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城市轨道交通新能源轨道铺设机研制

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  • 时间:2020-02-13
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主要技术特点描述


(1)国内外技术发展现状∶

       地铁施工用轨道铺设机作为地铁轨道“机铺法”施工的关键设备,承担着地铁轨道施工作业的多重任务,自2004年开始投入地铁轨道施工至今,历经数次更新换代,目前在国内地铁轨道施工中,基本采用交流高压电作为铺轨门吊的走行及起吊动力,其动力来源由地铁沿线车站,土建施工时所用的高功率变压器所提供,通过对动力电缆在隧道内的布设,为门吊提供相应动力。隧道洞内动力电缆的布设,不仅需要消耗相应的人工、材料、电费等费用,而且地铁轨道施工主要的施工场地均在隧道内,动力电缆的接驳、转换均是洞内施工的最大安全风险源。

       随着地铁运行的提速,地铁站间距在不断增大,电缆布设困难增大的同时,电损增大,无法满足铺轨门吊的使用需求,或是无法使用铺轨门吊的情况时有发生。针对上述情况,取消动力电缆的新型电瓶式铺轨门吊将是目前地铁铺轨施工中最急需的生产设备之一。

 

(2)关键技术内容及技术路线

       通过对地铁轨道铺设机的现状分析及深入研究,提出将目前广泛应用于电动汽车、电动平车的直流绿色节能供用电技术应用到地铁铺轨机上,突破现有移动电源式铺轨机在移动供用电技术上的瓶颈,有效解决现有的轨道铺设机在长大区间施工时,由于电源压降导致轨道铺设机无法正常工作的问题、轨道铺设机行走距离受盘卷电缆线长度限制的问题、以及盘卷电缆线芯折断和盘卷电缆线被挂断、轧断导致铺轨施工中断的问题。在满足现场施工需求的前提下,降低装机功率、电池数量,提高充电速度、增加铺轨机续航时间。

       课题研究的主要内容:

       1、研究解决长大区间远距离送电导致的电压严重降低引起的设备无法运行、甚至烧毁电机的问题;

       2、研究解决铺机在长距离运输轨排、混凝土等材料时,因设备电缆线盘容量有限,更换电源停机等待时间长,造成作业效率低的问题;

       3、研究解决轨道铺设机在施工时常发生电缆被轧断、挂断的事故,影响作业效率、存在安全隐患的问题;

       4、降低施工用电电压,达到潮湿环境下低压用电;

       5、研究解决地铁施工过程中因停电导致的设备无法运转,造成进度缓慢、经济损失的问题;

       6、研究解决轨道铺设机装机功率大、能耗高的问题;

       7、研制新的供电模式,缩短充电时间,增加续航时间;

       8、研究增强机械设备传动效率,减少设备故障率,提升施工工效。

(3)在环保、节能、创新方面的指标


       1、首次在国内地铁轨道施工中应用新能源技术

       研发的新能源轨道铺设机改变了传统的供电模式,优化了传动、起升机构,提升了铺设机的整体性能,适应49.6‰大坡道、100m小半径曲线及长大区间工况,操作简便,节能降噪,提高了工效。

       2、研制了双电池组移动式新能源供电系统

       双电池组移动式新能源供电系统,充电时间短,可满足43h连续作业,改善了作业条件,提升了工效。
       3、直流供电,实现设备在地铁潮湿环境下低压状态安全运行


       轨道铺设机通过直流电源直接供电,运行电压48V,接近安全电压值,适应地铁潮湿环境安全作业。

       4、整机功率降低、达到节能目的

       起升机构直流无刷电机与行星齿减速机的介入,将铺轨机总功率降至6kW,功率下降53.8%。

       5、采用新能源供电,实现了绿色环保

 

(4)主要技术特点和创新点

       1、研发的新能源轨道铺设机改变了传统的供电模式,优化了传动、起升机构,增强了铺设机的整体性能,操作简便,可适应最大坡度49.6‰、最小曲线半径100米及长大区间工况,提升了作业能力,提高了工效。

       2、研制的双电池组移动式低电压供电系统,充电时间短,可满足连续作业的需求,降低了潮湿环境下用电安全风险,改善了作业条件。

       3、铺设机采用无刷电机与行星齿轮减速机构,大幅度降低了整机用电功率,显著降低了能耗,噪声小、可靠性高。 



(5)技术成果评价、取得专利、是否编制技术规范标准等情况说明

       2018年10月15日,中国中铁股份有限公司组织专家对中铁一局集团有限公司完成的“城市轨道交通新能源轨道铺设机研制”成果进行了评审,参加评审的有中铁二院、中铁六院、中铁设计、中铁科研院、中铁四局、中铁十局、中铁上海局、等单位的专家。专家组在审阅了技术研究报告的基础上,经讨论,形成如下评审意见:

       1、课题组提供的技术资料齐全、内容翔实,符合评审要求。

       2、研发的新能源轨道铺设机改变了传统的供电模式,优化了传动、起升机构,增强了铺设机的整体性能,操作简便,可适应最大坡度49.6‰、最小曲线半径100米及长大区间工况,提升了作业能力,提高了工效。

       3、研制的双电池组移动式低电压供电系统,充电时间短,可满足连续作业的需求,降低了潮湿环境下用电安全风险,改善了作业条件。

       4、铺设机采用无刷电机与行星齿轮减速机构,大幅度降低了整机用电功率,显著降低了能耗,噪声小、可靠性高。

       该研究成果已在厦门地铁、福州地铁等项目得到成功应用,具有广阔的推广应用价值。整体技术达到国际先进水平。

       申报1项发明专利,取得1项实用新型专利授权:一种地铁施工用移动电源式轨道铺设机(ZL 201721101303.8)

 

成果应用情况说明

 

(1)使用效果评价

       城市轨道交通新能源轨道铺设机已在厦门地铁1号线和福州地铁2号线成功应用,完成了厦门地铁1号线25km、福州地铁2号线14km整体道床施工任务,现在福州地铁1号线二期项目部、无锡地铁3号线、佛山新交通项目部的铺轨机全部采用新能源轨道铺设机,设备节能高效,安全可靠,故障率极低的特性填补了新能源技术在国内地铁轨道施工设备领域的空白,适应了绿色建设需要,充分发挥了新能源配合先进的减速机技术为轨道铺设工程机械带来节能、降噪的优势,促进了我国新能源技术在城市轨道交通施工设备方面应用的进步和发展。

 

(2)市场需求分析

       城市轨道交通新能源轨道铺设机在项目上的成功应用,标志着新能源技术成功进驻地铁轨道施工工程机械领域,同时有效解决了原有地铁轨道铺设机十多年来一直存在的供电问题。采用新能源轨道铺设机铺轨施工较传统轨道铺设机更节能、更安全、更高效,更能适应当前社会绿色建设施工理念,具有广阔的市场应用前景。

 

(3)与国内外同类产品或技术的竞争力分析,成果产业化前景分析

       城市轨道交通新能源轨道铺设机的应用,安全、优质、高效的完成了厦门地铁、福州地铁、佛山新交通、无锡地铁等城市轨道交通铺轨施工任务,解决了传统轨道铺设机存在安全隐患、连续作业距离不足、效率低、在长大区间无法正常施工等弊端,充分发挥了新能源配合先进的减速机技术为轨道铺设工程机械带来节能、降噪的优势。填补了新能源技术在国内地铁轨道施工设备领域的空白,推广应用前景广阔。 

 

 

经济效益和社会效益评价

 

       该研究成果首次在国内地铁轨道施工中应用,填补了新能源技术在国内地铁轨道施工设备领域的空白,研发的新能源轨道铺设机改变了传统的供电模式,优化了传动、起升机构,提升了铺设机的整体性能,操作简便,节能降噪,并已获国家实用新型专利。该研究成果已在厦门地铁、福州地铁、佛山新交通等项目得到成功应用,共计节约项目成本147.54万元。新能源轨道铺设机的应用,适应了绿色建设需要,充分发挥了新能源配合先进的减速机技术为轨道铺设工程机械带来节能、降噪的优势,促进了我国新能源技术在城市轨道交通施工设备方面应用的进步和发展,取得了较好的经济、社会效益。

 

 

成果照片


新能源轨道铺设机BIM结构模型


 

新能源轨道铺设机在地铁隧道内应用

 

(来源:中国土木工程学会轨道交通分会)
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