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淺析搗固裝置超聲波明渠流量計液壓系統的設計與試驗

發布時間：2019-09-24 發布作者：

摘要：介紹了搗固裝置的結構與工作原理，設計了搗固裝置超聲波明渠流量計的液壓系統。基于超聲波明渠流量計對搗固裝置進行臺架試驗，監測搗固裝置的各項數據，采集和保存軸承檔的溫度，進而檢驗搗固裝置的加工與組裝質量，確認其符合現場作業要求。

1 研究背景

列車在線路上平穩、快速前進離不開線路維護保養等大量幕后工作，大型養路機械是維護鐵路線路質量、保證行車安全必不可少的重要裝備，在我國鐵路歷次大面積提速中發揮了不可替代的作用。目前，我國在對有碴鐵路干線進行大修、維修作業及新線建設機械化作業時采用搗固車和動力穩定車聯合作業的配套機械化作業模式［ 1 ］。

搗固裝置是搗固車的主要工作裝置，用于搗固鋼軌兩側的枕底道碴，并與起撥道裝置相配合，消除軌道的高低不平，提高軌道的穩定性［ 2 ］。由于搗固裝置所處環境為野外露天，現場檢修困難，因此，利用超聲波明渠流量計進行搗固裝置的臺架試驗，以檢驗其加工及組裝質量顯得尤為重要。筆者對搗固裝置超聲波明渠流量計的液壓系統進行設計，并進行試驗。

2 搗固裝置結構與工作原理

搗固裝置總成如圖 1 所示，主要由箱體、振動軸部件、內外油缸部件、分配體部件、行程限制部件、鎬臂支承部件、外支承臂及油箱部件、導柱組件、分配體油氣管道系統和潤滑系統等組成［ 3 ］。

2.1 連接部分

連接部分主要為導柱組件，搗固裝置通過導柱安裝在搗固小車的搗固框架上，在升降油缸的作用下，可以沿導柱上下移動，并實現提升與下插運動。

2.2 機架

機架主要為搗固裝置的箱體，由鑄鋼件與鋼板焊接而成，是其余各部分的安裝基礎。

2.3 振動產生和傳遞部分

振動產生和傳遞部分包括振動軸、內外油缸、鎬臂及支承、搗鎬等零部件。振動軸端液壓馬達通過彈性聯軸節驅動振動軸旋轉，振動軸的偏心部分產生偏心運動，通過內外油缸、鎬臂等零部件傳遞給搗鎬。這幾個零部件構成四連桿或五連桿機構，按照連桿機構的運動規律較終使搗鎬鎬掌產生與偏心運動相關聯的強迫微幅振動。搗固時，這一振動直接作用于道碴［ 4 ］。

2.4 夾持力產生和傳遞

夾持力由內外油缸產生，夾持力和運動通過油缸活塞桿、鎬臂、搗鎬進行傳遞，較終到達鎬掌上。在搗固過程中，鎬掌產生對道碴的夾持運動和夾持力。油缸活塞桿反向運動，可使鎬掌張開。

3 超聲波明渠流量計液壓系統設計

搗固裝置超聲波明渠流量計液壓系統的原理如圖 2 所示。為了更好地模擬搗固裝置的實際工況，這一液壓系統主要分為三個部分。

3.1 搗固裝置液壓馬達回路

搗固裝置液壓馬達回路主要由內嚙合齒輪泵、比例溢流閥、壓力表、液壓馬達、流量計、插裝閥和回油過濾器等組成。變頻電機驅動內嚙合齒輪泵作為動力源，

驅動液壓馬達，通過彈性聯軸器帶動振動軸在不同的試驗轉速下旋轉，模擬搗固裝置在實際工況下產生的振動和傳遞［ 5 ］。

3.2 搗固裝置內外夾持

油缸回路搗固裝置內外夾持油缸回路主要由比例溢流閥、回油過濾器、葉片泵、電磁換向閥、單向節流閥、蓄能器、內夾持油缸和外夾持油缸等組成。電機驅動葉片泵作為動力源，油液通過電磁換向閥控制內外夾持油缸伸出、縮回動作，通過單向節流閥控制內外夾持油缸伸出、縮回的行程時間。回路中設置有蓄能器，以吸收來回換向形成的壓力沖擊［ 6 ］。這一回路較好地模擬了搗固裝置在實際工況下產生的夾持和傳遞。

3.3 冷卻過濾回路

冷卻過濾回路主要由直動式溢流閥、回油過濾器、葉片泵和工業油冷機等組成。液壓油箱中的液壓油通過回油過濾器進行過濾，工業油冷機進行冷卻，可以較好地實現對液壓油清潔度和溫度的控制［ 7 ］

4 試驗研究

根據液壓系統原理搭建搗固裝置超聲波明渠流量計，如圖 3 所示。試驗臺主要由搗固裝置試驗臺架、液壓系統總成和測控系統組成。

測控系統如圖 4 所示，主要由工控機、可編程序控制器、壓力傳感器、流量傳感器、數據采集卡、接線端子板、顯示器、顯示儀表等組成，可以對整個液壓系統進行動作控制、數據采集和數據處理，并通過 LabVIEW可視化測試軟件在搗固裝置臺架試驗過程中實時顯示和監控試驗數據［ 8-10 ］。

某型搗固裝置振動軸在轉速 1 700 r/min 下的測

控系統主界面如圖 5 所示。由圖 5 可以看出，測控系統具備以下功能： ① 液壓馬達、液壓油缸流量和壓力參數的實時顯示； ② 系統運行的控制與監視； ③ 試驗參數的設置； ④ 試驗數據的保存和后處理； ⑤ 測試結果報表的生成與打印。

根據現場試驗要求，被試驗的搗固裝置需要在不同轉速下運行相應的時間，進而檢驗組裝的正確性。在試驗過程中，需要通過測量和采集搗固裝置振動軸處各軸承檔的實時溫度來作為判斷試驗結果的依據。在整個試驗過程中，試驗臺可以對所有測量采集的軸承溫度進行實時保存，并利用測控系統的數據回放功能生成報表，以便于試驗結果的儲存和后期查看。

5 結束語

筆者介紹了搗固裝置的工作原理，設計了搗固裝置超聲波明渠流量計液壓系統。搗固裝置超聲波明渠流量計實時監控搗固裝置的試驗過程，通過測量和采集試驗過程中軸承檔的溫度，來反映搗固裝置實際運行情況。搗固裝置試驗臺的應用在檢驗搗固裝置組裝質量和保證現場施工中起到了重要作用。

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