浅析捣固装置超声波明渠流量计液压系统的设计与试验
发布时间：2019-09-24 发布作者：
摘 要：介绍了捣固装置的结构与工作原理，设计了捣固装置超声波明渠流量计的液压系统。 基于超声波明渠流量计对捣固装置进行台架试验，监测捣固装置的各项数据，采集和保存轴承档的温度，进而检验捣固装置的加工与组装质量，确认其符合现场作业要求。
1 研究背景
列车在线路上平稳、 快速前进离不开线路维护保养等大量幕后工作， 大型养路机械是维护铁路线路质量、保证行车安全必不可少的重要装备，在我国铁路历次大面积提速中发挥了不可替代的作用。目前，我国在对有碴铁路干线进行大修、 维修作业及新线建设机械化作业时采用捣固车和动力稳定车联合作业的配套机械化作业模式 ［ 1 ］ 。
捣固装置是捣固车的主要工作装置， 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 ［ 2 ］ 。 由于捣固装置所处环境为野外露天，现场检修困难，因此，利用超声波明渠流量计进行捣固装置的台架试验， 以检验其加工及组装质量显得尤为重要。 笔者对捣固装置
超声波明渠流量计的液压系统进行设计，并进行试验。
2 捣固装置结构与工作原理
捣固装置总成如图 1 所示，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、外支承臂及油箱部件、导柱组件、分配体油气管道系统和润滑系统等组成 ［ 3 ］ 。
2.1 连接部分
连接部分主要为导柱组件， 捣固装置通过导柱安装在捣固小车的捣固框架上，在升降油缸的作用下，可以沿导柱上下移动，并实现提升与下插运动。
2.2 机架
机架主要为捣固装置的箱体， 由铸钢件与钢板焊接而成，是其余各部分的安装基础。
2.3 振动产生和传递部分
振动产生和传递部分包括振动轴、内外油缸、镐臂及支承、捣镐等零部件。振动轴端液压马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，通过内外油缸、镐臂等零部件传递给捣镐。 这几个零部件构成四连杆或五连杆机构， 按照连杆机构的运动规律较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，这一振动直接作用于道碴 ［ 4 ］ 。
2.4 夹持力产生和传递
夹持力由内外油缸产生， 夹持力和运动通过油缸活塞杆、镐臂、捣镐进行传递，较终到达镐掌上。在捣固过程中，镐掌产生对道碴的夹持运动和夹持力。油缸活塞杆反向运动，可使镐掌张开。
3 超声波明渠流量计液压系统设计
捣固装置超声波明渠流量计液压系统的原理如图 2 所示。为了更好地模拟捣固装置的实际工况，这一液压系统主要分为三个部分。
3.1 捣固装置液压马达回路
捣固装置液压马达回路主要由内啮合齿轮泵、比例溢流阀、压力表、液压马达、流量计、插装阀和回油过滤器等组成。变频电机驱动内啮合齿轮泵作为动力源，
驱动液压马达， 通过弹性联轴器带动振动轴在不同的试验转速下旋转， 模拟捣固装置在实际工况下产生的振动和传递 ［ 5 ］ 。
3.2 捣固装置内外夹持
油缸回路捣固装置内外夹持油缸回路主要由比例溢流阀、回油过滤器、叶片泵、电磁换向阀、单向节流阀、蓄能器、内夹持油缸和外夹持油缸等组成。电机驱动叶片泵作为动力源，油液通过电磁换向阀控制内外夹持油缸伸出、缩回动作，通过单向节流阀控制内外夹持油缸伸出、 缩回的行程时间。 回路中设置有蓄能器，以吸收来回换向形成的压力冲击 ［ 6 ］ 。 这一回路较好地模拟了捣固装置在实际工况下产生的夹持和传递。
3.3 冷却过滤回路
冷却过滤回路主要由直动式溢流阀、回油过滤器、叶片泵和工业油冷机等组成。液压油箱中的液压油通过回油过滤器进行过滤，工业油冷机进行冷却，可以较好地实现对液压油清洁度和温度的控制 ［ 7 ］
4 试验研究
根据液压系统原理搭建捣固装置超声波明渠流量计，如图 3 所示。试验台主要由捣固装置试验台架、液压系统总成和测控系统组成。
测控系统如图 4 所示，主要由工控机、可编程序控制器、压力传感器、流量传感器、数据采集卡、接线端子板、显示器、显示仪表等组成，可以对整个液压系统进行动作控制、数据采集和数据处理，并通过 LabVIEW可视化测试软件在捣固装置台架试验过程中实时显示和监控试验数据 ［ 8-10 ］ 。
某型捣固装置振动轴在转速 1 700 r/min 下的测
控系统主界面如图 5 所示。由图 5 可以看出，测控系统具备以下功能： ① 液压马达、液压油缸流量和压力参数的实时显示； ② 系统运行的控制与监视； ③ 试验参数的设置； ④ 试验数据的保存和后处理； ⑤ 测试结果报表的生成与打印。
根据现场试验要求， 被试验的捣固装置需要在不同转速下运行相应的时间，进而检验组装的正确性。在试验过程中， 需要通过测量和采集捣固装置振动轴处各轴承档的实时温度来作为判断试验结果的依据。 在整个试验过程中， 试验台可以对所有测量采集的轴承温度进行实时保存， 并利用测控系统的数据回放功能生成报表，以便于试验结果的储存和后期查看。
5 结束语
笔者介绍了捣固装置的工作原理， 设计了捣固装置超声波明渠流量计液压系统。 捣固装置超声波明渠流量计实时监控捣固装置的试验过程， 通过测量和采集试验过程中轴承档的温度，来反映捣固装置实际运行情况。捣固装置试验台的应用在检验捣固装置组装质量和保证现场施工中起到了重要作用。
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