杜麗紅

(北京來鐵科技開發(fā)有限公司，北京 100081)

路基的養(yǎng)護是鐵路線路維修的基礎工作，鐵道線路路基中的“暗坑”、“吊板”故障的處理，是日常養(yǎng)路維修中的主要工作。目前用于路基維修作業(yè)中的小型搗固機械主要有振動棒式搗固鎬和直線沖擊式搗固鎬兩大系列產品，這兩種機械的工作原理均是以鎬頭振動進入道砟，將高處道砟“均”到“坑”中。

本文介紹的新型液壓機械手搗固機(已獲國家專利ZL 200530019228.7)，它不同于上述搗固鎬，既不是圓周振動搗固，也不是直線沖擊搗固，而是將搗固分為二個過程，一是機械手搗撐振動進砟，二是依靠機械手搗撐張開的推力定向撥動道砟，并預緊壓實，實現搗固。其工作原理及應用如下所述。

1 工作原理

1.1 振動進砟

開通進砟液壓控制閥，液壓泵站給固定在機架內的液壓馬達提供壓力，馬達輸出軸轉動，其主動鏈輪經鏈條帶動，固定在樞紐軸上的被動鏈輪轉動，與之固定在同一樞紐軸上的2個偏心塊與被動鏈輪同速轉動，偏心塊在轉動時產生離心力，整機在離心力及其自重作用下產生振動，而振動下落過程的最大力是偏心塊的離心力與該機自重的合力，即搗固機械手的進砟力。由于離心力的方向是沿偏心塊的半徑方向，因此該機的振動方向不是直線式上下移動，而是在垂直面上作弧線運動，這樣，機械手即不會破碎道砟，又能迅速插入道砟中。

進砟振動作用力理論計算:

設定動力站的液壓油壓力P=8 MPa，馬達流量q=10 L/min，馬達轉速n=1 800 r/min，偏心塊的質量為1.1 kg，2個偏心塊質量 m1=1.1×2=2.2 kg，偏心塊的偏心距L=21 mm，液壓機械手搗固機質量 m2=26 kg。

根據圓周運動物體離心力的計算公式［1］:離心力E=(2×3.14n)2mr，其中，n為轉速，m 為物體質量，r為旋轉半徑，即r=L。

偏心塊離心力E1=(2×3.14n)2m1L=1.64 kN;

機械手進砟力Q=E1+m2g=1.89 kN。

1.2 撥砟搗固

開通搗固液壓控制閥，液壓泵站供壓力油給固定在機架內的液壓油缸，活塞桿的推力使推力凸緣向固定在機架下方的樞紐軸移動，此時，在推力凸緣內的一對嚙合的齒輪臂繞齒輪中心轉動，并向下方移動，與齒輪臂另一端鉸接的機械手搗撐以樞紐軸為轉動中心轉動，機械手搗撐下端，向兩側張開。當機械手搗撐全部張開時，液壓缸卸油口自動開啟，壓力腔的高壓油經卸油口回流，搗撐停止在最大位置，此時斷開液壓控制閥，機械手閉合并停止。操作者控制機械手的作用位置和方向，使道砟定向移動;機械手搗撐的作用力分解為水平分力F2和垂直分力 F3，水平分力為撥砟的推動力，可預緊撥砟壓實搗固，垂直分力有將軌枕向上抬起的作用。搗固作用力示意見圖1。

液壓油壓力P=8 MPa，液壓活塞直徑為80 mm，活塞面積A=3.14(80/2)2=5 024 mm2;

液壓缸活塞作用力F=PA=40.2 kN;

活塞作用力F分解為Fa和Fb，Fa平行于齒輪臂，Fb垂直于齒輪臂，齒輪臂與水平線夾角為25°，則

Fa分解為 Fa1和 Fa2，Fa1垂直于機械手搗撐主動臂，Fa2平行于機械手搗撐主動臂，則

圖1 搗固作用示意(單位:mm)

Fb分解為 Fb1和 Fb2，Fb1垂直于機械手搗撐主動臂，Fb2平行于機械手搗撐主動臂，則

機械手搗撐上主動力為F1=Fa1+Fb1=51.34 kN，

機械手搗撐上主動力臂長120 mm，被動力臂長240 mm，被動力F合垂直于被動力臂，搗撐繞樞紐軸轉動，根據力矩平衡原理 F1×120=F合×240，F合=25.67 kN。

垂直于被動臂的被動力F合分解為機械手搗撐沿水平方向分力F2和垂直方向的分力F3，則

2 結構及性能

2.1 液壓機械手搗固機的結構

液壓機械手搗固機由液壓控制器、液壓油缸及活塞、振動機構、動力機構、機架及扶手等組成:① 液壓控制器由二位二通液壓振動進砟機構控制閥、二位四通液壓搗固機構控制閥、減壓閥、操作手柄、進出液壓油接頭構成;② 液壓缸機構由缸體、上下蓋、活塞及活塞推桿構成;③ 振動機構由液壓馬達、偏心塊、鏈輪鏈條構成;④ 動力機械手機構由推力凸緣、齒輪臂、樞紐軸、機械手等組成，其中樞紐軸水平布置在機械手上;⑤ 機架及扶手由動力傳動機架、操作扶手、減振橡膠、進出輸油管等構成。

液壓控制器、液壓缸機構、振動機構分別固定在機架內，動力機械手機構安裝在機架下端，扶手在機架上端。整機自上至下呈丁字形結構，見圖2。

圖2 液壓機械手搗固機結構示意

2.2 性能特點(見表1)

液壓機械手搗固機與圓周振動棒式搗固鎬、直線沖擊式搗固鎬相比具有以下特點:

1)定向撥砟、預緊壓實搗固，即操作者可以人為地控制道砟搗固的方向。

2)雙面搗固效率高，兩個搗撐平面與道砟接觸，接觸面積為(70 mm×300 mm)×2，搗固作用面積大、效率高。

3)“靜態(tài)”搗固勞動強度低，液壓缸產生的“靜態(tài)”推力，經動力機構驅動機械手搗撐張開，對道砟產生定向推力，搗固過程無振動。操作者只控制搗固方向，不承受作用力，有效地降低了勞動強度。

4)液壓管件采用高質量、平面防塵接頭，帶壓裝卸，快捷方便;液壓機械手搗固機在搗固時搗撐向上的分力，可直接將軌枕抬高，對于線路搗固非常有利;液壓機械手搗固機搗撐進砟時是弧線運動軌跡，不會對道砟形成破碎，不增加后續(xù)的清篩工作量。

表1 幾種搗固機性能對比

3 使用情況

1)弧線振動進砟速度

液壓機械手搗固機是利用2個偏心塊繞水平方向的樞紐軸轉動時產生的離心力而振動。而離心力的方向是沿著旋轉軸的徑向方向，因而振動是非上下直線運動，而是在垂直平面上的弧線軌跡運動，弧線式振動加大了振動振幅，操作時，自動進砟效果明顯，進砟效率得以提高。

2)“靜態(tài)”撥砟搗固效率

液壓機械手搗固機的搗固動力是液壓缸推動機械手而產生的推力，進入軌枕道砟內的兩個機械手搗撐推動道砟向其兩側方向移動，人為控制道砟移動方向，使搗撐的推動力把搗撐外側的道砟壓向軌枕下懸空的空隙處，經搗固作業(yè)的軌枕過車后回落很小;由于液壓機械手搗固機的作業(yè)是在兩軌枕之間同時對兩根軌枕進行定向撥砟壓緊，2 kN的推力可使搗固快速完成，工作效率至少提高2倍，而液壓機械手搗固機所用液壓動力源只有現有搗固鎬功率的一半。

3)快速處理“吊板”、“三角暗坑”故障

處理線路常見的“吊板”、“三角暗坑”等軌枕與道砟懸空病害時，操作者確定具體懸空位置后，起動液壓泵站，接通液壓管路，將液壓機械手搗固機置于要搗固的兩個軌枕中間處，開通振動操作手柄，機械手搗撐快速振動，使搗撐尖直接插入道砟中，當機械手搗撐全部進入道砟后，松開操作手柄，振動停止，完成進砟;此時開通搗固操作手柄，搗撐張開，當搗撐張開距離最大時，搗撐張開的搗固力也最大，搗撐的定向推力將道砟壓向兩根軌枕下的懸空處，撥砟預緊，壓實搗固。每個軌枕空間的軌道一側只需搗固一次，即可完成，這樣逐一將“暗坑”范圍內的道砟進行搗固，可快速排除此故障。由于機械手搗撐垂直向上的分力，具有將接觸物提升的作用，對軌枕抬起效果明顯，不用起道機亦可直接搗固作業(yè)。另外，液壓機械手搗固機又可進行方枕作業(yè)。

4)動力穩(wěn)定，安全可靠

液壓機械手搗固機采用成熟的液壓技術，其進砟、搗固動力強大，工作效率高，性能穩(wěn)定，安全可靠。由于操作者遠離動力源，有效減少了動力源尾氣和噪聲對人的危害。液壓機械手搗固機的搗撐推力有將軌枕向上抬起的作用，不用起道機可直接作業(yè)，消除了養(yǎng)護作業(yè)的安全隱患，這對線路行車安全意義很大。

4 結語

液壓機械手搗固機工作原理新穎、結構簡單、工作質量可靠，同時降低了操作人員的勞動強度，該搗固機的研制將推動小型線路養(yǎng)護機具的不斷創(chuàng)新。

［1］成大先主編.機械設計手冊(第四版)［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2007.

［2］蔣剛.D09-32型連續(xù)式搗固車撥道原理分析［J］.鐵道建筑，2008(10):107-109.

［3］暢建民.提高D08-32型搗固車系統(tǒng)精度的措施［J］.鐵道建筑，2009(9):109-111.

［4］張利杰.D08-32型搗固車測量走行方式的改造方案［J］.鐵道建筑，2006(4):80-81.