3。旋转机构1，安装于轨道车，能够相对于轨道车做水平旋转；单臂机构2，其一端铰接在所述旋转机构1上，相对于所述旋转机构1做俯仰方向的转动；旋偏转连接器3，活动连接到单臂机构2另一端，相对于所述单臂机构2做俯仰方向的转动。

所述旋偏转连接器3还与一执行机构4固定连接，所述执行机构4用于 进行线路作业。单臂机构2与执行机构4通过各自动作组合，同时配合轨道车沿钢轨方向的运动使得执行机构4到达任意需要处理的碎石道床线路位置。

作为本发明一种优选的实施例，旋转机构1与轨道车通过转盘活动连接，旋转机构1通过转盘相对于轨道车可进行360度旋转。旋转机构1带动包括单臂机构2、旋偏转连接器3和执行机构4的整个装置相对轨道车进行360度旋转。

单臂机构2一端通过第一铰接点与旋转机构1铰接，单臂机构2能够相对该第一铰接点进行转动，单臂机构2另一端通过第二铰接点与旋偏转连接器3铰接，旋偏转连接器3能够相对于该第二铰接点进行转动，旋偏转连接器3与单臂机构2铰接后可以实现相当于普通挖掘机的小臂的功能。单臂机构2采用伸缩结构，根据作业位置相适应的调节单臂机构2的长度，使得与单臂机构2连接的执行机构4进行更大范围的作业。作为本发明优选的实施方式，单臂机构2采用伸缩结构(如图2所示)，单臂机构2包括基部222与活动部221，活动部221在液压缸或者马达的驱动下相对于基部222进行伸缩运动。

作为一种优选的实施方式，单臂机构2中间部位连接液压缸，利用液压缸伸缩调节单臂机构2相对于水平面的角度，区别于直接采用标准挖掘机的大臂带动小臂模式，本发明仅用单臂机构2控制与水平面的角度。单臂机构2最外端与旋偏转连接器3进行铰接，通过单臂机构2与旋转机构1的配合，能够使得单臂机构2最外侧与旋偏转连接器3的铰接点达到固定半径的一个球面。本发明采用单个大机械臂形式，不仅简化了机构，节约制造成本，更重要的是改善了机构的受力状态，保证整个机构能适应不同方向进行作业的和复杂受力状态的要求。

作为本发明另一种优选的实施例，单臂机构2为直臂。

作为本发明另一种优选的实施例，单臂机构2为弯臂，所述拐角形成弯折部21，在弯折部21处与液压缸连接，所述弯臂设计用于避开障碍物。

本发明所采用碎石道床线路施工与维护装置，在碎石道床作业时，需要承受多个方向的力，单臂机构这种结构，不仅简化了结构(仅使用一条臂)，节约制造成本，更重要的是改善了机构的受力状态，即增大了侧向挖掘力的受力特点和增加了承受意外冲击的能力，避免了采用通用挖掘机(大臂带动小臂模式)直接改造导致的使用设备最薄弱的受力方向进行工作的缺点。

图3是本发明第一实施例旋偏转连接器俯仰旋转示意图。如图3所示，旋偏转连接器3包括快速基座31、偏转器32和旋转头33，所述偏转器32沿箭头方向相对于所述快速基座31做俯仰方向旋转，从图2的C状态达到D的状态,俯仰方向旋转角度最大为40度。

图4是本发明第一实施例旋偏转连接器水平旋转示意图。如图4所示，所述旋转头33沿箭头方向相对于偏转器32做水平方向旋转，从图3的A状态达到B的状态，水平方向旋转角度最大为360度。

旋偏转连接器3以其自身长度与单臂机构2具有的自由度相配合为执行机构4提供更多的空间自由度,比如单臂机构2降低相对于水平面的角度，且旋偏转连接器3向垂直方向延伸，使得执行机构4到达轨枕底部。旋偏转连接器3可以精确补偿由于旋转机构1相对车辆旋转、单臂机构2相对水平面角度变化对执行机构4造成的姿态影响。旋偏转连接器3与执行机构4固定连接后，用于控制执行机构4水平方向的转动角度和俯仰方向的转动度。

执行机构4，与所述旋偏转连接器3的一端固定连接，用于进行线路作业。其中，所述执行机构4为扒碴机构、轨枕抓取机构、挖掘铲斗或石碴捣固装置。

下面选用扒碴机构作为执行机构4的一个优选的实施方式进行描述。扒碴机构与旋偏转连接器3的旋转头33固定连接，用于扒出轨枕底部的道碴。扒碴机构包括自带液压马达驱动的链式机构，液压马达旋转带动扒碴链循环运动，每节扒碴链上分布有齿，这些齿在运动时带动石碴，使得石碴被运送到扒碴链旋转的最外侧。由于与扒碴机构固定连接的旋偏转连接器3可以进 行360度水平旋转和40度俯仰旋转，这些组合可以精巧地保证扒碴机构的扒碴链到达所有必要的作业空间。

本发明碎石道床线路施工与维护装置还包括动力机构，设置于所述旋转机构1内部，用于对装置的作业提供动力。

作为本发明一个优选的实施例，动力机构为柴油发动机驱动液压泵，为所述旋转机构1的旋转、所述单臂机构2的摆动、所述旋偏转连接器3的旋转与偏转以及所述执行机构4作业提供动力。

本发明还包括碎石道床线路施工与维护装置的驾驶室,用于提供操作人员对旋转机构1、单臂机构2、旋偏转连接器3、执行机构4和动力机构进行控制的平台。

一种轨道车，包括上述碎石道床线路施工与维护装置。

下面选用扒碴机构作为执行机构4的一个优选的实施方式进行描述。轨道车上还可设置石碴处理机构5和驾驶室6。优选的，该轨道车为小型轨道车。其中，石碴处理机构5为带有负压的风动吸碴部件，用于将扒碴机构扒出的石碴从线路侧面运输到箱体中，再通过分筛装置把良好石碴倒回。

图4、图5、图6、图7为本发明第二实施例第一、第二、第三、第四工作状态示意图。

如图5所示，带有碎石道床线路施工与维护装置的小型轨道车，在运行的过程中进行线路石碴挖掘和清筛作业。如图6所示，在第一工作状态基础上，旋转机构1水平旋转至相对于轨道车运行方向右侧90度，单臂机构2由液压缸伸缩调节角度使得扒碴机构接触到石碴，旋转头33水平旋转带动扒碴机构，使其与轨道车运行方向平行。如图7所示，在第二工作状态基础上，旋转机构1继续水平旋转并配合旋转头33相应旋转，同时偏转器32偏转一定角度使得扒碴机构以合理的姿态伸入轨枕7底部，扒碴机构的液压马达旋转带动扒碴链循环运动对石碴进行挖掘和清筛。如图8所示，旋转机构1继续水平旋转并配合旋转头33相应旋转至相对于轨道车运行方向90度，同时偏转器32增大偏转角度，使得扒碴机构以合理的姿态完全伸入到轨枕7底部 进行作业。

在进行局部清筛时，优选的方式为控制扒碴机构在靠近石碴处理机构5的位置进行石碴挖掘，在进行挖掘的同时，石碴处理机构5将扒碴机构扒出的石碴从线路侧面运输到箱体中，再通过分筛装置把良好石碴倒回。采用这种方式方便石碴处理机构5对扒碴机构扒出的石碴进行运输。

本发明利用成熟的小型轨道车技术、通用挖掘机动力技术、扒碴装置技术、旋偏转连接器技术以及智能控制技术，进行重新组合设计，为石碴维修行业提供成本和价格相对较低、适应各种复杂施工条件要求的小型石碴挖掘处理设备。本发明为更高的施工质量、更少的劳动力资源以及更精细化的成本管理的未来线路作业要求提供合适的污损石碴清理和其它线路作业设备。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。