液压隧道维修作业平台及液压系统的设计.pdf

● _- _一 -● _ 一 r 一 _ O ． 1 0 时间／ s 图8 变载下泵和负载压力曲线 4 结束语 通过以上建模过程和仿真结果分析， 可以总结负 载敏感系统的特 如下 1 负载敏感系统可以根据负载的需求提供压力 和流量， 避免了泵的溢流损失， 但是仍然存在节流损失 和沿程损失。 2 负载敏感系统的压力和流量只取决于 阀和 恒压阀的设定压力， 与负载变化无关。 此外， 建模过程中需要对物理样机的某些参数进 行调整以适合模型， 这说明使用 A M E S i m标准元件库 并不能完全建立物理模型， 但对于实际的设计分析可 以起到一定的参考与指导作用。 参考文献 [ 1 】1杨益明， 王庆， 刘奕贯． 负载敏感节流调速回路的建模与 仿真[ J ] ． 设备管理与维修技术， 2 0 1 0 1 0 8 1 8 4 ． [ 2 ]黄新年 ， 张志生 ， 陈忠强． 负载敏感技术在液压系统中的 应用[ J ] ． 流体传动与控制， 2 0 0 7 5 2 8 3 0 ． [ 3 】 王炎， 胡军科， 杨波． 负载敏感泵的动态分析和仿真研究 【 J 】 ． 现代制造工程， 2 0 0 8 1 2 8 4 8 7 ． [ 4 ]王炎．液压挖掘机负荷传感系统仿真研究与节能分析 [ D 】 ． 长沙 中南大学， 2 0 0 9 ． 通信地址山西省太原市万柏林区瓦流路 6 6号太原科技大 学机械工程学院研 1 0 0 2 班 0 3 0 0 2 4 收稿 日期 2 0 1 2 0 9 2 4 液压隧道维修作业平台及液压系统的设计 晁建桃 什邡瑞邦机械有限责任公司广汉分公司 ” ◆‘◆0◆-◆0 ◆0◆0◆-◆0◆0◆‘◆-●-◆0 ◆‘◆-◆-◆0 ◆0◆-●-◆-◆0◆0 ◆-◆-◆-◆0 ◆‘◆。◆-◆- -● 0◆0◆◆- ‘ ● ’◆、 摘要 液压隧道维修作业平台是用于铁路隧道检修作业的专用设备。 介绍该平台的液压系统设计，； ； 并对液压系统和系统中 使用的带补 偿措 施的串 联液压缸双向同 步回 路进行分析， 提出 一种满足铁路上线i 作业机械产品作业特点和安全眭要求的液压系统解决方案， 为同类产品的液压系统设计提供参考。 、0◆ ’◆0◆- ◆’◆0◆0◆-◆0◆0 ◆0◆-◆0◆’◆0◆-- ．． 0◆0◆-‘◆’◆0◆-●0◆0●’ ◆-- ‘ ． ．0◆0◆◆-- ● -- - ● 0◆0◆0◆’ _ 关键词 隧道维修； 液压系统； 平台； 液压缸； 同步； 安全 液压隧道维修作业平台是一种用于铁路部门 进行隧道维修作业的机械设备，主要为隧道顶部 或较高部位的维修提供一个安全、 宽敞、 便捷的支 撑平台，供作业人员在上面施工、放置工具和材 料。该平台安装在轨道平车上， 随轨道平车在铁轨 上移动。平台复位后的外形尺寸满足铁路机车车 辆限界要求， 符合在铁路上通行的条件 ， 展开后超 出机车车辆限界但低于接触网悬挂高度 ，不会损 坏线路既有设施 ， 满足铁路相关安全规定的要求 ， 如图 1 所示 。 1 液压隧道维修作业平台 1 ． 1 主要技术参数 额定载重量 k g 2 0 0 0 伸缩、 折叠台板额定载重量 k g 5 0 0 最大升降高度 m m 2 5 0 0 起降速度 m ／ m i n 2 台板最大尺寸 长 宽m m m m 6O o o60 0 0 最小外形尺寸 长 宽 高 m m m m m m 6 0 0 02 8 0 02 0 O 0 作者简介 晁建桃 1 9 7 8 一 ， 男， 四川乐山人， 工程师 ， 学士， 研究方向 铁路机械产品的设计研发。 一 41一 ∞ 加 2 m 0 B dn I／ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 幄 匿 摇 、． ， 限界 a 平台展开后 b 平台复位后 图1 平台在电力牵引的单双线隧道中的限界 1 ． 2 平台主要结构 液压隧道维修作业平台主体结构主要 由工作 平台、 升降机构和底架 3 部分组成， 如图2 所示。 工作平台为伸缩折叠组合结构， 如图 3 所示， 可 向两侧或单侧伸缩、 折叠。工作平台由载重台板、 伸 平台电气 一 4 2一 底架 a 主视图 限界 缩台板和折叠台板组成。 通过伸缩液压缸的带动， 使 伸缩台板相对载重台板伸出或缩回。折叠台板铰接 在伸缩台板外侧，在折叠液压缸的作用下可沿伸缩 台板上的铰轴旋转，当转到水平位置时延伸平台的 工作面积使工作平台的面积达到最大，当处于竖直 位置时起到护栏的作用。在伸缩台板与载重台板之 折 b 侧 视图 图3 工作平台结构图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 间设置有齿轮齿条复位装置 ， 辅助工作平台复位 。 升降机构采用剪叉机构 ，主要 由剪叉臂、 铰 链、 升降液压缸、 滚轮组成。工作平台的上升和下 降是由升降液压缸的伸缩带动剪叉的张开合拢来 完成的。每台液压平台包括两组剪叉式升降机构， 每组剪叉式升降机构包括两件升降液压缸和 8 件 剪叉臂 。 底架是整个平台的基础， 用螺栓安装在轨道平 车上 ， 上方与升降机构连接， 同时底架两端还设置 有液压支腿机构和电气控制柜以及液压泵站 、 阀 组。液压支腿机构 由支腿 、 支腿横移液压缸 以及支 撑液压缸组成 ，在伸缩台板和折叠台板展开前， 通 过支腿横移液压缸将支腿伸出，再伸出支撑液压 缸 ， 能有效 提高平 台的稳定性 ， 确保平 台展开后不 会发生侧翻。液压组件和电气控制柜均安装在底架 两端。 该平台还配备了夜间照明系统 ，为夜间施工 提供最有力的帮助 ，同时在平台上面还布置了两 台可移动式液压 千斤顶 ，可协助人工 将重物举到 隧道顶部。 平台的升降、 伸缩、 折叠以及支腿机构均由液 压缸驱动。 2 液压系统的设计 2 ． 1 设计总体要求 液压隧道维修作业平台随轨道车在铁路线上 运行、 施工， 综合安全性能要求较高， 且隧道维修施 工都在线路封锁的天窗点内进行， 因此液压系统必 须安全可靠，并具备有效的故障应急处置措施， 才 能确保完成天窗点内的工作任务， 并在平台发生故 障的情况下能迅速恢复到满足机车车辆限界的复 位状态 ， 及时安全撤离现场。 2 ． 2 液压 系统原理 液压隧道作业平台液压系统原理如图 4 所示， 主要 由油箱 、 过滤器 、 液压 泵 、 电机 、 溢 流阀 、 平衡 阀、 电磁换 向阀、 多路换 向阀以及液压管路及 附件 1 ， 2 ， 3 ． 电磁换向阀 图4 液压系统原理图 组成， 系统额定压力 1 6 M P a ， 额定流量 2 3 U m i n 。 由于平台的升降、 伸缩和折叠在作业过程使用 频率较高 ， 为便于操作和控制系统的安装 ， 对该部 分的操作主要由电气控制系统控制， 同时还配备了 手动控制系统。支腿机构在作业前布置好后便不再 调整 ， 直至作业完成后才收回， 操作频率较低 ， 因此 该部分的操作由手动控制系统实现。 正常情况下 ， 将系统置于电气控制状态 ， 启动 - 43 -- j 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 电机后 ， 液压泵供油， 压力油通过电磁换向阀 l中 位回油箱 ，当操作平台上升控制按钮后，电磁阀 1 换 向到右位 ， 压力油经电磁 阀 2和 3 、 平衡阀 、 液控 单向阀和分集流阀进入升降液压缸无杆腔将平台 升起， 由于分集流阀的作用， 平台不会因为偏载或 左右不同步而倾斜。操作平台下降控制按钮后， 电 磁阀 1 换向到左位 ， 压力油打开液控单向阀， 平台 在 自 重作用下压缩升降液压缸， 升降液压缸的液压 油经分集流阀、 液控单向阀、 平衡阀和电磁阀 1 、 2 、 3 回油箱 ， 平台平稳下降。当操作平台伸缩或折叠控 制按钮后， 电磁阀 1 、 3 换向到右位， 压力油经电磁 阀 1 、 2 、 3 分别到达各伸缩液压缸、 折叠液压缸的电 磁 阀进油 口，再通过相应电磁 阀换 向进入液压缸 ， 推动平台伸缩和折叠。 当需要对支腿机构进行操作或因电气故障不 能对平台进行电动控制 时， 将系统切换到手动控制 状态 ， 电磁 阀 1和电磁阀 2换 向到右位 ， 压力油经 电磁阀 1 、 2后进入各多路换 向阀， 通过操作对应的 手动换向阀， 压力油经多路阀后进入液压缸 ， 实现 对支腿横移液压缸、 支撑液压缸、 伸缩液压缸和折 叠液压缸的驱动。为了确保平台在升起状态下不会 因手动换向阀内漏而下降， 在手动换向阀与升降液 压缸之间设置 了截止 阀， 将截止 阀打开后也可通过 手动换向阀来实现平台的升降。这种情况下平台可 继续工作 。 当液 压泵 出现故 障不能提供压力油或 电气 系 统出现故障， 电气控制和手动控制都无效时， 还可 由手压泵提供压力油，操作手动操向阀进行配合， 实现各项动作并及时撤离。 当液压系统完全瘫痪或伸缩平台、 折叠平台出 现机械卡阻时， 可打开手动换向阀与升降液压缸之 间的截止阀并操纵手动换向阀使平台靠 自重下降。 然后打开伸缩液压缸和折叠液压缸油路中的泄荷 阀 ， 通过齿轮齿条复位装置及时将平 台复位。 本系统的多重保障功能确保了平台在轻微故 障下可继续作业，最大限度完成既定工作任务 ， 严 重故障下能及时复位到安全状态并及时撤离， 不影 响本线及时开通和邻线通车安全。 2 ． 3 带补偿措施的串联液压缸双向同步回路 伸缩台板的伸缩由分别安装在台板两端的两 个伸缩液压缸来完成， 如果两个液压缸的同步性不 一 4 4一 好很容易引起伸缩台板卡阻。因此， 在伸缩台板的 两个伸缩液压缸回路的设计上， 借鉴了带补偿措施 的串联液压缸新同步回路原理， 设计了带补偿措施 的串联液压缸双向同步回路 ，工作原理如图 5 所 示。其中液压缸 1 和液压缸 2 缸径、 杆径和行程完 全相 同 ， 液压缸 1缸筒与载重 台板连接 ， 活塞 杆与 伸缩台板连接，液压缸 2活塞杆与载重台板连接， 缸筒与伸缩台板连接。两缸有杆腔通过油管连通并 外接顺序阀5 ，在两进油口与有杆腔油路之间分别 设置有顺序阀 3 、 4 。顺序阀 3的调定压力略大于平 台伸出时液压缸 1 的无杆腔压力， 顺序阀4的调定 压力略大于平台收回时液压缸 2 的无杆腔压力 ， 顺 序阀 5 的调定压力略高于顺序阀 3 、 4的调定压力。 伸缩台板伸出时， 若液压缸 1 的活塞先到底 ， 则液 压缸 1无杆腔压力 上升 ， 顺序 阀 4开启 ， 此时顺序 阀5 关闭， 压力油经顺序阀 4 继续给液压缸 2的有 杆腔供油， 使液压缸 2的缸筒继续收回， 推动伸缩 台板完全伸出； 若液压缸 2的活塞先到底 ， 则液压 缸 1 和液压缸 2有杆腔的压力上升 ，顺序 阀 5开 启，液压缸 1 有杆腔的液压油经顺序阀5回油箱， 同步误差被消除。伸缩台板收回时则通过顺序阀 3 1 ． 伸 缩台板 用伸缩 液压缸 1 2 ． 伸缩 台板 用伸缩 液压 缸 2 3 ， 4 ， 5 ． 顺序阀 图 5 带补偿措施的串联液压缸双向同步回路原理 和顺序阀 5 消除同步误差。 3 结论 液压隧道维修作业平台的液压系统在设计上充 分考虑了铁路上线作业产品的稳定性和安全性要 下转第4 7 页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 从一个侧面反映了德国工程机械企业精益求精的 制造风格和持续创新的企业理念。 5 优质、 完整的产业链 德国有优质、 完整的工程机械产业链 ， 这条产 业链 由 3部分组成 1 大而强的主机厂 ， 如利勃海 尔、 宝马格和维特根等全球著名的厂商。 2 专而强 的关键基础件厂， 如道依兹发动机、 奔驰卡车和底 盘 、 采埃孚变速器 、 西门子电气元件 、 博世一 力 士乐 液压及控制元件和罗特艾德回转支承等世界知名 生产厂商。 3 专、 特、 精的普通零配件厂， 如威斯法 利金属排气软管厂、 费罗伊登贝克密封件厂等国际 一 线品牌生产厂商。这条优质完整的产业链为德国 工程机械行业高效、 持续地生产优质产品奠定了坚 实的技术和装备基础。 6 提高我国工程机械产品质量的建议 改革开放 以来 ， 特别是近 l 0年来 ， 我 国工程机 械行业取得 了跨越式飞速发展 ， 我 国已成 为世界工 程机械大 国， 但 还不是 工程机械强国 ， 产业链 不完 整 主要是关键基础件缺失 、 质量管理体系不严格 等成为制约我国走向工程机械强国的“ 短板” ， 对此 提出如下建议 1 机制创新。机制创新包括政府服务机制创 新和企业转型升级创新 。 2 0 1 0年德 国政府成立 了国 家级新能源汽车 电动汽车 服务平 台， 助推 电动汽 车企业攻克难关， 这种做法值得参考， 建议我国有 关部门或装备工业 包括工程机械 集中的省 、 市政 府 ，采用建立服务平台或其他创新的服务形式 ， 充 分发挥行业协会 的助手作用 ， 引导 、 支持 、 协调 、 组 织企业建立整合国内外科技资源 ， 政产学研用相结 合的协同创新， 加快建立完整、 优质的装备工业 包 括工程机械 产业链 。 2 观念创新。 我 国一个考察团到德国考察 ， 在 深人工人家庭考察时发现厨房里有个小磅秤， 用于 烹调食物时对食材进行称量， 由此深感一丝不苟的 作风 已深扎在工人心里 ， 或 已成为一种 习惯 ， 构成 了德国产品优 良 性能的思想基础。建议我国企业加 强企业文 化建设 ， 把 “ 精益求精 、 一丝不苟 、 持续创 新 、 奋发图强” 等观念作为企业文化的主要内涵之 一 ，培养在思想上和技能上均具有高素质的职工队 伍 ， 这是企业转型升级 ， 提升包括产品质量在内的 核心竞争力 的基础 。 参考文献 [ 1 ]K o I e C H b l I4 3 K C K a B a T O p ． L i b e r r A 9 2 4 C P l u s L i t r o n i c f J 】 ． C T p O H T e ／ I I H b l H H J o p o ； ,K H b l e M a l I I H H b I ， 2 0 1 2 3 5 3 ． 通信地址广西壮族自治区南宁市桃源路 3号广西壮族自 治区区政协 5 3 0 0 2 1 收稿日期 2 0 1 2 0 8 3 0 上接第 4 4页 的基础上， 更加注重系统的可靠性和备用控制系统 的全面性以及故障应急措施的可操作性，为平台在 有限的作业时间内发挥最大作业效能提供了有力保 障，为严重故障条件下及时安全撤离作业现场提供 了应急措施。带补偿措施串联液压缸双向同步回路 的设计有效克服了串联 同步液压缸因加工误差等引 起不同步， 并能进行伸出和收回时的双向补偿。 随着铁路建设的不断发展 ， 铁路机械化作业程 度将不断提高， 上线机械产品会越来越多， 对铁路 上线产品的安全性要求也越来越严， 希望液压隧道 维修作业平台的液压系统能为同类产品的液压系 统设计提供一定的参考 ， 为通用带补偿措施的串联 液压缸双向同步回路提供借鉴。 参考文献 [ 1 】王大鹏， 刘白， 任水英．带补偿措施的串联液压缸新同步 回路【 J ] ． 传动技术， 2 0 0 0 4 4 0 4 2 ． 【 2 1 G B 1 4 6 ． 2 8 3 标准轨距铁路建筑限界[ S ] ． 【 3 】机械设计手册委员会． 机械设计手册[ MI ． 北京 机械工业 出版社， 2 0 0 4 ． [ 4 1 G B ／ T 3 7 6 6 --2 0 0 1 液压系统通用技术条件[ s ] ． 通信地址四川省广汉市东西大街西三段什邡瑞邦广汉分 公司 6 1 8 3 0 0 收稿日期 2 0 1 2 0 8 2 1 -- 4 7- 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m