液压机械手捣固机的研制.pdf

l 3O 铁道建筑 Ra i l wa y En g i n e e r i n g 文章编 号 1 0 0 3 ． 1 9 9 5 2 0 1 0 0 8 0 1 3 0 - 0 3 液压机械 手捣 固机 的研 制 杜 丽 红 北京来铁科 技开发有 限公 司， 北京1 0 0 0 8 1 摘要 介绍一种新式小型线路养护机械一液压机械手捣 固机 ， 它将道砟捣固作业分成两个步骤 ， 一是机 械手捣撑在垂面的弧线振动以实现进砟， 二是依靠捣撑张开的压力定向将道砟拔到轨枕下， 完成拔砟预 紧和压 实捣 固。介 绍 了液压机 械手 捣 固机 的机械 结构 、 理论计 算和性 能特 点。 关键 词 捣 固 道砟 机械 手 捣撑 中 图分类号 U 2 1 5 ． 4 3 文献标 识码 B 路基的养护是铁路线路维修的基础工作 ， 铁道线 路路 基 中的“ 暗坑 ” 、 “ 吊板 ” 故 障 的处 理 ， 是 日常养 路 维修中的主要工作 。目前用于路基维修作业中的小型 捣 固机械 主要 有振 动棒式 捣 固镐和直 线 冲击 式捣 固镐 两大 系列产 品 ， 这两 种 机 械 的工 作 原 理均 是 以 镐 头振 动进 入道砟 ， 将高处 道砟 “ 均 ” 到 “ 坑 ” 中 。 本文介 绍 的新 型液 压 机械 手 捣 固机 已获 国 家专 利 Z L 2 0 0 5 3 0 0 1 9 2 2 8 ． 7 ， 它 不 同 于 上 述 捣 固 镐 ， 既 不 是 圆周振动 捣 固 ， 也 不是 直线 冲击捣 固 ， 而 是将捣 固分 为二个过程 ， 一是机械手捣撑振动进砟 ， 二是依靠机械 手捣 撑张开 的推力 定 向拨动道 砟 ， 并 预紧压 实 ， 实 现捣 固。其工作原理及应用如下所述。 1 工作原理 1 ． 1 振 动进 砟 开通进砟 液压 控制 阀 ， 液 压 泵 站 给 固定 在 机架 内 的液 压马达 提供压 力 ， 马达输 出轴转 动 ， 其 主动链 轮经 链条 带动 ， 固定在枢 纽轴 上 的被 动链 轮转 动 ， 与之 固定 在 同一枢纽 轴上 的 2个偏 心块 与 被 动链 轮 同速 转 动 ， 偏心 块在转 动时产 生 离 心力 ， 整 机 在 离心 力 及 其 自重 作用下产生振动 ， 而振动下落过程的最大力是偏心块 的离 心力与该 机 自重 的合 力 ， 即捣 固机械 手的进 砟力 。 由于离心力的方向是沿偏 心块 的半径方 向， 因此该机 的振 动方 向不是直 线式 上下 移 动 ， 而 是在 垂 直 面 上作 弧线运动 ， 这样 ， 机械手即不会破碎道砟 ， 又能迅速插 入道 砟 中。 进砟振 动作 用力理 论计算 设定动 力站 的液压 油压 力 P 8 M P a ， 马达 流量 g 收稿 日期 2 0 1 0 - 0 5 ．-0 6 ； 修 回日期 2 0 1 0 - 0 6 1 2 作者简介 杜丽红 1 9 6 2 一 ， 女 ， 河北 深泽人 ， 工程师。 1 0 L ／ mi n ， 马达转速 n1 8 0 0 r ／ m i n ， 偏心块的质量 为 1 ． 1 k g ， 2个 偏心块 质量 m。 1 ． 1 2 2 ． 2 k g ， 偏 心 块 的偏心 距 L2 1 m m， 液 压 机 械手 捣 固机 质 量 m 2 6 k g 。 根据 圆周运 动物体 离 心 力 的计 算 公式 ] 离 心 力 E 2 3 ． 1 4 n mr ， 其 中， n为转速 ， m为物体质量 ， r 为旋 转半 径 ， 即 r L。 偏心块 离心 力 E j 23 ． 1 4 n m 。 L1 ． 6 4 k N； 机械 手进砟 力 QE m g1 ． 8 9 k N。 1 ． 2拨砟 捣固 开通 捣 固液 压控 制 阀 ， 液压 泵 站供 压 力 油 给 固定 在机架内的液压油缸 ， 活塞杆 的推力使推力凸缘 向固 定在 机架 下方 的枢纽轴 移动 ， 此时 ， 在 推力 凸缘 内的一 对 啮合 的齿 轮臂 绕齿轮 中心转 动 ， 并 向下方 移动 ， 与齿 轮臂 另一 端铰接 的机械 手捣撑 以枢纽 轴为转 动 中心转 动 ， 机械手 捣撑下 端 ， 向两侧 张开 。当机械手 捣撑全 部 张开时， 液压缸卸油 口自动开启 ， 压力腔的高压油经卸 油 口回流 ， 捣 撑 停 止 在 最 大位 置 ， 此 时 断 开 液 压 控 制 阀， 机械手闭合并停止。操作者控制机械手的作用位 置和方向， 使道砟定向移动 ； 机械手捣撑的作用力分解 为 水平分 力 F 和垂 直 分 力 ， 水 平 分 力 为拨 砟 的推 动力 ， 可预紧拨砟压实捣 固， 垂直分力有将轨枕向上抬 起 的作用 。捣 固作用力 示 意见 图 1 。 液压 油压力 P8 MP a ， 液 压 活塞 直 径 为 8 0 m m， 活 塞面 积 A 3 ． 1 4 8 0 ／ 2 5 0 2 4 m m ； 液压缸活塞作用力 F P A 4 0 ． 2 k N； 活塞作用力 F分解为 F 。 和 F ， F 。 平行于齿轮臂 ， F 垂 直于齿 轮臂 ， 齿 轮臂 与水平 线夹 角为 2 5 。 ， 则 F。F s i n 25 。1 6 ． 9 9 k N ； F6F c o s 2 5。3 6 ． 4 3 k N F 分 解 为 F 。 。 和 F 。 ， F 。 垂 直 于 机 械 手 捣 撑 主 动 2 0 1 0年第 8 期 液压机械手捣固机的研 制 l 3 l 图 1 捣 固作用示意 单位 m m 臂 ， F 。 平 行 于机械 手捣撑 主动臂 ， 则 F。 lF。 c o s 1 6。1 6 ． 3 3 k N F。 2F。 s i nl 6。4． 68 k N F 分解 为 F 和 F F 垂 直 于 机 械 手 捣 撑 主动 臂 ， F 平行 于机 械手捣 撑主 动臂 ， 则 F6 lF6 c o s l 6。3 5 ． 01 k N F6 2F6 s i nl 6。1 0． 0 4 k N 机械手捣撑上 主动力为 F 。 F 。 。 F 5 1 ． 3 4 k N， 机械手 捣 撑 上 主 动 力 臂 长 1 2 0 m m， 被 动 力 臂 长 2 4 0 m m， 被动力 F 告垂直于被动力臂 ， 捣撑绕枢纽轴转 动 ， 根 据 力 矩 平 衡 原 理 F 1 2 0F 合 2 4 0 ， F 合 25 ． 6 7 k N。 垂直 于被动臂 的被 动 力 F 合 分 解 为 机械 手 捣 撑 沿 水平方 向分力 F 和垂直 方 向的分力 ， 则 F2F合 c o s l 6。2 4． 6 8 k N F3F合 s i nl 6。7 ． 0 8 kN。 2结构及性能 2 ． 1 液压 机械手 捣 固机 的结 构 液压机 械手 捣 固机 由液压 控 制 器 、 液压 油缸 及 活 塞、 振动机构、 动力机构、 机架及扶 手等组成 ① 液压 控制器由二位二通液压振动进砟机构控制阀、 二位四 通液压捣固机构控制阀、 减压 阀、 操作手柄、 进出液压 油接头构成 ；② 液压缸 机构 由缸体、 上下盖、 活塞及 活塞推杆构成 ； ③ 振动机构由液压马达、 偏心块、 链轮 链条构成 ； ④ 动力机械手机构 由推力凸缘 、 齿轮臂 、 枢 纽轴 、 机械 手 等 组 成 ， 其 中枢 纽 轴 水 平 布 置 在 机 械 手 上 ； ⑤ 机架及扶手 由动力传动机架、 操作扶手 、 减振橡 胶 、 进 出输 油管 等构 成 。 液压控 制器 、 液 压缸机 构 、 振 动 机构分 别 固定在机 架 内 ， 动力 机械 手机 构安装 在机 架下 端 ， 扶 手在 机架上 端。整机 自上至下呈丁字形结构 ， 见图 2 。 图 2液压机械手捣固机结构示意 2 ． 2 性 能特点 见 表 1 液 压机械 手 捣 固机 与 圆周 振 动 棒式 捣 固镐 、 直 线 冲击 式 捣 固镐 相 比具有 以下特 点 1 定向拨砟 、 预紧压实捣 固， 即操作者可以人为 地控 制道 砟捣 固的方 向。 2 双面捣 固效率高， 两个捣撑平面与道砟接触 ， 接触面积为 7 0 mm x 3 0 0 m mx2 ， 捣固作用面积大 、 效率高。 3 “ 静 态 ” 捣 固 劳 动 强 度 低 ， 液 压 缸 产 生 的 “ 静 态 ” 推 力 ， 经 动力 机 构驱 动 机 械手 捣撑 张开 ， 对道 砟 产 生定 向推力 ， 捣 固过 程 无振 动 。操 作 者 只 控 制捣 固方 向， 不承受作用力， 有效地降低 了劳动强度。 4 液压 管件 采 用 高 质量 、 平 面防 尘 接 头 ， 带 压 装 卸 ， 快捷 方便 ； 液压 机械 手捣 固机在 捣 固时捣撑 向上 的 分力， 可直接将轨枕抬高 ， 对于线路捣 固非常有利 ； 液 压机械手捣固机捣撑进砟 时是弧线运动轨迹， 不会对 道砟形成破碎 ， 不增加后续的清筛工作量。 1 3 2 铁道建筑 A u g u s t ． 2 0 1 0 3 使用情况 1 弧线振 动进砟 速度 液压 机械手 捣 固机 是利用 2个偏 心块 绕水平 方 向 的枢纽 轴转动时 产生 的离心力 而振 动 。而离心力 的方 向是沿着 旋转轴 的径 向方 向 ， 因而 振 动 是非 上 下 直线 运 动 ， 而 是在垂 直平 面上 的弧线轨 迹运动 ， 弧线式 振动 加 大 了振 动振 幅 ， 操作 时 ， 自动 进 砟效 果 明显 ， 进 砟 效 率 得 以提 高 。 2 “ 静态 ” 拨 砟捣 固效 率 液压机械手捣固机的捣固动力是液压缸推动机械 手而产 生的推力 ， 进 入轨 枕 道 砟 内 的两 个 机械 手 捣撑 推动道砟向其两侧方向移动， 人为控制道砟移动方向， 使 捣撑 的推动力 把捣撑 外侧 的道 砟压 向轨 枕下悬 空 的 空隙处 ， 经捣 固作业 的轨枕 过车后 回落很 小 ； 由于液压 机械手捣固机的作业是在两轨枕之间同时对两根轨枕 进行定 向拨砟压紧 ， 2 k N的推力可使捣 固快速完成 ， 工 作效 率至少提 高 2倍 ， 而 液压 机 械 手 捣 固机 所 用液 压 动力 源只有现 有捣 固镐功 率 的一 半 。 3 快速处 理 “ 吊板” 、 “ 三角 暗坑 ” 故 障 处 理线路 常见 的“ 吊板 ” 、 “ 三 角暗坑 ” 等 轨枕 与道 砟悬空病害时 ， 操作者确定具体悬空位置后 ， 起动液压 泵站 ， 接 通液压 管路 ， 将液 压机械 手捣 固机置 于要捣 固 的两个 轨枕 中问处 ， 开通振 动操作 手柄 ， 机械 手捣撑 快 速振动 ， 使捣撑 尖直 接插 入道砟 中 ， 当机 械手 捣撑全 部 进 入道 砟后 ， 松 开操作 手柄 ， 振动 停止 ， 完 成进 砟 ； 此 时 开通捣 固操 作 手 柄 ， 捣 撑 张 开 ， 当 捣撑 张 开距 离 最 大 时 ， 捣撑张开的捣固力也最大 ， 捣撑的定向推力将道砟 压向两根轨枕下的悬空处 ， 拨砟预紧 ， 压实捣固。每个 轨枕 空间 的轨道 一侧 只需 捣 固一 次 ， 即可完成 ， 这样逐 一 将 “ 暗坑 ” 范 围内的道 砟进 行捣 固 ， 可快 速 排除 此故 障。 由于机 械手 捣撑垂 直 向上 的分 力 ， 具 有将 接 触物 提 升的作 用 ， 对轨 枕抬起 效果 明显 ， 不 用起道 机亦可 直 接 捣固作业 。另外 ， 液 压 机 械手 捣 固机 又 可进 行 方枕 作业 。 4 动力稳 定 ， 安全 可靠 液压 机械手 捣 固机采 用成熟 的液压 技术 ， 其进砟 、 捣固动力强大 ， 工作效率高， 性能稳定 ， 安全可靠 。由 于操作者远离动力源 ， 有效减少 了动力源尾气和噪声 对人的危害。液压机械手捣固机的捣撑推力有将轨枕 向上抬起 的作用 ， 不用起 道机 可直接 作业 ， 消除 了养 护 作业 的安 全隐患 ， 这对线 路行 车安全 意义很 大 。 4 结语 液压机械手捣固机工作原理新颖 、 结构简单、 工作 质量可靠 ， 同时降低了操作人员的劳动强度 ， 该捣固机 的研制将 推动小 型线路 养 护机具 的不断创新 。 参 考 文 献 [ 1 ] 成大先 主编． 机械设计手册 第四版 [ M] ． 北京 化学工业 出版 社 ， 2 0 0 7 ． [ 2 ] 蒋 刚． D 0 9 3 2型连续 式 捣 固车拨道 原 理分析 [ J ] ． 铁道建 筑 ， 2 0 0 8 1 0 1 0 7 1 0 9 ． [ 3 ] 畅建 民． 提高 D 0 8 3 2型捣 固车系统精度 的措施 [ J ] ． 铁道建 筑 ， 2 0 0 9 9 1 0 9 - 1 1 1 ． [ 4 ] 张利杰 ． D 0 8 3 2型捣 固车测量走行方式 的改造方案[ J ] ． 铁 道 建 筑 。 2 0 0 6 4 8 0 8 1 ． 责任 审编 白 敏华