08-32捣固车作业走行系统研究（可编辑）

08-32捣固车作业走行系统研究（可编辑） 08-32捣固车作业走行系统研究 中南大学 硕士学位论文 08-32捣固车作业走行系统研究 姓名:龙京 申请 关于撤销行政处分的申请关于工程延期监理费的申请报告关于减免管理费的申请关于减租申请书的范文关于解除警告处分的申请 学位级别:硕士 专业:机械制造及自动化 指导教师:胡军科 20070501摘 要 中国铁路事业蓬勃发展,随着第六次铁路大提速在全国各主要干 线上的展开,我国已迈进了高速铁路时代。高时速就意味着要有更高 的安全保障,而线路作为铁路的一个重要环节,其质量的好坏直接关 系到人民群众的生命安全。?捣固车是保证铁道线路质量的重 要养路设备。 我国大型养路机械已有近年的历史,主要靠引进国外技术生 产。面对着铁路提速后对线路质量的更高要求,提高养路机械的作业 精度和可靠性已受到广泛关注,市场的需求催生了对引进技术和产品 的消化吸收和再创新。一本文就是针对施工作业中捣固车频频 出现车轴齿轮箱损坏的事件,对普拉塞公司的 ?型自动整平 捣固车的作业走行系统进行了研究,结果发现由于液压马达至前后转 向架驱动轮的传动比不一致而产生了寄生功率,进而消耗了发动机的 功率,使传动机构承受很大的附加载荷,容易损坏车轴齿轮箱,降低 了作业走行传动部分的可靠性。 为此,我们通过理论验算和现场试验的方法,取得了确实可靠的 证据。在此基础之上,提出了对现有.捣固车的改造 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,并 通过样机改造试验验证了改造方案的可行性。 在改造前还对捣固车作业走行传动系统进行了计算机动态仿真, 以预测改造的效果,降低投资风险。通过功率键合图建模, /软件仿真,展示了改造后的捣固车动力输出特性,这 些仿真数据对现场样机的调试有指导意义。 关键词: 捣固车,液压传动,作业走行系统,牵引力控制,液压系统仿真 .. .. . . . ,. . . . , . . ,.? / ,. . . . , , :, , 原创性声明 本人声明,所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知,除了论文中特别加以标注和致谢的地方外, 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得中南 大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本 研究所作的贡献均已在在论文中作了明确的说明。 作者签名:燧 日期纷么月卫日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权 保留学位论文,允许学位论文被查阅;学校可以公布学位论文的全部或部 分内容,可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文;学校可根据国家 或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名: 刷程名一’砷日期一蚺朋日硕士学位论文 第一章绪论 第一章 绪论 .引言 。晴天一身汗,雨天一身泥”的人力养护铁路已成为历史。在新时期,新形 势下,跨越式发展的中国铁路,需要高品质的大型养路机械为它保驾护航。因此, 铁道部着眼于世界铁路发展的大趋势,从中国铁路的实际出发,统一部署,充分 调动一切积极因素,打造“高 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 、高性能、高质量”的”中国牌”大型养路机械。 十五”期间大型养路机械和工务专用设备装备计划的实施,使我国大型养路 机械的发展达到新的水平,装备数量到位,配套功能齐全;各种大型养路机械性 能先进、技术成熟、经济实用、安全可靠。工务部门加快了施工机械化的进程, 扩大了大型养路机械装备规模,全面提高了装备技术水平,维修机组将具备每年 完成线路维修公里的能力,促进了工务维修手段由限制型向适应型的转 化,推动了工务技术进步和修程、修制的改革,为铁路运输的快速发展提供了 更 加坚实的基础。 .我国大型养路机械发展历程及现状【】峒 ..我国大型养路机械的发展历程 我国铁路已经有百余年的历史。百余年来,铁路养护手段随着铁路事业的整 体进步,亦得到了飞速发展,从纯粹的人力型机械化,再到大型机械化,铁 路养护手段发展的历史,就是铁路百年史的缩影。 年代以前:人力养护 人力养护百年铁路,百年血汗。中国早年的铁路养路水平很低,至少到上世 纪年代以前,铁路线路养护基本上靠的是人力。人力养护线路劳动强度大, 工作效率低,作业质量不高。 至年代:小型机械化 上世纪年代之后,为适应铁路快速、重载以及轨道结构重型化的技术发 展,各国铁路竞相采用大型养路机械。到年代末,发达国家的铁路已基本形 成以大型养路机械为主要作业手段的格局。 在此阶段,我国的铁路养护事业亦在探索多年之后,迈出了艰难的一步, 开始在工作中使用小型机械,摆脱了完全依靠人力进行铁路养护的时代。 铁路线路养护的基本作业有起道、拨道、改道、调整轨缝、捣固、清筛等。 而这其中,捣固、清筛等作业又在铁路线路日常维护中最容易看到。硕士学 位论文 第一章绪论 到了上世纪年代,我国铁路养护作业机械化程度已经达到%左右。这 些设备的使用,不仅提高了作业效率,而且减轻了养路工人的劳动强度。为了 适 应发展步伐,工务段普遍设立了机械化工队和养路工区,配备了以单项、小型为 主的养路机械,如捣固机、扒碴机、边坡回填机、液压起道机等,这是当时机械 化作业的重要力量。 年代至今:走向大型机械化 上世纪年代初期,铁道部从奥地利普拉塞公司引进了先进的大型养路机 械制造技术,组建了以昆明中铁大型养路机械集团有限公司为主体,以铁道科学 研究院、戚墅堰机车车辆工艺研究所、株洲电力机车研究所、铁道专业设计院为 成员单位的大型养路机械国产化联合体,发挥集团优势,强强联合,共同进行大 型养路机械国产化工作。 通过引进技术国产化,联合体学习了国外先进技术和管理经验,提高了技术 人员和管理人员的业务水平,更新了传统的设计观念,拓宽了开发思路,增强了 开发具有自主知识产权产品的能力。在消化吸收.型自动整平捣固车、 型全断面道碴清筛机、.型连续式捣固车、型道岔捣固 车制造技术的基础上,昆明中铁大型养路机械集团有限公司与联合体各单位通力 合作,大胆创新,成功地进行了型双向道床配砟车、.型动力 稳定车的开发制造,实现了我国铁路大型养路机械国产化配套生产。 昆明中铁大型养路机械集团有限公司自主开发制造了一型全断面道 碴清筛机、型全断面道砟清筛机、一 型捣固车、型全 断面道床换砟处理机、型散料自动装卸运输车、型道岔铺换机组等 产品,进一步满足了中国铁路发展建设的需求。这些产品均代表着大型养路机械 发展的最新技术,既保证了集团公司在大型养路机械市场的技术领先地位,也使 得我国大型养路机械发展与世界保持同步。 ..我国大型养路机械的现状 经过全路近年的不懈努力,我国大型养路机械从无到有、从大并形 成一定规模,主型机械齐全,附属设备配套,在装备有捣固、清筛、动力稳定、 配砟整形等机型的基础上,还陆续装备了钢轨打磨车、道岔打磨车、道岔捣固车、 大修列车、道岔铺换设备等新型机械。据统计,我国铁路现有大型养路机械的作 业能力分别达到线路捣固公里,道床清筛公里,钢轨打磨公 里,道岔捣固组。 上世纪年代以来余年间,我国大型养路机械国产化工作也取得了可 喜的进展,具备年产各类大型机械台的能力。 第一章绪论 硕士学位论文 随着中国铁路的技术进步和装备现代化的发展,大型养路机械在繁忙干线和 快速线路的维修与养护中得到广泛使用,保障车安全运行,在中国铁路近年 来的实施的次大面积提速和京九、南昆、秦沈、青藏等新线建设中取得了令人 瞩目的成绩,发挥了不可替代的重要作用。大型养路机械国产化的成功之路成为 铁道部采用技贸结合的方式、引进技术国产化的一个成功典范。 ..我国捣固车的发展历程 年,我国铁路首次从瑞士马蒂萨公司引进轨行式镐捣固车台,拟 作为样机进行仿制。 铁道部为此专门投资在沈阳机车车辆厂建立了从事养路机械生产的一个车 间。沈阳厂组织大量技术人员开展了对镐捣固车的仿制会战,通过测绘设计, 最终自力更生生产出了建立在当时工业水平上的国产捣固车。铁道部对国产捣固 车共计划安排生产了台,至年终因产品技术性能落后而停产。 年,铁道部组成大型养路机械运用及制造考察组赴欧洲考察,并从奥 地利普拉塞公司采购了捣固、清筛、配碴整形和动力稳定等一批大、中维修作业 机械,配属锦州、北京两铁路局投入试用。 年,铁道部决定以技贸结合的方式采购台型自动整平捣固 车,并同时引进生产技术。 年,昆明机械厂又先后从普拉塞公司引进了型连续式捣固车、 型道岔捣固车的生产技术,使我国铁路大型养路机械国产化工作取 得了极大进展。 .课题研究的主要内容、意义与条件 ..课题主要研究的内容及目的 本文对型抄平起拨道捣固车的作业走行驱动部分存在的运动不同步 和牵引力不均衡的问题进行了详细地分析和研究,主要工作内容如下: .研究了大量的资料,对铁路养路机械有了比较全面地了解,尤其是对养路 机械的各种走行方式进行了深入地研究; .对型抄平起拨道捣固车作业走行传动系统进行了彻底地剖析,找 到了引起捣固车运动不同步和牵引力不均衡的根本原因,并探讨了相应 地改进方案: .对选定的改造方案进行了计算验证,并对改造部分进行了建模仿真; .在?型抄平起拨道捣固车上完成样车改造,并进行性能测试。 硕士学位论文 第一章绪论 课题研究的目的: .减小作业时主驱动的负荷,提高主驱齿轮箱的寿命; .增大辅驱的牵引力,同时也能减小辅驱液压马达的负荷,以提高其使用 寿命; .作业走行的性能不再依靠调整两个节流阀.的开度来获得; .在连续走行时能获得更大的行驶速度; .防止功率寄生,减小功耗和齿轮的磨耗,达到提高效率和延长走行部寿 命的效果。 ..课题的研究意义 大型养路机械每维修公里可替代个工,每大修公里可替代个工。 据上海铁路局测算,年,在沪宁线上采用大型养路机械进行的多项目线路 大修综合施工,按节省的”天窗”数折算,相当于创运输收益万元。所以说, 大型养路机械的使用,是中国铁路解放生产力的一场革命。 在施工现场,一般为编组作业。一套比较先进的大型养路机械,主要由两台 型道床清筛机,三台.捣固车,一台.型配碴整形车和一台 型动力稳定车组成。而作业效率的高低主要取决于捣固车的捣进速度, 故保障捣固车良好的走行性能是提高作业效率、降低成本的关键。 另外,在铁路线路的新建、大修和维修的工作中,道床捣固密实是最主要的 作业之一,对线路质量的优劣起决定性作用。各国都把对捣固车的研制放在 各种 线路机械的首位。 我国正处于铁路跨越式发展战略的关键时期,即将到来的全国铁路第六次大 提速,六大干线将提速至时速公里,这就要求有更高效率、更高作业质量、 更高检测速度的大型养路机械以适应客运专线、提速线路、重载线路对养护 维修 的需要。因此,对现有捣固车的走行部分进行改进,使其整机性能更加 优越是十分必要的。 ..课题研究所具备的条件 .导师在机械、液压和电气等领域有很高的造诣,并且长期与昆明大型养 路机械厂进行科研项目的合作,对大型养路机械有深入的了解和研究, 能够在整个课题研究过程中提供全方位的指导: .通过多年的学习,本人对机械、液压及电气知识也有一定的掌握,有能 力通过观察故障现象,找出存在的问题,并对其进行分析,最终解决问 题: 硕士学位论文 第一章绪论 .查阅了自八十年代以来的大量的有关文献资料,对现有产品的技术性能 有了充分的了解; .拥有多年在九江养路机械段的工作经验,通过在现场作业观察,获得了 大量的一手资料; .能够提供现场试验的条件,采集了大量的数据。 第二章?捣固车走行系统分析 硕士学位论文 第二章捣固车走行系统分析 。捣固车知识的相关介绍? ..捣固车的结构及用途 ?型捣固车是目前应用最广泛的一种捣固车,由于它结构先进,功能 齐全,近年来得到世界各国铁路工务部门的使用。图?是型捣固车的 结构外形图。 ?型捣固车有个捣固镐头,同时可以捣固两根轨枕,作业走行是步 进式,为多功能的线路捣固车。 捣固车是机、电、液、气一体的机械,采用了大量的先进技术,如 电液伺服控制技术、自动检测技术、微机控制技术、激光准直等。 ?捣固车主机是由两轴转向架、专用车体和前、后司机室、捣固装置、 夯实装置、起拨道装置、检测装置、液压系统、电气系统、气动系统、动力及动 力传动系统、制动系统、操纵装置等组成。附属设备有材料车、激光准直设备、 线路检测设备等。 图 ?型捣固车 一后司机室;一中间车项;一高低捡测弦线;一油箱;一柴油机;一前司机室; 一点检测轮;一分动箱;一传动轴;一方向检测弦线;一液力机械变速箱; 一起拨道装置;一点检测轮;一务实器;一捣固装置;一转向架; 一点检测轮:一材料车;一点检测轮;一激光发射器. ?捣固车是引进奥地利技术生产的大型养路机械,在铁道线路的新线 建设、旧线大修清筛和运营线路维修作业中,对轨道进行拨道、起道抄平、石碴 捣固及道床肩部石碴的夯实作业,使轨道方向、左右水平和前后高低均达到线路 设计标准或线路维修规则要求,提高道床的密实度,增加轨道的稳定性,保证列 车安全运行。 硕士学位论文 第二章?捣固车走行系统分析 捣固车可以单独进行起拨道抄平作业或是捣固作业,但为了提高作业质量, 一般情况都是拨道、起道抄平、捣固作业同时进行,即综合作业。 捣固车与石碴回填整形车、动力稳定车或者枕间夯实车配套作业,组成机械 化维修列车,简称机组。使用机组进行线路维修作业,可以较大地提高 /以上,同时,可以减少 作业质量,作业后线路的容许行车速度可以达到 列车的慢行次数。目前与捣固车配套使用的机械有石碴回填整形车、动力稳 定车。 捣固车必须封闭线路进行作业,捣固车在运行状态下与其它机械连挂进入封 闭区间,到达作业的地点后,机组解体,捣固车由运行状态转换为工作状态后 开 ,捣固车 始工作,作业中捣固车需要操纵及辅助人员~人,若线路封闭 可以完成左右的线路综合维修。 /,长途运 捣固车运行时在一端司机室由一人驾驶,最高运行速度达 行时捣固车可以连挂在货运列车的尾部。 .. ?捣固车走行传动系统 大型捣固车是占用封闭区间进行线路维修作业,为了减少线路封闭后的辅助 作业时间,要求捣固车能迅速到达或离开作业地段,所以捣固车必需具有高 速行 驶的功能。 捣固车的捣固作业为步进式,作业过程中要频繁起动和停车,这就 要求作业走行速度低,改变走行方向容易,操纵简单。 某一种传动系统很难满足高、低速走行两种工况的要求,因此,捣固车具有 高、低速走行两套传动系统。.型捣固车高速走行采用液力机械传动,低 速走行采用静液压传动。 图是.捣固车动力传动系统。其中高速走行是液力机械传动,由 液力机械变速箱、分动齿轮箱、传动轴、车轴减速箱、轮对等组成。 捣固车的高速走行有两种工况,即自行高速走行工况和拖挂高速运行工况。 当传动系统转换为高速自行工况时,通过操纵杆、使液压油泵离合器 和液压马达离合器松开,操纵气缸使作业走行由马达的小齿轮与车轴齿轮 分离,通过操纵杆使动力离合器接合。此时,柴油机的动力经传动轴到液力 机械变速箱,再经分动齿轮箱分为两路,通过传动轴分别传到前转向架的轴 和 轴车轴减速箱,驱动车轮前进。柴油机的动力传递路线为传动轴一液力变矩 器一变速箱一输出传动轴一分动差动箱一传动轴一车轴齿轮箱,驱动 轮对前进。 长距离转移工地时,一般情况把捣固车挂在列车的尾部,在机车牵引下,捣 固车拖挂高速运行。这时捣固车必须可靠地处在拖挂运行工况。操纵手柄, 硕士学位论文 第二章?捣同车走行系统分析 使输出传动轴与变速箱的联结离合器拖开机械式离合器,必要时离合器手柄 加锁固定,从车轮反传过来的扭矩被截止。 时 图?捣固车的动力传动系统 一柴油机;一液力机械变速箱;一分动箱;.、一车轴减速箱;一减速箱; 、一液压马达;,、一油泵;一过桥传动轴;一液压油冷却风扇;一发电机; 一空气压缩机;一机油散热器;一液压油散热器;一电气接线盒;一电气开关; 一变速操纵盒;一走行离合器操纵杆;一作业走行离合器操纵杆; 一油泵离合器操纵杆;一齿轮离合风缸;一制冷压缩机:、,一传动轴. 捣固车为步进式捣固作业,每捣固完两个轨枕空间向前走行一步, 有时为了使捣固镐头对准轨枕之间,捣固车需要向前或向后稍微移动。所以捣固 车在作业中频繁起步、制动或换向,这就要求走行操作简单灵活。液压传动能够 满足这些要求,所以现在大型捣固车作业走行都采用液压传动。 作业走行时,首先把运行作业工况的转换开关置于作业位,经气缸使液压马 达的离合器接合,操纵手柄使液压马达与变速箱的离合器接合;操纵手 柄使作业油泵离合器接合。此时必须摘掉控制总开关的钥匙,切断动力换档 变速箱的换档控制阀电信号,则变速箱内的液压离合器脱开,亦使齿轮与轴脱开, 切断柴油机的功率传递。当踏下作业走行控制踏板时,电磁换向阀动作,两台液 压马达同时接通压力油。液压马达的动力传动路线是减速齿轮箱. 一传动轴一动力换档变速箱输出轴一传动轴一分动差速箱一动轴轴 硕士学位论文 第二章?捣同车走行系统分析 一车轴齿轮箱驱动前转向架。同时液压马达驱动后转向架的一根轴,增加轮 周牵引力。 ..走行部分相关液压元件介绍 一、型摆线马达 捣固车作业走行驱动采用丹麦丹佛斯公司生产的型摆线 马达。摆线马达的结构如图?所示,由壳体、支承盘、配油盘、短花键 轴、转子、定子、长花键轴和输出轴等组成。 图?摆线马达的结构 图?摆线马达工作原理 一壳体;一支承盘;一配油盘;一短花键轴; 一转子;一定子;一外壳. 一后侧板;一转子;一针柱;一定子; 一长花键轴;一输出轴. 定子的内轮廓即针轮是圆弧形,转子的齿轮是圆弧的共轭曲线,转子和 定子之间有偏心距,当定子和转子的齿数差为时,两轮所有的轮齿都能啮合, 且形成几个独立的容积变化的密封腔。 压力油从进油口引入壳体后,通过支承盘、配流盘进入定子和转子齿廓 形成的工作腔,如图?所示,在油压力的作用下,转子被压向低压腔一侧, 并沿定子的内齿轮旋转,容积变小的密封腔通过配流盘排除低压油。如此循 环, 使转子连续旋转,产生扭矩,转子通过球形花键轴把扭矩传给输出轴。 通常摆线马达采用齿啮合,即定子齿数为,转子齿数为。相互啮合 的齿形成个密封腔。转子相对于定子公转一周,转子在相反方向上自转/ 周,马达内个密封腔分别完成从低压一高压一低压的一次循环。因此,转 子自转一整转时,个油腔完成次循环。 该型液压马达采用端面配油盘。因此,它具有静压磨损补偿的平面密封,密 硕士学位论文 第二章?捣固车走行系统分析 封性能好,且能自动补偿间隙;容积效率高,可达%左右;机械效率达%, 而且效率不会随平面磨损很快降低;受冲击时,不会产生很大内漏。输出轴采用 承载能力较大的圆锥滚柱轴承,因而轴的刚性大,能承受较大的轴向和径向力。 配流盘上施加预紧力,起动可靠,并且在低转速 /时运行平稳。 型摆线马达的额定扭矩为 .,排量 /,额定压差 。 二、车轴齿轮箱 车轴齿轮箱是走行传动的最后一环,它的作用是将传动轴传来的动力降低转 速增大扭矩,使轮对转动。捣固车前转向架的、轴车轴齿轮箱在高低速走行 时都通过它传递功率,高速走行时传递功率较大,故称为主传动车轴齿轮箱。后 转向架的走行动力为液压马达,仅在作业低速走行时传递功率,故称为辅助驱动 车轴齿轮箱。 .主传动车轴齿轮箱 主传动车轴齿轮箱为一级螺旋锥齿轮减速,其速比为.,主传动车轴齿 轮箱传递功率大,小锥齿轮轴比辅助传动轴齿轮箱的小锥齿轮轴长,轴承的安装 位置也不同,如图所示。另外小锥齿轮轴的前端轴承,用飞溅润滑困难, 故采用压力润滑,在轴齿轮箱内装有润滑油泵,润滑油经外部油管送到前端轴承 处进行润滑。其润滑油泵由装在车轴上的凸轮驱动,车轴转一周,油泵工作一次。 图?主传动车轴齿轮箱 一小锥齿轮轴;一滚柱轴承;一隔离套:一轴承套; 一隔环;一连接盘;一油封;一前端锥形轴承。 .辅助传动车轴齿轮箱 先后引进捣固车的辅助驱动车轴的齿轮箱的结构不同,前期引进的捣固车辅 助驱动轴齿轮箱装在后转向架的轴上,采用与主传动轴齿轮箱相同的螺旋锥齿 轮减速箱,液压马达安装在轴齿轮箱的支架上,通过气动齿轮式离合器与轴齿轮 硕士学位论文 第二章?捣固车走行系统分析 箱连接,其结构如图?所示,与主传动轴齿轮箱相比,小锥齿轮较短,故没 有润滑油泵。 图?辅助传动车轴齿轮箱 图?直齿轮车轴齿轮箱 一轴承盖;一轴承;一箱体; 一花键轴:一小齿轮:一拨又杆 一定位弹簧;一液压马达;、、 一大锥齿轮;;一小锥齿轮;一轴承; 一连接盘;一轴承;一车轴: .一轴承;、,一轴承盖; 一平衡杆;一挡圈. 一间隔环;一大齿轮;一箱体. 后期引进的捣固车的辅助传动车轴齿轮箱改为一级直齿轮减速,速比是 .,其结构如图?所示。液压马达装在箱体上,小齿轮装在花键轴上, 通过气缸推动拨叉,使小齿轮和大齿轮结合或者分离,齿轮啮合和分离 状态由装在箱体外的接近开关,根据拨叉移动的不同位置发出电信号,在司机室 控制盘上显示。 这种直齿轮减速向的车轴齿轮箱结构简单、造价较低。大齿轮与车轴采用过 盈配合,热装配。 三、差速分动箱 两根轴以上的多轴驱动的车辆,又称为多桥传动。多桥传动的车辆在运行中 两驱动轮对的距离不发生变化,直线运行时,某一时间内两个轮对通过的距离相 等,这时各轮对之间的运动是协调的。而实际上,许多因素会破坏这种协调运动, 如各车轮的直径不等,其结果有些车轮被迫作一定量的滑移或空转,造成无益的 功率损耗。硕士学位论文 第二章彘捣固车走行系统分析 这种无益的功率损耗称为多桥传动的寄生功率。寄生功率的存在要消耗发动 机的功率,使传动机构承受很大的附加载荷,容易损坏变速箱。为了消除寄生 功 率对变速箱的作用,前期引进的捣固车采用差速分动箱。 图?为差速分动箱的传动简图,它主要由行星差速器和一对圆柱直齿轮 组成。 动力输入轴通过联轴器与行星差速 器外壳连接,十字轴装在差速器外壳 中,差速器外壳是由两个半圆形壳体用螺 栓连接在一起组成的。装在十字轴上的 四个小锥齿轮与大锥齿轮、常啮合, 动力输入轴转动时连同差速器外壳一 起转动。故装在差速器壳体中的大小锥齿 图?差速分动箱 动。此时,装在大锥齿轮上的输出轴 一动力输入轴;一差速器外壳; 输出动力;而装在大锥齿轮上的空心轴 一十字轴;一小锥齿轮;、一 带动齿轮旋转,则与其啮合的齿轮 大锥齿轮;一输出轴;一主动齿 旋转,由输出轴输出动力。这时输出轴 轮;一从动齿轮轴;一输出轴; 和的转速相等,实现动力分流。 一蛰心轴;一箱体? 当转向架的两个轮对转速不相等时,差 速分动箱的输出轴和的转速相应地发生变化,所产生的转速差使某一大锥 齿轮产生自转,带动十字轴上的四个小锥齿轮围绕另一大锥齿轮转动,来消除 差动转速,达到消除功率寄生的目的。 .关于高速行车与低速行走作、咝且合的两种方案 在工程机械的行驶驱动中,经常采用的是两种形式:一种是传统的机械传动 方式,采用变速箱来满足不同的速度要求:另一种是液压传动方式。前者的传动 路线是通过变速箱一传动轴一驱动桥,完成将发动机的动力传向驱动轮,这 种传动方式比较可靠,传递效率高,行驶性能好,能满足工程机械长距离转场作 业的要求。但是,这种传动方式往往低速性能不好,最低稳定行驶速度值往往较 高,有时其低速工况在短时间内是可以依靠离合器配合来实现的。另一种传动方 法是采用液压传动的方式,由液压泵驱动低速液压马达,采用无级变速可以达到 其低速行驶的性能要求,但是其最高速度和最低速度受到液压马达转速范围 的限 制,这种液压传动方式在远距离转场时又不能令人满意,液压系统的传动效率不 如机械传动高。而在很多工程机械中,常需要车辆低速行驶时机具作业。因此, 硕士学位论文 第二章?捣固车走行系统分析 就需要一种底盘,它能兼备机械传动与液压传动的优点,即使车辆保持原有高速 行车性能的同时,还具备了液压传动的特性;采用机械传动完成远距离行驶,采 用液压传动完成小范围低速工作。 采用这两种传动方式驱动底盘,最关键的是机械传动和液压传动都要最终驱 动底盘的驱动桥齿轮,那么两种传动方式就可能相互干涉从而损害其中的元件, 一般情况下是液压系统受损。为此,我们提供两种解决方案。 方案一、采用机械/液压离合器 设计一种机械/液压选择离合器,将两种传动方式在其中互锁,使传动只会 有一种途径连通,保证不会因驾驶员的操作误动而产生损害或其他危害。其传动 原理如图所示。 萎躲篙熊嚣徽曩动桥舀轮 叫最压裂.马达尸 图传动原理图 捣固车走行传动系统的设计即为这种方案,结构原理可参考图?。 方案二、采用机械静压传动箱? 通过机械静压传动箱切换两种传动方式,实现高速行车状态和低速工作状态 的转换。机械静压传动箱安装于车辆底盘变速箱与后桥之间。在行车状态下, 传 动箱输入和输出传动轴直接连接其结构原理如图一所示,车辆采用机械 传动,保持了车辆本身的行车性能;在工作状态下,车辆切换到静压传动其结 构原理如图?所示,在低速范围内实现无极变速,满足实际工作要求。‘ 图高速行车机械传动 硕士学位论文 第二章?捣固车走行系统分析 图?低速作业液压传动 . 捣固车问题提出及分析 .. 捣固车问题的提出及已采取的措施 捣固车在线路大修、维修施工作业过程中,发生过多台车轴齿轮箱损坏事件。 损坏情况各不相同,如齿轮损坏、箱体撕裂、液压马达法兰螺栓通孔损坏、 主动 齿轮压紧螺栓松脱等,既有国产减速箱,也有进口减速箱。 针对车轴齿轮箱出现的问题,昆明机械厂的技术人员采取了相应的措施改 进前后的结构简图如图?所示。主要有以下几点:例 .选用专业厂制造的质量可靠的齿轮配件: .采用强韧性较高的球墨铸铁 铸造箱体 的弹性模量 及剪切弹性模量分别较 高约%及倍。因而同样截面尺寸的 箱体的抗弯刚度及抗扭刚度也分别高约%及倍。并且规定箱体铸件 必须在理化检验合格后才允许转入下道工序; .取消液压马达与箱体结合而的石棉垫,改用平面密封胶按图所示 将液压马达安装于钢板焊接而成的箱盖上。由于钢板的弹性模量及剪 切弹性模量较灰铸铁大倍,因而更有利于几保证液压马达与箱体螺 栓联结的可靠性联结螺栓用厌氧胶,防松垫圈及规定扭矩预紧。同时, 液压马达装于钢板一侧后,小齿轮的传动转向与轴端压紧螺栓的旋紧方 向一致,将更有利于小齿轮的防松; .在液压马达输出轴端增加小齿轮压板图件的防松装置图所 示防松键,并用厌氧胶,防松垫圈及扭力扳手提高压紧螺栓图件 的可靠性: 硕士学位论文 第二章?捣固车走行系统分析 .将小齿轮的悬臂式支承改成图示的简支式支承;适当增加齿轮的齿宽。 通过这点局部优化设计既提高了液压马达输出轴的刚度,使轮齿啮合时受载 均 匀。同时也加长了齿轮啮合长度,弥补了大齿轮齿而接触强度偏低的弱点, 从而 可以彻底解决作业减速箱原设计安全余量不够的问题。 .麓胍玛远;.小幽轮:.韬体:.辆蓝:.扳板: .滚觚马达;五蔚置:,.稿体;.小 啦轻; .?拴;.量:犬齿轮. .轴承:.誓:.火播轮. 琢设许 仆优化设计 图?作业减速箱简图 通过上述对车轴齿轮箱的改进,确实优化了结构,提高了质量,一定程度的 减少了故障率,但车轴齿轮箱发生损毁的情况仍十分严重。据九江养路机械化施 工段的反应,损伤轮、轨和车轴齿轮箱的情况,在该段的?捣固车上多次出 现,每次故障不但直接损失大几十万元,而且影响工作任务的完成。 由此可见,捣固车车轴齿轮箱损坏不仅仅是因为本身机构设计不合理。为此, 我们对捣固车走行部重新进行了分析。 .. 捣固车问题分析 捣固车作业走行为静液压驱动,考虑到轮周牵引力的要求,采用了前 转向架上的两根轴和后转向架上的一根轴作为驱动轴。由于受结构的限制,前转 向架上的驱动轴与液压马达之间有二级机械减速分别为.和.,而后 转向架上的驱动轴与液压马达之间只有一级机械减速其传动比为.,而耐 人寻味的是两个液压马达都是,这将导致在驱动轴无约束的情况下,前 后转向架上的驱动轴转速比为/.,后转向架上的驱动轴转速快。当车轮落 在钢轨上时,前后转向架的驱动轴受钢轨约束,达到同步运动的目的,但此时会 涉及到轮周牵引力的分配。为了便于给前后转向架驱动轴分配牵引力和调节 作业 走行的速度,公司在设计液压系统时采用了两个节流阀来分 硕士学位论文 第二章?捣固车走行系统分析 别调节两个作业驱动液压马达的速度如图?所示。们 一油马达:一安全阀:~电液换向月: 一单向节流阀;一背压阀. 图一走行液压马达液压回路 由于节流阀调速时速度不稳定受负载和油温变化的影响,这将导致作业 速度和轮周牵引力发生变化,从而影响作业性能和齿轮箱等部件的使用寿 命。尽 管我们不能保证前转向架主驱动轮轴和后转向架轮轴辅助驱动工作在最 佳匹配状态,但可以通过调整节流阀来使其工作在期望的范围内,下面将就 调节 节流阀时对作业行走的性能影响进行分析。 .两个节流阀处于全开位置 此时可略去油流通过节流阀和换向阀的压力损失,已知两个马达的入口压力 均为,设马达的出口压力为零。主驱马达与前转向架驱动轴的两级减速速 比。.,:.,辅驱马达与后转向架的传动比。.。取容积效率 .,机械效率.,则: ? 由尸即 ? 得圭. 尢 式中:??功率;??角速度;刀??转速; ??压力;矿??排量;??扭矩。 则由公式两个马达的理论输出扭矩分别为 硕士学位论文 第二章?捣固车走行系统分析 建.×...×. × × ×.×.×. ‰. 又已知车轮的直径为 ,则 而 得主驱动和辅助驱动的理论轮周牵引力分别为 :??: 凡:竺生: 士./ 产辅?.?/ ,一 令各毫囊 则主/总., 辅/总.% 由于主驱动为两根驱动轴,而辅助驱动为一根驱动轴,则由上面的计算可知, 主驱动上每根轴提供的轮周牵引力约为辅助驱动轴的两倍,而在空载情况下, 前 后转向架的轴重基本相同分别为和.,这表明辅助驱动的轴重没有 充分利用起来,加重了主驱动轴的牵引负荷。如果考虑到负载的情况,则辅助驱 动的轴重增加为吨,而主驱动的轴重仍为吨,此时其辅助驱动的功能更未 发挥出来。 另外,由于主驱动比辅助驱动多一级机械减速,则在下坡时可能出现辅助驱 动反拖主驱动的现象,导致主驱动车轮连滚带滑的运行,给车轮和钢轨造成损伤。 .主驱动节流阀全开而辅助驱动节流阀关闭 此时只有主驱动单独工作,辅助驱动属于自由滑转状态。由前面的计算知, 此时整车的轮周牵引力为 色蔓 由于此时的辅助驱动为被动拖行,长期工作后会引起马达发热甚至缺油,从 而缩短马达的使用寿命。另外,在拖行状态下,辅助驱动的车轴齿轮箱属于增速 运行状态,从而导致发热。因为只有主驱动单独提供牵引力,故主驱动传动系上 的减速箱部件负荷较大,加上频繁的起步和制动,使得减速箱容易损坏,现场的 使用情况也证实了这个论断。 硕士学位论文 第二章?捣同车走行系统分析 .主驱动节流阀关闭而辅助驱动节流阀全开 此时只有辅助驱动单独工作,主驱动属于自由滑行状态。由前面的计算知, 此时整车的轮周牵引力为 总辅 这么小的牵引力只能实现在平直线路上的起步,无法爬坡和加速步进,所以 这种情况下无法进行正常作业。 .工况分析 通过上面的分析表明,节流阀处于最大开度位置时,将能提供最大的轮周牵 引力,但起步时过大的起动扭矩可能会导致主驱动的车轮打滑。据机车车辆的有 关资料表明,干钢轨与车轮之间的粘着系数约为.,而主驱动的附着重量轴 重约吨,则提供的极限轮周牵引力 ? 牯一‖,馏 得:粘一.×. 尽管粘主,但这并不意味着主驱动的车轮不打滑,因为在 雨天作业时,粘着系数会急剧下降一般为.~.,此时极限轮周牵引力 将低于主驱动能提供的主动轮周牵引力,从而导致打滑。现场调试表明,为了不 让主驱动打滑发生,一般都关小主驱动马达的节流阀。关小主驱动节流阀能收到 减小主驱动轮周牵引力的效果,因为在节流阀两端形成的压差降低了马达入口的 压力,从而减小了主驱动马达的输出扭矩。但是关小节流口时又会引发另一个问 题,因为主驱动马达所需的流量是辅助驱动马达的.倍,在总流量为/ 的情况下,进入主驱动马达的流量为./,这么大的流量进入节流阀口时 会产生啸叫声,同时也会产生较大的能量损失和导致液压油温度升高。 增加辅助驱动节流阀的开度有利于减轻主驱动的负荷,但它的作用非常有 限,最大也就只有.%份额。因为在自由状态下,辅助驱动的转速比主驱动大, 基于这种考虑也有人用关小节流阀的方式来调节速度,以达到转速同步的目的。 但关得过小会造成辅助驱动马达缺油导致吸空而产生啸叫,并且此时辅助驱动马 达会变成泵的工况,不但不能输出牵引力,反而会成为主驱动的负载而消耗其牵 引力,这同时也加重了主驱动减速箱的负荷,缩短其有效寿命。 .小结 通过对捣固车作业走行系统地分析,捣固车将很难调整到理想走行的工况, 驱动轴的牵弓力输出不平衡不可避免,所以车轴齿轮箱容易发生故障。 硕士学位论文 第三章?捣固车改造方案确定 第三章.捣固车改造方案的确定 . ?捣固车试验及数据分析 从上面分析可以看出原?捣固车的作业走行系统存在着设计缺陷,为进 一步验证我们的结论,我们在作业现场九江机械化维修段进行了数据采集, 试验如下: ?型自动整平捣固车参数: 编号: 出厂日期:. 功率: 最高自行速度: / 最高联挂速度: / . 车体自重: 材料车重量:. 捣固车走行试验测压点选择见图?。 图?试验测压点位置 捣固车走行试验时,图一中两电液换向阀均工作在右位。故压力表一 主驱动液压马达进油/玉力;压力表一主驱动液压马达回油口压力;压力表 一辅助驱动液压马达进油口压力;压力表一辅助驱动液压马达回油口压力。 试验数据 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 如下表。 硕士学位论文 第三章?捣固车改造方案确定 表?空车工况计算车上备料载重约 压力表 压力表 压力表 压力表 主驱进油口 主驱回油口 辅驱进油口 辅驱回油口 、淤: 运行方式\ . .主辅联动 . . . .主驱单动 .. 系统压力: 表重车工况捣固车拖拉一 的油罐车,故总重量达 压力表 压力表 压力表 压力表 主驱进油口 主驱回油口 辅驱进油口 辅驱回油口 运行方式\ 、未誊芝: . . . 主辅联动. . . . . 系统压力: 表中一一节流阀开度小开度;一一节流阀工作开度;一一节流阀最大开度。 试验数据分析: 空车工况,主驱动与辅助驱动一起工作时,主驱动液压马达的工作油口 的压力在. 左右,而辅助驱动液压马达的工作油口压力在,主 驱动油路比辅驱动油路的压力损失大.左右,这意味着主驱动液压马达的 工作扭矩降低了约%./。 由图?走行液压马达液压回路可以看出压力损失主要是液压油液通 过液压马达、电液换向阀、单向节流阀以及管道时产生的安全阀工作时一般 不 开启,故不考虑。而主驱动和辅助驱动的液压回路元件是~样的,管道长度也 可认为相等,故单向节流阀节流口开度大小和通过的油流量将是引起主驱动 较大 压力损失的主要原因。 捣固车作业走行时,液压马达由三联泵和并联输出供油,其总流量 为./,此时不考虑蓄能器供油和泄漏损失。由于主驱动液压马达至前 转向架的驱动轴有两级减速传动比分别为.和.,而辅助驱动液压马 达至后转向架驱动轴只有一级减速传动比为.,且主驱动和辅助驱动所用 液压马达均为。由于钢轨的约束,主驱动和辅助驱动的车轮转速相同, 故进入主驱动液压马达和辅助驱动液压马达的流量分别为: 硕士学位论文 第三章?捣固车改造方案确定 ./ .×而. ‰以六./ ?型捣固车走行液压马达回路单向节流阀采用的是丹尼逊公司的 ??型。其压降??流量特性见附表。由图表查得曲线时, 主驱动回路上的单向节流阀的压力损失将超过 ,而辅驱动回路上的单向节 流阀的压力损失仅为.左右。这是产生主驱动与辅助驱动马达压力差的主 要原因。 空车工况,主驱动单独工作时,主驱液压马达的回油口有. 的压 力,这是由于主驱动回油路上设有一与拨道油缸共用的背压阀,其开启压力 为 . 。此时辅助驱动不动作,故其压力为零。 另外,不论空车工况还是重车工况,主驱动与辅助驱动一起工作时,主驱液 压马达的回油口有.~. 左右的压力,而辅驱液压马达的回油口的压力 为 。可以看出,主驱液压马达的回油压力除了. 背压阀的开启压 力之外,还有近 左右的压力损失。这部分压力形成在电液换向阀上,极有 可能是油流量增大时产生压力损失。为什么主驱动与辅助驱动联动时会使回油压 力损失增加呢我认为是辅助驱动反拖主驱动造成的,此时走行速度增加,导致 通过主驱动电液换向阀上的流量增加,从而使其压力损失增加。辅驱液压马达回 油虽然也通过了电液换向阀,但其流量小,电液换向阀上的压力损失非常小,在 表压上反映为零压。 主驱动与辅助驱动一起工作时,由空车工况转为重车工况,主驱动液压 马达和辅助驱动液压马达的工作油口压力均提升约.。这是由于工作负载 加大,使工作液压马达的输出扭矩相应增加的结果。 通过上面分析现有?型自动抄平起拨道捣固车主要存在以下两个问 题:一、原设计中采用三轴驱动的方式控制车辆运行,在前桥驱动轴空转转速为 后桥驱动轴空转转速.倍的情况下,没有安装差速分动箱,而是试图通过调 节节流阀来协调作业走行速度。通过调节节流阀对作业行走的性能影响分析和现 场的实际情况分析,调节节流阀并不能达到理想的同步运行工况,反而由于主动 驱动轴轮周上的牵引力为辅助驱动轴轮周牵引力的两倍,加重了主驱动轴的牵引 负荷而辅助驱动的功能更未发挥出来。此外,由于主驱动比辅助驱动多一级机械 减速,会出现辅助驱动反拖主驱动的现象这在捣固车试验结果速度分析 硕士学位论文 第三章?捣固车改造方案确定 中得到了验证,导致主驱动车轮连滚带滑的运行,给车轮和钢轨造成损伤。二、 在作业走行过程中进入主驱动液压马达的液压油油流量是辅驱液压油流量的 .倍,造成了主驱动回路上节流阀的压降比辅助驱动回路上节流阀压降多 .,这使得主驱动液压马达的工作扭矩降低了约%./,大大降低 了主驱动液压马达的工作能力。 . ?捣固车改造方案的确定 鉴于上述捣固车存在的问题,我们决定对捣固车的作业走行 部分进行改造,方案如下。 ..,静液压驱动 走行驱动液压系统采用一套变量泵一变量马达容积调速回路,如图?所 示。?甜 图?变量泵一变量马达容积调速回路 一辅助泵;一双向变量泵;一变量液压缸;、一高压安全阀; 一辅助泵溢流阀;、一单向阀;、一管路;一变量马达;一变量伺服阀. 变量泵、变量马达均可正反双向旋转工作。当变量泵正向供油时,管路 为高压管路,压力油进入变量马达,驱动液压马达正向旋转,捣固车前进。 管路为低压管路。安全阀可防止正向行进时回路过载,这时安全阀不起作硕 士学位论文 第三章?捣固车改造方案确定 用反向行进时防止回路过载。辅助泵压力由溢流阀调定项开安全阀 并联的单向阀,向低压管路输油,而安全阀并联的单向阀在高压管路压力油 的作用下封闭。 当变量泵反向供油时,管路为低压,管路是高压,变量马达反向 旋转,捣固车反向行进。 回路的调节方法如下: 在区间运行时,由于无工作负载,变量马达的排量最小,转速最高,输出 转矩最小。调节变量泵的排量,可在/范围内无级变速。捣固车进入工 作状态后,负载使系统压力升高,高压自动控制变量的液压马达排量增大,转 速下降,输出转矩增大。变量马达达到最大排量时,输出转矩为最大,转速最 小。 此时调节变量泵的排量,可使捣固车在/范围内实现无级调速。 该调速回路为闭式回路,液压泵的吸油管直接与液压马达的回油管连通。 以上是采用静液压驱动回路的总体思路,完整的 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 要根据捣固车的作 业工作要求逐步计算校核。采用闭式液压传动能将作业走行和区间走行合并为一 套系统,可以大大简化传动系统结构,其使用效果也在跚一清筛机上得到验 证。因其改造工作量巨大,我们暂时不考虑这一揽子解决方案,而是就现有传动 系统的结构进行局部改造,以解决迫在眉睫的功率寄生问题。 ..重新匹配液压马达 方案一:用作为主驱动液压马达,取消辅助驱动 此方案的实施能较大地降低捣固车的制造成本以去掉一套辅助 驱动。因为辅驱只有在作业时才发挥作用,另外使用手册规定不允许辅驱单独 作用,则去掉辅驱也不会降低作业时的可靠性。而从试验测试的结果看,辅驱长 期高负荷工作承担着主驱的寄生功率,倒是有可能引发故障而影响作业时的 可靠性。旷玎 .粘着校合: 捣固车作业走行系统压力为,取容积效率.,机械效率 .,则由公式圭矿.得: 珏..... 车轮直径. ,由公式?,丽得.: 艮:??: 土./硕士学位论文 第三章?捣固车改造方案确定 干钢轨与车轮之间的粘着系数约为.,而空载时前转向架轴重为吨, 取.,则提供的极限轮周牵引力由公式为: 。。 ×’×.×. 釉懈 墨%眦,车轮将发生打滑 此时的最大作业牵引力大于改造前,且不存在功率寄生,只是作业走行和高 速走行均为主驱。但因为比改造前车轴齿轮箱的输出扭矩增加了约 ?,而作业时的负荷又是交变载荷,这种双因数变化所带 来的风险需要评估。此方案实施前要核算主驱车轴齿轮箱的疲劳强度。 另外,由于%一,捣固车主驱动车轮将发生打滑。而在雨天作业时, 粘着系数会急剧下降一般为..,这时车辆可能将无法开动。综合考 虑,此方案不可行。 方案二:采用,作主动驱动液压马达,/作辅助驱 动液压马达 .粘着校合: 捣固车作业走行系统压力为,取容积效率口,.,机械效率 ..,则由公式?圭.得: 【 .×...×. .... 车轮直径? ,由公式? 勃得: 哇器 %篇 干钢轨与车轮之问的粘着系数约为.,而空载时前转向架轴重为吨, 后转向架轴重为.吨,取.,则前后转向架提供的极限轮周牵引力由 公式为: 前粘一×. 后牯咄... 噍哇粘一,%粘一,故不打滑。 硕士学位论文 第三章?捣固车改造方案确定 ‘ .整车加速性能概算: 已知:捣固车总质量× ,车轮直径.,枕木为根 /,输出牵引力乓磊。 取平直道上的滚动阻力为/,起步阶段阻力为‰,最大坡道阻力为‰, 一般坡道阻力为‰。 步进的距离 %罴×。 加速度计算 口:盟 朋 在施工时,由于道床松软,即使在平直线路上也存在较大的施工坡度,故 计算步进阻力时以‰的坡道阻力为据,取.,则 。 ..,由公式一得 ,/,一 口:??????.??? 口?????????????????????.????????????一. ‘ 下?%???一%:. ’ 在线路维修条件下,坡道阻力取‰,则由公式得 // ?????????????????????????????????一. ’ 走行时间计算 以车轮转动/圈作为起步加速走行距离,则 :一.%%:. 步警?.广..朋 其值超过了一个节拍的运行距离. 的%,故车辆没有匀速运 行阶段,在一个步进的距离上只有加速和制动两个阶段。 . 已知 三讲 ? 在线路大修时,起步/圈需要的时间由公式得 .?×.砰,. 在线路维修时,起步/圈需要的时间由公式得 .二.×碍?,. ‘ ‘ 取制动减速度为. /,制动时间由由公式得 ..去×.×碍.硕士学位论文 第三章?捣固车改造方案确定 一个节拍步进所需的时间: 线路大修时,曲,如... 线路维修时,,茧岛岛... 此方案在车轮不出现打滑的情况下,做到了三根驱动轴输出力矩相同,从而 保证了三根动轴车轮的均衡磨损,但它下降了太多的输出扭矩,从而大大影 响了 操控性能。如果在实际中驱动节流阀开度较小的话,则主驱的实际输出扭矩 比最 大输出扭矩节流阀全开小,因而也可能会出现改造后的操控性不降低的效 果。 另外,捣固车作业要求为每分钟镐,即一个工作循环的总时间约为. 秒/.,其中包括捣固镐升降和夹持所需的时间,捣固车的走行时间 应在.秒左右为宜。而此时不论是线路施工还是线路维修工况时均超出了. 秒,故需提高步进时的加速度。 方案三:采用,作主动驱动液压马达,作辅助驱 动液压马达 .粘着校核: 捣固车作业走行系统压力为,取容积效率口,.,机械效率. .,则由公式??.得: 丁 ..... %.... 车轮直径. ,由公式?去得: 墨器瑚 篇 干钢轨与车轮之间的粘着系数约为.,而空载时前转向架轴重为吨, 后转向架轴重为.吨,