落砟斗方案改进及回收闸门校核分析.pdf

・设备／仪器・落砟斗方案改进及回收闸门校核分析廖润（昆明中铁大型养路机械集团有限公司昆明６５０２１５）摘要根据整车方案的调整，对落砟斗及３种石砟储存方案做了分析比较，确定了改进方案一并对新方案中落砟斗增设的回收闸门做了承载校核分析，结果表明回收闸门满足设定的工况需求。关键词落砟斗方案改进回收闸门中图分类号ｕ２１５．４３文献标识码Ａ——文章编号１００９４５３９（２０１４）增ｌ一０３９４０３１落砟斗初始方案介绍（见图１）左回收闸门右回收闸门图１最初方案落砟斗安装在挖掘车后部，道砟回填输送带上方。在开始作业时，不需要回填石砟，而挖掘装置和筛分装置已开始工作，此时将左右分砟板至于中立位，放下左右回收闸门，将筛分后的清洁石砟回收至后面的储运斗中。正常作业时，升起左右回收闸门，控制左右分砟板和道心分砟板的摆动角度，筛分后的清洁石砟可按需要的比例分配至回填输送带及道心，保证回填的道床厚度均匀。同时，储运斗中贮存的新砟可通过落砟斗左右两个进料口，实现新砟回填的功能。在紧急停挖时，将左右分砟板至于中立位，放下左右回收闸门，停留在输送带上的石砟可回收至储运斗中。２方案分析对比初始方案考虑了新砟回填功能，在落砟斗后部——收稿日期：２０１４０２２５３９４铁道建篱技术设置类似于小型物料车的储运斗（见图２）。后来的整车方案取消了新砟回填功能，同时储运斗体积大、成本高，所以取消了储运斗。图２初始方案的石砟回收（带储运斗）紧急停挖时，输送带必须继续运转一段时间，直至振动筛上的石砟基本清空，在此期间也不能将石砟回填至道床。经测算，需要增设容积２～３ｍ３的装置储存筛分后的石砟。同时增设的装置要低成本、稳定可靠。２．１方案一在落砟斗后部设置容积为２～３ｍ３的平推储料斗，同时将洁砟返回带延长至储料斗上方。正常作业时，活动挡板前移，筛分后的石砟通过活动挡板导入落砟斗并回填至道床（见图３）。紧急停挖时，活动挡板后移，筛分后的石砟存入储料斗（见图４）。为兼顾左右分砟板的功能，整个储料斗必须满足一定的高度。落砟斗左右分砟功能：满足筛分后的清洁石砟可按需要的比例由左右布砟带回填至道床，使回填后的道床厚度均匀，特别在曲线作业时，满足道床曲线外侧超高的要求。由于石砟的运动安息角为３５。，超过部分会流进落砟斗，导致储料斗的容积利用率有限。要满足堆积２～３ｍ３的石砟量，洁砟返回带需尽量向后部只＿ＡｆＬ饥，ＡｙＣ０～Ｓ丁ＲＵＣ丁ｆＯ～丁ＥＣＨ～ＯＬＯＧｙ２Ｄ１４ｆ增ＴＪ万方数据・设备／仪器・延伸。正常工作时活动挡板要前移，会与洁砟返回带产生干涉。将活动挡板角度设为４５。，仍然存在干涉及通道窄、容易堵塞石砟的问题。同时，考虑到与侧板的间隙配合，保证活动挡板在受力状态下做整体平动也较为困难。图３正常作业示意图４储存石砟示意（紧急停挖）存在问题：活动挡板干涉、石砟流动通道窄，整体平动困难。２．２方案二考虑到方案一储运量不够、活动挡板干涉的问题，将储料斗斜置。正常作业时，活动挡板前移，筛分后的石砟通过活动挡板导人落砟斗并回填至道床（见图５）。由于储料斗斜置，可避免活动挡板与洁砟返回带的干涉。紧急停挖时，活动挡板后移，筛分后的石砟存入储料斗（见图６）。根据３５。的运动安息角测算，基本满足储料２～３ｍ３的要求。按设计需求，活动挡板根据不同的工况做整体平动。由于储料斗斜置，在兼顾两侧间隙的情况下，大面积的挡板（３０００ｍｍ×１３００ｍｍ）在承载状态下做整体平动比较困难。既要保证挡板的刚度，又要保证运动过程的同步。否则容易造成与侧边钐｝道建筑技术ＲＡ『ＬＭｙＣ０～Ｓ丁ＲＵＣ丁『０～丁Ｅ－ｃＨ～０ＬＤＧｙ的干涉导致自锁效应，造成结构受损。经分析，简单的结构不可能完全实现所需的功能，不能满足现场作业要求。若要满足作业需求，将导致储料斗结构复杂、成本增加，违背了设计初衷。图５正常作业示意图６储存石砟示意存在问题：活动挡板整体平动困难，满足设计需求将导致结构复杂、成本增加。２．３方案三利用落砟斗本身的容量空间（总容量４～５ｍ３，有效容量大于３ｍ３），在其下方增设回收闸门。同时将洁砟返回带抛料口置于落砟斗上方。正常作业时，回收闸门开启，筛分后的石砟正常回填至道床（见图７）。紧急停挖时，回收闸门关闭，将石砟储存在落砟斗中（见图８）。图７正常作业状态（闸门开启）２０１４｛增１｝图８紧急停机状态（闸门关闭）３９５万方数据・设备／仪器・此方案充分利用了落砟斗的空间，同时不影响落砟斗原有的左右分砟、道心分砟功能。增设回收闸门后，需对落砟斗上各活动部件的空间布局进行优化，确保各部件不发生干涉。存在问题：考虑安装及维修的便利，需对落砟斗的空间布局进行综合优化。２．４选定方案经过综合比较分析，方案三简单可靠，改造成本较低，可以满足预定的功能需求。３回收闸门校核分析３．１有限元建模落砟斗回收闸门由３组吊耳与斗体铰接，同时通过油缸带动连杆控制闸门的开合。在关闭状态，闸门将承载斗体中石砟的重量。受整体布局的限制，闸门呈类似悬臂支撑的状态（见图９），有必要对其进行校核分析，确保满载时闸门不会应变形过大而漏砟。图９回收闸门在有限元计算中，由于单元的网格质量直接关系到有限元模型分析结果的收敛性和精度，为确保计算精度，必须根据实际情况划分高质量的网格以及选择合适的单元。ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ的前处理功能强大，在建立和编辑有限元模型方面，提供了一整套先进的工具包。所以先在ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ中划分网格，再倒人Ａｂａｑｕｓ加载计算。回收闸门的建模分析过程如图１０所示？ｌ在ｓ。¨ｄＥｄｇｅ中建立简化三维模型Ｉ在ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ中划分｜）【）４格ＩⅡ在Ａｂａｑｕｓ中ｎ载汁算及后处理图１０建模分析流程在实际操作中，先要根据不同的分析目的，对分析对象做不同的简化处理。先建立简化的闸门３９６铁道建筑技术三维模型，忽略焊接坡口、方形管过渡圆弧，再导人ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ划分网格（见图１１）。回收闸门通过吊耳、销轴与斗体铰接，吊耳是集中受力点，特别对吊耳网格做了细分、优化，以提高计算精度。回收闸门模型中，钢板、方形管、吊耳属于薄壁件，采用壳单元，推拉轴采用实体单元。图１１ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ划分的回收闸门网格“”将ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ网格模型以ｉｎｐ文件格式输出，导入Ａｂａｑｕｓ加载计算分析。Ａｂａｑｕｓ中没有单位的…概念，由用户保证量纲的统一。本计算模型采用Ｎ、ｍ为基本单位，材料特征输入值见表ｌ。表１材料特征输入值材料弹性板厚板厚板厚特征模量／Ｐａ泊松比ｌ／ｍ２／ｍ３／ｍ输入值２．１×１０¨Ｏ．３０．００８Ｏ．０ｌ０．０１２吊耳通过销轴与斗体铰接，可用如下方法进行模拟：在吊耳内中心加入参考点１，将参考点１与吊耳内圈表面耦合。约束参考点ｌ的自由度ｕ１、Ｕ２、ｕ３、ｕＲｌ、ｕＲ２，放松转动自由度ｕＲ３。推拉轴与连杆通过轴套滑动连接，因此只需约束推拉轴端部的自由度ｕ２。按最多储存３ｍ３石砟计算，每块闸门最大承载１５０００Ｎ，按均布载荷施加在闸门上。３．２计算结果及分析计算所得等变形分布如图１２所示，最大位移Ｕ＝１．６２ｍｍ，位于悬空端，这与材料力学的定性分析结果相同。在实际工作中，存在铰接处轴孔的间隙及加工误差等因素，实际最大位移会略大于计算值，但仍然处于允许的范围，回收闸门不会因变形过大而漏砟，满足实际工作需求。（下转第４０２页）ＲＡｌＵ＾『ＡＹｃｏＮＳＴＲＵｃＴｌｏＮＴＥｃＨＮＯＬｏＧＹ２０１４ｌ增１）万方数据・设备／仪器・４现有施工技术与全线路激光智能技术的比较（见表１）表１现有施工技术与全线路激光智能技术的比较序号项目现有施工技术全线路激光智能技术测量外包单价３Ｏｏｏ元／ｋｍ。一般新线整道精确整道需要无需精确测量，整道作业车前端增加一位辅助初级测量人ｌ测量成本２～４遍，每公里测量成本ｌ万元左右，每１００ｋｍ测量成本员，费用仅为１人的工资性费用１００万元左右需要精度较高的轨道测量小车，效率２．５ｋｒｎ／ｄ的价格１３０２测量设备轨道通用Ｌ尺，价格约２ｏｏＯ元万元，５ｋｍ／ｄ的价格２２０万元３前期准备Ⅲ全线测设ＣＰ控制网全线每１００ｍ测设线路中桩４测量结果每５ｍ一个点，５ｍ之间的测量数据靠人工用等差法输入测量系统每ｌＯｍｍ提供一组测量数据，施工精度更高整道测量精度要求达到到ｍｍ级，测量精度要求高，测量整道测量精度要求达到ｃｍ级，测量精度要求低，测量效５测量精度要求难度大效率低率高每组需要３名专业测量，测量效率３～５—ｋｎ／ｄ，需专车接送机组增加１名操作人员，工作效率可满足本机作业要求，每６人工技能上工地小时６００～１Ｏｏｏｍ施工中易数据交接易产生测量数据跟不上施工要求，测量数据与施测量和施工集成到一个设备上，不会出现里程、线别、起拨７工地点出现线别偏差、里程偏差、拨道方向搞反等问题，操道方向偏差，无需人工操作，整个过程全自动智能完成，理发的生问题作人员数据输入时容易看串行，易产生输入错误论上无偏差８施工组织施工效率低，工序繁杂，组织难度大单一工序，施工效率高，工序简单，易于施工组织满足设计的同时，更注重针对降低脱轨系数和旅客乘坐舒９施工原理针对设计符合绝对坐标控制适度５结束语该起拨道施工技术，合理选用全线路激光测量系统，利用绳正法原理改善线路平顺性，消除引起旅客敏感区波长段的线路长波不平顺，提高旅客乘坐舒适度，减少旅客旅行疲劳，提高客运专线服务品质。该技术从设备制造方面消除了工序衔接之间的人为失误，起拨道施工过程实现全自动智能控制，施工质量由设备自身严格保证，使客运专线有砟轨道起拨道施工技术上了一个新台阶。为进一步提高我国客运专线品质提供了设备保障基础。“”““”“”””—“”—””””—“—”“—“—“・＋・・＋＋・・＋・・＋・・＋＋・・＋・・＋・・＋＋一＋＋＋－＋＋＋・・＋＋一＋一＋ｎ＋・・＋ｎ＋一＋ｎ＋＋一＋一＋一卜一十一＋＋・卜＋＋＋＿卜。卜ｕ＋＋・卜・卜＋一＋ｎ＋（上接第３９６页）图１２受力变形图计算所得等效应力分布如图１３所示，最大应力区集中于推拉轴端部，最大Ｍｉｓｅｓ应力为１６３．５ＭＰａ，低于屈服应力２１５ＭＰａ（材料厚度４０～６０ｍｍ），满足工作需求。在实际加工过程中，应保证推拉轴的加工质量。此外，吊耳与方形管的连接处以及方形管之间的连接处是应力相对较高的区域，这些部位都是焊缝位置，因此在实际加工过程中应特别注意焊接质量。４０２铁道建筑技术图１３Ｍｉｓｅｓ应力分布图４结论改进后的方案符合新的设计定位需求，简单可靠。对回收闸门的校核分析表明，在储存３ｍ３石砟的情况下，回收闸门变形量小，不会漏砟，最大应力在安全范围内。在实际加工过程中，需要注意推拉轴的加工质量以及回收闸门的焊接质量。参考文献［１］石亦平，周玉蓉．ＡＢＡＱｕｓ有限元分析实例详解［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００６．ＲＡｆＬＷＡｙＣ０～Ｓ丁开ＵＣ丁『０Ｎ丁ＥＣｌＨ～ＯＬＯＧｙ２ＤＴ４ｆ增１Ｊ万方数据