摘 要：介紹了搗固裝置的結(jié)構(gòu)與工作原理，設(shè)計(jì)了搗固裝置超聲波明渠流量計(jì)的液壓系統(tǒng)。 基于超聲波明渠流量計(jì)對(duì)搗固裝置進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)搗固裝置的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，采集和保存軸承檔的溫度，進(jìn)而檢驗(yàn)搗固裝置的加工與組裝質(zhì)量，確認(rèn)其符合現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要求。

1 研究背景

列車在線路上平穩(wěn)、 快速前進(jìn)離不開線路維護(hù)保養(yǎng)等大量幕后工作， 大型養(yǎng)路機(jī)械是維護(hù)鐵路線路質(zhì)量、保證行車安全必不可少的重要裝備，在我國(guó)鐵路歷次大面積提速中發(fā)揮了不可替代的作用。目前，我國(guó)在對(duì)有碴鐵路干線進(jìn)行大修、 維修作業(yè)及新線建設(shè)機(jī)械化作業(yè)時(shí)采用搗固車和動(dòng)力穩(wěn)定車聯(lián)合作業(yè)的配套機(jī)械化作業(yè)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(cè)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(wěn)定性 ［ 2 ］ 。 由于搗固裝置所處環(huán)境為野外露天，現(xiàn)場(chǎng)檢修困難，因此，利用超聲波明渠流量計(jì)進(jìn)行搗固裝置的臺(tái)架試驗(yàn)， 以檢驗(yàn)其加工及組裝質(zhì)量顯得尤為重要。 筆者對(duì)搗固裝置超聲波明渠流量計(jì)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行試驗(yàn)。

2 搗固裝置結(jié)構(gòu)與工作原理

搗固裝置總成如圖 1 所示，主要由箱體、振動(dòng)軸部件、內(nèi)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(dǎo)柱組件、分配體油氣管道系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)等組成 ［ 3 ］ 。

2.1 連接部分

連接部分主要為導(dǎo)柱組件， 搗固裝置通過導(dǎo)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(dǎo)柱上下移動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)提升與下插運(yùn)動(dòng)。

2.2 機(jī)架

機(jī)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(chǔ)。

2.3 振動(dòng)產(chǎn)生和傳遞部分

振動(dòng)產(chǎn)生和傳遞部分包括振動(dòng)軸、內(nèi)外油缸、鎬臂及支承、搗鎬等零部件。振動(dòng)軸端液壓馬達(dá)通過彈性聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)， 振動(dòng)軸的偏心部分產(chǎn)生偏心運(yùn)動(dòng)，通過內(nèi)外油缸、鎬臂等零部件傳遞給搗鎬。 這幾個(gè)零部件構(gòu)成四連桿或五連桿機(jī)構(gòu)， 按照連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律較終使搗鎬鎬掌產(chǎn)生與偏心運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)的強(qiáng)迫微幅振動(dòng)。 搗固時(shí)，這一振動(dòng)直接作用于道碴 ［ 4 ］ 。

2.4 夾持力產(chǎn)生和傳遞

夾持力由內(nèi)外油缸產(chǎn)生， 夾持力和運(yùn)動(dòng)通過油缸活塞桿、鎬臂、搗鎬進(jìn)行傳遞，較終到達(dá)鎬掌上。在搗固過程中，鎬掌產(chǎn)生對(duì)道碴的夾持運(yùn)動(dòng)和夾持力。油缸活塞桿反向運(yùn)動(dòng)，可使鎬掌張開。

3 超聲波明渠流量計(jì)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

搗固裝置超聲波明渠流量計(jì)液壓系統(tǒng)的原理如圖 2 所示。為了更好地模擬搗固裝置的實(shí)際工況，這一液壓系統(tǒng)主要分為三個(gè)部分。

3.1 搗固裝置液壓馬達(dá)回路

搗固裝置液壓馬達(dá)回路主要由內(nèi)嚙合齒輪泵、比例溢流閥、壓力表、液壓馬達(dá)、流量計(jì)、插裝閥和回油過濾器等組成。變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)內(nèi)嚙合齒輪泵作為動(dòng)力源，驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)， 通過彈性聯(lián)軸器帶動(dòng)振動(dòng)軸在不同的試驗(yàn)轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)， 模擬搗固裝置在實(shí)際工況下產(chǎn)生的振動(dòng)和傳遞 ［ 5 ］ 。

3.2 搗固裝置內(nèi)外夾持

油缸回路搗固裝置內(nèi)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(jié)流閥、蓄能器、內(nèi)夾持油缸和外夾持油缸等組成。電機(jī)驅(qū)動(dòng)葉片泵作為動(dòng)力源，油液通過電磁換向閥控制內(nèi)外夾持油缸伸出、縮回動(dòng)作，通過單向節(jié)流閥控制內(nèi)外夾持油缸伸出、 縮回的行程時(shí)間。 回路中設(shè)置有蓄能器，以吸收來(lái)回?fù)Q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(shí)際工況下產(chǎn)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(dòng)式溢流閥、回油過濾器、葉片泵和工業(yè)油冷機(jī)等組成。液壓油箱中的液壓油通過回油過濾器進(jìn)行過濾，工業(yè)油冷機(jī)進(jìn)行冷卻，可以較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓油清潔度和溫度的控制 ［ 7 ］

4 試驗(yàn)研究

根據(jù)液壓系統(tǒng)原理搭建搗固裝置超聲波明渠流量計(jì)，如圖 3 所示。試驗(yàn)臺(tái)主要由搗固裝置試驗(yàn)臺(tái)架、液壓系統(tǒng)總成和測(cè)控系統(tǒng)組成。

測(cè)控系統(tǒng)如圖 4 所示，主要由工控機(jī)、可編程序控制器、壓力傳感器、流量傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、接線端子板、顯示器、顯示儀表等組成，可以對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)作控制、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，并通過 LabVIEW可視化測(cè)試軟件在搗固裝置臺(tái)架試驗(yàn)過程中實(shí)時(shí)顯示和監(jiān)控試驗(yàn)數(shù)據(jù) ［ 8-10 ］ 。

某型搗固裝置振動(dòng)軸在轉(zhuǎn)速 1 700 r/min 下的測(cè)控系統(tǒng)主界面如圖 5 所示。由圖 5 可以看出，測(cè)控系統(tǒng)具備以下功能： ① 液壓馬達(dá)、液壓油缸流量和壓力參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示； ② 系統(tǒng)運(yùn)行的控制與監(jiān)視； ③ 試驗(yàn)參數(shù)的設(shè)置； ④ 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的保存和后處理； ⑤ 測(cè)試結(jié)果報(bào)表的生成與打印。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)要求， 被試驗(yàn)的搗固裝置需要在不同轉(zhuǎn)速下運(yùn)行相應(yīng)的時(shí)間，進(jìn)而檢驗(yàn)組裝的正確性。在試驗(yàn)過程中， 需要通過測(cè)量和采集搗固裝置振動(dòng)軸處各軸承檔的實(shí)時(shí)溫度來(lái)作為判斷試驗(yàn)結(jié)果的依據(jù)。 在整個(gè)試驗(yàn)過程中， 試驗(yàn)臺(tái)可以對(duì)所有測(cè)量采集的軸承溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)保存， 并利用測(cè)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)回放功能生成報(bào)表，以便于試驗(yàn)結(jié)果的儲(chǔ)存和后期查看。

5 結(jié)束語(yǔ)

筆者介紹了搗固裝置的工作原理， 設(shè)計(jì)了搗固裝置超聲波明渠流量計(jì)液壓系統(tǒng)。 搗固裝置超聲波明渠流量計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)控?fù)v固裝置的試驗(yàn)過程， 通過測(cè)量和采集試驗(yàn)過程中軸承檔的溫度，來(lái)反映搗固裝置實(shí)際運(yùn)行情況。搗固裝置試驗(yàn)臺(tái)的應(yīng)用在檢驗(yàn)搗固裝置組裝質(zhì)量和保證現(xiàn)場(chǎng)施工中起到了重要作用。