道床吹砟装置和方法

1.本发明属于铁路养路技术领域，具体涉及道床吹砟装置和方法。


背景技术：

2.铁路运行一段时间后就要对其道床进行维护作业，最常见的维护方式有道床捣固，道砟清筛等方式。其中捣固作业最为常见，然而捣固作业有着越来越明显的“记忆效应”，且很难根治。所谓“记忆效应”其根本原因是道砟捣固过程道砟破碎形成粉末，而捣固作业又不能引入额外道砟弥补，因此道床在反复列车荷载和捣固作业作用下难以恢复到维修前位置。
3.早期有研究学者发现，在轨枕底铺设额外的一层道砟材料能够更长久的保持轨道几何形位。后经实践研究证实：道砟受力发生破碎主要发生在轨枕接触下方，轨枕下方道砟颗粒越大，越容易破碎粉化。因此，有学者提出在轨枕底用空气鼓入道砟的养护维修理念与方法，即空气动力鼓入碎石法。该方法的原理是把一定量碎石利用空气动力吹入抬高的轨枕下面，轨枕抬高量与碎石鼓入量可根据预定轨道线形计算，同时保持轨枕周围的道砟不受扰动，填充一定量碎石(质地坚硬，粒径较小)到轨枕下，这样避免了捣固作业对道砟的破坏、扰动，并从根本上消除了道床的“记忆效应”。
4.上述研究表明吹砟比捣固对道床具有更好的维护效果，能够有效消除道床的“记忆效应”。目前应用于铁路的捣固设备已有较普及的应用，而市面上相关吹砟设备甚少，国内外也无针对x型轨枕的有效吹砟设备，究其原因是吹砟作业过程中容易发生吹不进去、堵管、实际吹填量不够轨枕底部存在大量未填充区域等问题，而且吹砟作业效率远低于捣固作业导致成本过高，因此虽然理论上吹砟比捣固维护效果更好，但实际吹砟作业过程中存在的这些问题致使其无法被普及使用。


技术实现要素：

5.本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供道床吹砟装置和方法，能够实现高效吹咋。
6.本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：
7.<装置>
8.本发明提供一种道床吹砟装置，其特征在于，包括：底座部，包括：具有至少两排底座连接杆的连接单元，可沿着底座连接杆移动和定位地安装在连接单元上、为框体结构、并且分别与轨道的左右轨相对应的两个底座，分别安装在两个底座上、对称设置、与轨道左右轨相匹配的两个车轮单元；两个集料箱，分别与两个底座相对应，用于承装待补砟料；两个安装架，分别与两个集料箱相对应，将两个集料箱分别架设在两个底座上；两个吹砟管，分别与两个集料箱的出料口相连，每个吹砟管均包括：进料口与输料口相连通、主体段向下延伸的导料管，与位于导料管上部的进气口相连通的导气管，可旋转地套设在导料管主体段外、向下延伸、且底部侧壁上开设有与导料管出料口相连通的出砟口的外套管，与外套管相
连、调节外套管旋转角度从而调节出砟口方向的旋转件；以及两个升降机构，分别与两个吹砟管相对应，使吹砟管随之进行下降至出砟口对准轨枕底部或者使吹砟管随之上升离开轨枕。
9.优选地，本发明所涉及的道床吹砟装置，还可以包括：吹砟位置调节部，调节每个吹砟管使之处于预定吹砟位置处；其中，底座包括：沿着轨道宽度方向延伸的两根调位横向杆、两根轮横向杆，和固定连接这四根横向杆的两根纵向杆；吹砟管的进料口与集料箱出料口可拆卸式固定相连；吹砟位置调节部包括设置在每根调位横向杆上、沿着杆长度方向延伸、让安装架能够自由移动调整位置从而带动集料箱和吹砟管同步移动的移动槽，和在位置调整好后将安装架固定在移动槽上的固定件。
10.优选地，本发明所涉及的道床吹砟装置，还可以具有这样的特征：导气管的底部边缘位于出砟口上边缘处；外套管与导料管可拆卸相连，并且外套管的位于出砟口下方的管段为实心结构，该实心管段的上表面与出料口和出砟口共同形成侧面出砟通道，并且实心管段的外表面呈倒圆锥体状，锥体顶点为圆弧角。
11.优选地，本发明所涉及的道床吹砟装置，还可以具有这样的特征：旋转件为从外套管侧壁向外延伸的旋转杆或者为设置在外套管和导料管之间、在接收到旋转信号后带动外套管绕导料管旋转相应角度的旋转机构。
12.优选地，本发明所涉及的道床吹砟装置，还可以具有这样的特征：吹砟管还包括：套设置在导料管上、进气口下方管壁外侧处、内设卡扣的卡扣圆筒；外套管上端设有与卡扣匹配的环形卡槽，外套管沿着导料管伸入卡扣圆筒中，使环形卡槽与卡扣圆筒相卡合进而将外套管与导料管相连；环形卡槽的弧度与外套管的旋转范围对应。
13.优选地，本发明所涉及的道床吹砟装置，还可以具有这样的特征：旋转件能够调节外套管的旋转角度的范围为0～270
°
。
14.优选地，本发明所涉及的道床吹砟装置，还可以包括：两个驱动机构，分别安装在两个安装架上，与相应的升降机构相连，驱动升降机构运行；和两个供气单元，分别安装在两个安装架上，与相应的吹砟管的进气口相连，提供吹咋气流。
15.优选地，本发明所涉及的道床吹砟装置，还可以包括：多组外套管，每组外套管包括两个出砟口尺寸完全相同的外套管；不同组的外套管出砟口尺寸不同，对应不同粒径级配的砟料。
16.<方法>
17.进一步，本发明还提供一种轨枕吹砟方法，其特征在于：采用上述<装置>中所描述的道床吹砟装置进行吹砟，包括如下步骤：
18.步骤1.根据轨道宽度，沿着底座连接杆移动左右两个底座，使得左右车轮单元与两侧轨道相对应，让道床吹砟装置通过左右车轮单元架设在轨道上，并能够沿着轨道移动；
19.步骤2.通过调整底座在轨道上的位置和安装架在底座上的位置，将两个吹砟管分别移动到轨枕对应的吹砟位置处；
20.步骤3.对于每个吹砟管，都通过升降机构使吹砟管下降至道床中，并且出砟口对准被外部设备抬升后的位于轨枕底部的待补砟区域；
21.步骤4.打开各集料箱出料口，让砟料进入吹砟管，在导气管导入气流的作用下，将砟料从出砟口吹送至待补砟区域；按照预定的旋转流程、吹填时间和气流速度，通过旋转件
调节出砟口方向，使出砟口在预定方向下进行一定时间、气流下的吹填，然后再被旋转至下一个方向进行吹填，直至待补砟区域各方向上都被吹填满砟料；
22.步骤5.在吹砟位置完成吹填后，关闭出料口和导气口；然后重复步骤1至4对下一个吹砟位置进行吹填。
23.优选地，本发明所涉及的道床吹砟装置，还可以具有这样的特征：对于x型轨枕，吹砟位置选择为相邻两个x型轨枕外端与轨道外侧所围成的两个三角形区域处，预定的旋转流程为：先对一个x型轨枕按照出砟口方向朝向轨枕中心位置～朝向轨枕最外端这一扇形区域分成多个吹填方向依次进行吹填，然后旋转向另一个x型轨枕按照出砟口方向朝向朝向轨枕最外端～轨枕中心位置这一扇形区域分成多个吹填方向依次进行吹填，从而在一个吹砟位置对两个x型轨枕都进行吹填。
24.优选地，本发明所涉及的道床吹砟装置，还可以具有这样的特征：对于传统条形轨枕，吹砟位置选择为单个条形轨枕位于轨道内侧的一侧区域处，且吹砟位置到轨枕外端与到轨枕中心距离基本相等，预定的旋转流程为：对条形轨枕按照出砟口方向朝向轨枕中心位置～朝向轨枕最外端这一扇形区域分成多个吹填方向依次进行吹填。
25.优选地，本发明所涉及的道床吹砟装置，还可以具有这样的特征：预定的旋转流程、吹填时间和气流速度根据试验确定，目标为能够使待补砟区域各方向上都被吹填满砟料，通过试验合理确定旋转流程、吹砟时间、气流速度等参数，实际吹砟作业时效率更高、效果更好。
26.发明的作用与效果
27.根据本发明提供的道床吹砟装置和方法，通过调整底座在轨道上的位置和安装架在底座上的位置，将两个吹砟管分别移动到轨枕对应的吹砟位置处，然后通过升降机构使吹砟管下降至道床中，并且出砟口对准被外部设备抬升后的位于轨枕底部的待补砟区域，再打开各集料箱出料口，让砟料进入吹砟管，在导气管导入气流的作用下，将砟料从管侧壁开设的出砟口吹送至待补砟区域，通过旋转件调节出砟口方向，使出砟口在预定方向下进行吹填，然后再通过旋转件将出砟口转动至下一个方向进行吹填，从而能够使待补砟区域各个方向上都被吹填砟料，通过简单的旋转调节角度就能够使得待补砟区域被充分吹填，不仅充分提高了吹填效率，而且切实增进了吹填效果和质量，使得轨枕得到有效的维护。
28.另外，通过旋转件对外套管进行旋转，外套管的底部为实心结构，都可以起到防止堵管的作用。另外，即使在极端情况下，发生了堵管，由于外套管与导料管为可拆卸连接，将外套管拆卸下即可快速进行疏通，恢复正常作业。
29.另外，通过根据吹砟的道砟粒径级配来选择合适的出砟口大小的外套管，可进一步避免吹砟过程中的堵管现象和提升吹砟作业的效率。
附图说明
30.图1是本发明实施例涉及的道床吹砟装置架设在x型轨枕轨道上的立体图；
31.图2是本发明实施例涉及的道床吹砟装置架设在x型轨枕轨道上的俯视图；
32.图3是本发明实施例涉及的道床吹砟装置的立体图；
33.图4是本发明实施例涉及的道床吹砟装置的半边结构立体图；
34.图5是本发明实施例涉及的道床吹砟装置的半边结构侧视图；
35.图6是本发明实施例涉及的输料口和开关机构的结构示意图；
36.图7是本发明实施例涉及的吹砟管的结构示意图；
37.图8是本发明实施例涉及的吹砟管通过旋转在不同方向上进行道砟吹填(吹砟)的示意图；
38.图9是本发明实施例中对x型轨枕进行道砟吹填的操作示意图；
39.图10是本发明实施例中对条型轨枕进行道砟吹填的操作示意图；
40.其中，图9和10中均对应两次吹砟作业(第一次吹砟完成后，道床吹砟装置前进到下一个吹砟位置进行第二次吹砟)，四个方框示意了第一次吹砟作业区域，四个圆角框示意了第二次吹砟作业区域。
具体实施方式
41.以下参照附图对本发明所涉及的道床吹砟装置和方法作详细阐述。
42.<实施例>
43.如图1～7所示，道床吹砟装置10包括底座部20、两个集料箱30、两个安装架40、两个吹砟管50、两个升降机构60、吹砟位置调节部70、两个供气单元80、两个驱动控制器90。
44.底座部20包括连接单元21、两个底座22、两个车轮单元23。如图2所示，连接单元21包括四排连接杆21a。两个底座22为框体结构，安装在连接单元21上，并且可沿着连接杆21a移动和定位，两个底座22分别与轨道的左右轨相对应；如图2和3所示，本实施例中，每个底座22均包括设置在中间两排的两根调位横向杆22a、设置在最前排和最后排的两根轮横向杆22b、固定连接这四根横向杆的两根纵向杆22c，四根横向杆均沿着轨道t宽度方向延伸，两根纵向杆22c对称设置在四根横向杆的两侧沿着轨道t长度方向延伸，分别与四根横向杆的两端固定相连。两个车轮单元23分别安装在两个底座22上，对称设置，分别与轨道t左右轨相匹配，本实施例中，每个车轮单元23包括两个车轮，对称安装在两根轮横向杆22b的中间。沿着连接杆21a调整左右两边的底座22，可以实现左右车轮单元23距离的调整，从而适应不同轨距的轨道t。
45.两个集料箱30分别与两个底座22相对应，用于承装待补砟料。每个集料箱30均具有一定的容量，横截面为方形，侧壁向内倾斜，整体呈倒四棱台状，底部设有输料口31，如图6所示，在输料口31处设有开关机构32能够通过开关板32a的移动来调节输料口31打开大小从而调控道砟下落速度(单位时间的下落量)。
46.如图1～4所示，两个安装架40分别与两个集料箱30相对应，将两个集料箱30分别架设安装在两个底座22上。安装架40包括四根立柱41，固定在四根立柱41顶端的反力梁42和可移动地安装在立柱41下部的安装板43。四根立柱41形成长方体区域的四个棱，并且底端安装在两根调位横向杆22a上。安装板43通过设置在四个角部的滑筒43a与四根立柱41相连，并可沿着立柱41上下移动。
47.两个吹砟管50分别穿过两个安装板43与两个集料箱30的出料口31相连，如图7所示，每个吹砟管50均包括导料管51、导气管52、外套管53、旋转件54、卡扣圆筒55。
48.导料管51顶部的进料口511与集料箱30输料口31可拆卸式固定相连，主体段竖直向下延伸。进料口511截面为上大下小的倒梯字形。
49.导气管52与开设在导料管51上部侧壁处的进气口512相连通。导气管52与导料管
51夹角为45
°
～60
°
。
50.外套管53直径比导气管52主体段略大，可旋转地套设在导料管51主体段外、向下延伸，且底部侧壁上开设有与导料管51出料口31相连通的出砟口531；本实施例中，外套管53与导料管51可拆卸套接相连，套接相连后导气管52的底部出口位于至出砟口531上边缘处，并且外套管53位于出砟口531下方的管段532为实心结构，该实心管段532的上表面为圆弧过渡并与出料口31和出砟口531共同形成侧面出砟通道，并且实心管段532的外表面呈倒圆锥体状，锥体顶点为圆弧角，这种结构即有利于下插又能够避免吹砟造成管底破损，另外出砟口531侧面吹出的方式也更有利于有效地将道砟吹至更大范围的待补砟区域中；外套管53上部开设有沿着周向设置的环形卡槽533，和从环形卡槽533上边缘向上延伸至外套管53上边缘的导槽534；出砟口531直径约50mm。
51.如图7和8所示，旋转件54与外套管53相连，用于调节外套管53旋转角度从而调节出砟口531的喷射方向；本实施例中，旋转件54为从外套管53侧壁向外延伸的旋转杆，并且能够调节外套管53的旋转角度的范围为0～270
°
。
52.外套管53通过卡扣与套筒连接，可在一定范围内旋转，通过旋转把手带动外套管53旋转，控制出砟口531方向，从而更好的扩大x型轨枕底部道砟的填充范围。
53.卡扣圆筒55套设置在导料管51上、进气口512下方管壁外侧，外侧与安装板43可拆卸相连，内设与环形卡槽533和导槽534相匹配的卡扣；当外套管53沿着导料管伸入卡扣圆筒55中时，卡扣通过导槽534进入环形卡槽533中，卡扣与环形卡槽533相卡合，实现外套管53与导料管51的连接；当通过旋转件54转动外套管53时，卡扣沿着环形卡槽533进行转动，环形卡槽533的弧度与外套管53的旋转范围对应，本实施例中环形卡槽533弧度大小为270
°
。
54.两个升降机构60分别与两个吹砟管50相对应，使吹砟管50随之下降至出砟口531对准轨枕底部或者使吹砟管50随之上升离开轨枕。两个升降机构60分别安装在两个安装架40上，每个升降机构60的上端与反力梁42相连，下端与安装板43相连，在升降机构60的带动下，安装板43通过设置在四个角部的滑筒沿着立柱41升降，同时带动集料箱30和吹砟管50随之进行上升和下降。本实施例中，采用对称设置的两个液压升降柱作为升降机构60。
55.吹砟位置调节部70调节每个吹砟管50使之处于轨枕s近旁预定吹砟位置处，它包括移动槽71和固定件。移动槽71设置在每根调位横向杆22a上，沿着杆长度方向延伸，与安装架40的立柱41相匹配，让立柱41能够沿其自由移动调整位置从而带动集料箱30和吹砟管50同步移动调整位置。固定件在位置调整好后将立柱41底端固定安装在移动槽71中，本实施例中采用的固定件为螺母螺栓。
56.两个供气单元80分别安装在两个安装板43上，与相应吹砟管50的进气口512相连，提供预定流速的吹咋气流，本实施例中，供气单元80是将外部空气送入进气口512。
57.两个驱动控制器90分别安装在两个安装板43上，每个控制器90都包括集成驱动器91和多个控制开关92。集成驱动器91通过液压胶管为升降机构60提供动力，并为供气单元80提供动力。多个控制开关92分别用于调控开关机构32、升降机构60、供气单元80的运行。本实施例中，集成驱动器91位于集料箱30下方，集成驱动器91和供气单元80的上部对集料箱30进行支撑，同时集成驱动器91和供气单元80工作时产生振动还能够传递给集料箱30从而使砟料更容易进入输料口并落下。
58.上述结构中，位于相同侧的底座22、车轮单元23、集料箱30、安装架40、吹砟管50、升降机构60、与该侧底座22对应的吹砟位置调节部70部分、供气单元80、两个驱动控制器90共同构成了一个吹砟机组，道床吹砟装置10共包括两个吹砟机组，分别对应两单轨下方的轨枕s，能够从两侧的吹砟位置处同时对轨枕s底部的待补砟区域进行道砟吹填。
59.进一步，本实施例还提供采用上述道床吹砟装置10进行吹砟的方法，具体步骤为：
60.步骤1.根据轨道宽度，沿着连接杆21a移动左右两个底座，使得左右车轮单元23与两侧轨道相对应，让道床吹砟装置10通过左右车轮单元23架设在轨道t上，并能够沿着轨道t移动。
61.步骤2.通过调整底座22在轨道t上的位置和安装架40在底座22上的位置，将两个吹砟管50分别移动到轨枕s对应的吹砟位置处。
62.步骤3.对于每个吹砟管50，都通过升降机构60使吹砟管50下插至道床中，并且出砟口531对准被外部设备抬升后(作业时轨枕一般被抬高50mm)的位于轨枕s底部的待补砟区域。
63.步骤4.操作驱动控制器90，打开各集料箱30出料口31，让砟料在重力和振动的作用下进入吹砟管50，在导气管52高速气流的作用下，将砟料从出砟口531高速吹送至待补砟区域；按照预定的旋转流程、吹填时间、气流速度，如图9或10所示(虚线箭头表示吹砟方向)，通过旋转件54调节出砟口531方向，使出砟口531在预定方向(一个虚线箭头所示)下进行一定时间的吹填，然后再被旋转至下一个方向(下一个虚线箭头所示)进行吹填，直至待补砟区域各方向上(图中所有虚线箭头所示)都被吹填满砟料。
64.步骤5.在吹砟位置完成吹填后，关闭出料口31和导气口；然后重复步骤1至4对下一个吹砟位置进行吹填。
65.具体的，如图9所示，对于x型轨枕(具体结构详见实用新型专利cn201920164115.2)，吹砟位置(图中圆圈所示位置)选择为相邻两个x型轨枕s外端与轨道外侧所围成的两个三角形区域处，预定的旋转流程为：将一个轨枕s按照出砟口531方向朝向轨枕s中心位置～朝向轨枕s最外端这一扇形区域分成多个吹填方向，出砟口531在各个方向上依次进行吹填，然后旋转向另一个x型轨枕s按照出砟口531方向朝向轨枕s最外端～轨枕s中心位置这一扇形区域分成多个吹填方向依次进行吹填，例如以f1方向作为第一个吹填方向按照顺时针方向旋转出砟口531依次在各个吹填方向上分别以相应气流速度进行吹填，直到最后一个e1方向吹填完成，从而在一个吹砟位置对两个x型轨枕s都进行吹填。在吹砟作业过程中，对于位于距离吹砟位置比较远方向上的待补砟区域(例如x型轨枕s中心区域)，可以采用更高速的吹砟气流。另外，当道床吹砟装置10移动对下一个吹砟位置进行吹砟时，如图中箭头f2～e2所示直接按照逆时针方向旋转出砟口531依次在各个吹填方向上分别以相应气流速度进行吹填即可。
66.如图10所示，对于条形轨枕s，吹砟位置(图中圆圈所示位置)选择为单个条形轨枕s位于轨道t内侧的一侧区域处，且吹砟位置到轨枕外端与到轨枕中心距离基本相等，预定的旋转流程为：将条形轨枕按照出砟口531方向朝向轨枕中心位置～朝向轨枕最外端这一扇形区域均匀分成多个吹填方向，出砟口531在各个方向上依次进行吹填，例如以f3方向作为第一个吹填方向按照顺时针方向旋转出砟口531依次在各个吹填方向上分别以相应气流速度进行吹填，直到最后一个e3方向吹填完成。在吹砟作业过程中，同样的，对于位于距离
吹砟位置比较远方向上的待补砟区域，可以采用更高速的吹砟气流。另外，当道床吹砟装置10移动对下一个吹砟位置进行吹砟时，如图中箭头f4～e4所示直接按照逆时针方向旋转出砟口531依次在各个吹填方向上分别以相应气流速度进行吹填即可。
67.以上实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的道床吹砟装置和方法并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的结构，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明所要求保护的范围内。