09—3X型捣固装置结构原理分析

关键零部件　文章编号：１００７￣０３４（２００８）０６－００２８４）３　机车车辆工艺　第６期２００８年１２月　０９—３　Ｘ型捣固装置结构原理分析　翁敏红，聂志镇　（南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司，江苏常州２１３０１１）　摘　要：通过对０９—３Ｘ型捣固装置的结构原理分析计算，并与０９—３２型对比，阐述０９—３Ｘ型捣　固装置满足３枕连续式捣固稳定车的作业需要，且结构合理，使用维护方便。　关键词：０９—３Ｘ型捣固装置；结构原理；０９—３２型捣固装置；对比分析　中图分类号：Ｕ２１５．５　５　文献标识码：Ｂ　Ｏ　前言　０９—３Ｘ型３枕连续式捣固稳定车是引进　ＰＬＡＳＳＥＲ＆ＴＨＥＵＲＥＲ公司最新技术生产的新一代　镐臂、外油缸及相关的气缸、挡块、油箱等零部件；改　变了箱体的相关结构；增加了振动轴的数量；增加了　平衡块；改变了内镐臂及内油缸的结构；改进了油箱　的结构。　大型养路机械，它能在捣固作业的同时完成线路稳　定作业，最高作业效率可达２．４　ｋｍ／ｈ，比０９—３２型　双枕捣固车提高３０％～４０％，提高了线路维修养护　作业的效率和精度，能够保证维修作业后即刻满载　全速开通线路，是当今世界上作业精度和作业效率　均很高的线路捣固机械之一。　捣固装置是捣固稳定车的主要工作装置，用于　捣固钢轨两侧的枕底道碴，并与起拨道装置相配合，　消除轨道的高低不平，提高轨道的稳定性。　０９—３Ｘ型捣固装置是在０９—３２型捣固装置基　础上的技术改进，每台车有左、右各２个捣固装置，　共有４８把捣镐，可同时捣固３根轨枕，作业时捣镐　成对地插入道床向枕木方向相对地夹紧，提高道碴　的密实程度，从而提高轨道的稳定性。　１捣固装置结构　捣固装置主要由箱体、振动轴部件、内外油缸部　件、分配体部件、行程限制部件、镐臂支承部件、油箱　部件、导柱组件、分配体油气管路系统和润滑系统等　组成。图１为捣固装置左部件。　为实现４个捣固装置同时捣固３根轨枕的目　的，在每侧钢轨的３根轨枕区域前后布置２个捣固　１一箱体；２一单耳内油缸邵件；３一振动轴部件；４一分配体部件；　５一叉形外油缸部件；６一行程限制部件；７一镐臂支承部件；８一　油箱部件；９一叉形内油缸部件；１０一导柱部件　图１捣固装置左部件总成　１．１箱体　箱体是捣固装置的基础，主要安装偏心振动轴、　镐臂、油缸等零部件，传递捣固时的道床反作用力。　与０９—３２型相比，由于减少了一侧的镐臂等零　部件，箱体尺寸在同方向作了相应的缩减，减小了两　导柱孔的中心距，减去了一侧的端板，减小了支承梁　装置，因此，单个捣固装置需作相应改变（图１所　示）：与０９—３２型捣固装置相比，减少了一侧的外　收稿日期：２００８—０９—２０　作者简介：翁敏红（１９６５一），女，高级工程师，本科。　２８　的长度，减小了轴承孔的尺寸。而在箱体的横向，增　加了前、后支承以安装振动轴轴承，满足２根振动轴　０９—３Ｘ型捣固装置结构原理分析　的设计需要。另外，箱体的轴承孔为ｈａｌｆ型结构，方　便组装。　１．２振动轴　振动轴是捣固装置的“心脏”，振动轴端液压马　臂与内油缸铰接部分的结构也作了相应改变，强度　有了较大提高。　捣镐是捣固装置的主要磨耗件，作业时，捣镐插　入道床的瞬间要承受很大的冲击力，振动夹持过程　中要承受振动力和夹持弯矩，同时还伴有镐掌与石　碴的强烈摩擦，因此，要求捣镐镐体有足够的抗疲劳　达通过弹性联轴节驱动振动轴旋转，振动轴的偏心　部分产生偏心运动，它通过内外油缸、镐臂等零部件　传递给捣镐。这几个零部件构成４连杆或５连杆机　能力，镐掌部位有较高的耐磨性。　０９—３２型使用的捣镐主要为镐掌堆焊耐磨合　构，按照连杆机构的运动规律最终使捣镐镐掌产生　与偏心运动相关联的强迫微幅振动。捣固时，这种　振动直接作用于道碴。　与０９—３２型相比，受箱体结构的限制，振动轴　直径作相应的缩减，为兼顾强度及组装需要，每个捣　固装置安装内、外２根振动轴，并用花键联轴器相　联，由内侧液压马达驱动。２根振动轴的偏心相位　相差１８０。。为尽量压缩横向尺寸，飞轮同时充当联　轴节的作用。使用２根振动轴，可方便组装及维修；　而两轴之间用花键联轴器相联，强度高，传递扭矩能　力强，且结构简单、装拆方便。轴承采用脂润滑，免　去了密封装置，简化了结构。由于在同一振动轴上　２个内油缸是装在两道相隔１８０。的偏心轴颈上，因　此，同一轨枕两侧的捣镐振动位移相差１８０。，振动　力的方向相反，这样在同一时间，内、外２个捣镐上　的振动力同时向枕底作用，有利于捣实枕底道碴。　１．３　油缸　油缸是捣固装置的重要部件，油缸的作用主要　有２点：　（１）传递振动。当偏心振动轴转动时，由于偏　心距的作用使套在偏心轴颈上的内油缸产生往复运　动，推动内镐臂以镐臂销为支点摆动，使内镐臂产生　摇摆式强迫振动。同时与内油缸连接的外油缸也同　样产生往复运动，使外镐臂也产生摇摆式强迫振动。　（２）产生夹持力和夹持运动。夹持力和运动由液　压系统对油缸的作用产生，并通过油缸活塞杆、镐臂、　捣镐进行传递，在捣固过程中，实现对道碴的夹持。　与０９—３２型相比，图１中，由于外镐臂支承位置　的改变，外油缸长度加长，行程加大；右侧的内油缸受　捣固装置整体结构限制，长度变短，行程减小。为增　加油缸的使用寿命，对油缸主要零件结构进行改进，　并优化组装工艺，使油缸的整体强度得到提高。　１．４镐臂支承　镐臂的作用是安装捣镐，传递振动、夹持力和夹　持运动。与０９—３２型相比，镐臂的结构在原有的基　础上又增加了２种，即图１中右侧的内镐臂。内镐　金的低合金铸钢捣镐，作业里程较短，必须经常更换　焊修。０９—３Ｘ型使用外覆硬质合金捣镐，主要用钎　焊方式在合金钢捣镐镐掌基体表面覆盖一层硬质合　金零件，使其与基体有效联接。它能较大地提高捣　镐的耐磨性能，使用寿命可达一百多公里，大大减少　了操作人员换镐的时间，提高了捣固车的作业效率。　１．５　导柱　导柱起导向和定位作用。导柱通过捣固框架固　定安装在捣固小车上，捣固装置在升降油缸的作用　下可沿着导柱上下运动，实现捣固装置的提升与下　插运动。　与０９—３２型相比，增加了导柱上部与框架连接　螺栓，可使导柱定位更准确。　１．６　辅助部件　辅助部件包括行程限制部件、油箱部件、分配体　及管路系统、稀油润滑系统、脂润滑系统。　行程限制部件中有２种挡块，一种直接固定在　活塞杆上，另一种通过与之铰接的气缸、销等零件　形成可调型挡块，结构均与０９—３２型挡块不同，可　针对具体的轨枕间距，对捣镐的夹持行程进行２级　调节。　由于减少了油缸及气缸，分配体及管路系统的　油孔数量及位置、管接头的结构及数量、软管长度作　了相应调整。　另外，稀油润滑只用于镐臂支承部位，因而只需　要一个油箱；振动轴轴承全部用脂润滑，增加了集中　润滑系统的分配器。　２　工作原理　捣固装置是以偏心轴连杆摇摆式振动，异步稳　压捣固原理工作的。　捣固作业时，捣镐把振动力传递给道碴，使道碴　产生振动并向较稳定的方向移动，增加道床的密实　度；再利用捣镐的夹持力，把轨枕间隔中的道碴向枕　底挤压，使枕底道碴更加密实，提高轨道的稳定性。　２９　关键零部件　２．１运动分析　捣镐的运动由振动和夹持运动２部分组成，这　２种运动方向相同（或相反），其合成运动为这２种　运动的线性叠加。　２．１．１振动分析　液压马达驱动振动轴旋转时，由于振动轴与内　油缸连接的轴颈处有２．５　ｍｍ的偏心，装在偏心轴　颈上的内油缸，在偏心轴的作用下作往复运动，推动　镐臂以销轴Ｆ为中心左右摆动，从而使装在镐臂上　的捣镐产生摇摆式强迫振动。为便于分析捣镐的振　动规律，此４连杆机构可简化为图２所示，图中，Ａ　为偏心轴的偏心距，　为偏心轴的转角。　图２镐臂和捣镉振动分析　销轴Ｅ点的运动方程：　Ｓｘ：Ａｃｏｓａ＝Ａｃｏｓｔｏｔ　Ｅ点的运动速度和加速度：　Ｖ：Ａｔｏｓｉｎｔｏｔ　＝一Ａｗ２ｃｏｓｔｏｔ　式中　为振动轴的转动角速度，ｔ为时问。　由于捣镐装在镐臂下端，与销轴的运动规律相　同。因此，镐掌的振幅、振动速度、振动加速度均　为销轴处的Ｌ，／　倍。捣镐的运动方向与销轴的运　动方向相反。已知振动轴转速为２　１Ｏ０　ｒ／ｍｉｎ，可以　算出：　振动频率：ｆ＝ｎ／６０＝３５　Ｈｚ　角速度：　＝２７　＝２２０　ｒａｄ／ｓ　图１中左侧内镐臂和捣镐　：／，Ｊ。为２．６２，捣镐　３０　机车车辆工艺　第６期２００８年１２月　振幅　为６．６　ｍｍ；右侧内镐臂和捣镐　：／　为　２．７，捣镐振幅　为６．８　ｍｍ。　镐掌的最大振动加速度ａ…＝２．７Ａｗ２＝３２７　ｍ／ｓ　０９—３２型捣镐，为３５Ｈｚ，　为６．６　ｍｍ，ａ…为　３２１　ｍ／ｓ　。　以上分析可知，与０９—３２型捣固装置相比，捣镐　的振动频率相同，振幅、最大振动加速度变化很小。　２．１．２夹持运动分析　捣固车的液压系统控制油缸的动作，使活塞杆　伸缩，带动镐臂、捣镐运动，当外油缸活塞杆伸出、内　油缸活塞杆缩回时，内、外捣镐镐掌相向运动，实现　对道碴的夹持。　根据油缸的行程、镐臂和捣镐的相关尺寸，计算　可得：图１中外镐镐掌的夹持行程Ｊｓ　为１７０　ｍｍ；　左侧内镐镐掌的夹持行程５　为１４０　ｍｍ，右侧　内镐镐掌的夹持行程ｓ右　为１０５　ｍｍ；　对Ⅲ型枕作业时，外镐镐掌的行程约１４５　ｍｍ，　左侧内镐镐掌的行程约９５　ｍｍ，右侧内镐镐掌的行　程约为１０５　ｍｍ。　与０９—３２型相比，捣镐行程有一定的变化，但　符合对轨枕作业的要求。　２．２作业过程中捣镐的夹持力　夹持力由液压系统对油缸的作用而产生，通过　油缸活塞杆、镐臂、捣镐进行传递，最终到达镐掌，　实现对道碴的夹持。根据各回路的工作压力，可以　算出：　同一镐臂上２个外镐的夹持力：Ｐ　＝１４．８　ｋＮ　同一镐臂上２个内镐的夹持力：Ｐ　内＝１３．９　ｋＮ，Ｐ　＝１２．７　ｋＮ　与０９—３２型相比，捣镐的夹持力变化较小。　３　结论　（１）０９—３Ｘ型捣固装置结构紧凑，布局合理，　满足３枕连续式捣固稳定车的作业需要。　（２）与Ｏ９—３２型捣固装置相比，工作原理相　同，主要技术参数相近。　（３）振动轴部件结构新颖，设计可靠，组装维修　方便。　（４）４个捣固装置同时捣固３根轨枕，可使３枕　连续式捣固稳定车的作业效率高。　＿　（编辑：施翠燕）