道岔稳定车在铁路道岔区的稳定作业控制设计.pdf

———文章编号：１００９４５３９（２０１７）１０００８９０４・线路／路基工程・道岔稳定车在铁路道岔区的稳定作业控制设计丁志周（中国铁建高新装备股份有限公司云南昆明６５０２１５）摘要：针对铁路道岔的特殊构造形式，通过对道岔稳定车的稳定装置夹持和撑轨的动作及压力的切换控制，实现其在转辙器部分、连接部分和辙叉部分的动力稳定作业，解决了道岔区的稳定养护需求，且设计实现简单、作业操作方便。关键词：道岔稳定作业夹持撑轨动作压力切换中图分类号：Ｕ２１６．６３；Ｕ２１６．６６文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９．４５３９．２０１７．１０．０２１ＳｔａｂｌｅＷｏｒｌ【ｉｎｇＣ蛐ｔｒｏｌＤ商驴ｆｏｒＴｍｃｋＳｔａｂｉｌｉｚｅｒｉｎ＆ＩｉｌｗａｙＴ哪ｏｕｔＡｒ昀ＤｉｎｇＺｈＩｚｈＯｕ（ＣＲＣＣ—Ｈｉｇ｝ｌｔｅｃｈＥｑｕｉｐｍｅｎｔＣｏ甲ｏｍｔｉｏｎＬｉＩｌｌｉｔｅｄ，ＫｕｎｍｉｎｇＹｕｎｎａｎ６５０２１５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓ咖Ｉｎ：ｎｉｓｐａｐｅｒａｉｍｓａｔｓｐｅｃｉａｌｓｔｍｃｔｕｒａＩｆｏ珊ｆｏｒｒａｉｌｗａｙｔ哪ｏｕｔ，ｔｈｍｕｇｌｌｓｗｉｔｃｈｉｎｇｔｈｅａｃｔｉｏｎａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｈｏｌｄ－ｉｎｇａｎｄｓｕｐｐｏｎｉｎｇｒａｉｌｆｏｒｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇｄｅＶｉｃｅｏｎｉｔ，ｔｌｌｅｔｒａｃｋｓｔａｂｉｌｉｚｅｒｒｅａｌｉｚｅｓｔｒａｃｋｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｆｈｔｈｅｓ埘ｔｃｈｐａｎ，ｔｈｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｐａｎａｎｄｔｈｅｆ而ｇ，ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｎｅｅｄｉｎｔｕｍｏｕｔａｒｅａ，ａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｂｒｉｎｇｓｓｉｍｐｌｅ—ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎａＪｌｄｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｏｐｅｍｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔ啪ｏｕｔ；ｈｏｌｄｉｎｇｒａｊｌ；ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｒａｉｌ；ａｃｔｉｏｎ；ｐｒｅｓｓｕｒｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇ１引言道岔稳定车可进行铁路正线动力稳定作业，同时兼顾道岔区的稳定养护，但道岔区稳定作业不同于正线，道岔稳定作业时对稳定装置的控制是道岔稳定车的设计重点。受铁路道岔特殊结构的影响，道岔稳定车稳定装置的夹钳轮在道岔的转辙器部分和辙叉部分不能同时实施两侧刚性夹持，在靠近岔心一侧的夹钳轮必须张开才能…顺利通过；同时，稳定装置到达辙叉部分时，水平撑轨装置必须通过水平撑轨油缸的动作切换收稿日期：２０１６一１２一１９基金项目：云南省昆明市官渡区科技计划项目（官科计字２０１５２０１）作者简介：丁志周（１９８１一），男，高级工程师，主要从事铁路大型养路机械研发工作。—优先出版：本文已于２０１６１２一１９在中国知网上优先数字出版，数字出版网址ｈｔｔｐ：／／ｋｎｓ．ｃｎｋｉ∥ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａ１１．３３６８．ＴＩＩ．２０１７０４２６．１６０９．００８．ｈｔｍｌ使相对滚轮轮距减小为１４３５ｍｍ，以防止撑开的滚轮在辙叉部分出现脱轨或入错线的危险；由于稳定装置夹钳轮在道岔的转辙器部分和辙叉部分是实施单侧夹持，必须增大夹钳轮的夹持力，才不至于使夹钳轮在稳定装置的振动过程中出现松动，从而避免稳定装置滚轮与钢轨间相互碰撞；同时，单侧夹持时水平撑轨油缸压力必须比双侧夹持时有所增大，才可避免出现活塞不紧贴缸筒端部而使轮距小于１４３５ｍｍ的情况¨ｏ。综合以上四方面原因，道岔稳定车在道岔区的不同部位作业时，必须进行稳定装置夹持动作、撑轨动作、夹持压力和撑轨压力的切换控制，才能顺利实现道岔稳定作业。铁道建簏技术Ｆ执『ＬＷＡｙＣｏ￣Ｓ丁只ＵＣ丁『０～丁￡．ＣＨ～０ＬＯＧｙ２Ｄ１７ｆＴＤＪ万方数据・线路／路基工程・２方案设计２．１夹持动作切换控制以普通单开道岔为例【３ｊ，如图１所示，车辆从左至右在直线股作业，当稳定装置作业至转辙器部分时，右侧夹钳无法夹持而必须张开，左侧夹钳保持夹持状态，实施左侧单轨夹持；车辆继续前进，稳定装置作业至连接部分时，左右两侧均具备夹持的条件，为最大限度地保证作业效果，此时实施两侧双轨夹持；随后，稳定装置进入辙叉部分，由于岔心的结构限制，使得右侧夹钳无法夹持，此时只能恢复左侧单轨夹持。如若车辆在曲线股作业，那么在转辙器和辙叉部分，则只能实施右侧单轨夹持。不管是左开道岔还是右开道岔，稳定装置在道岔的三个不同部分均需进行夹持动作的切换，才能顺利通过整个道岔区。图１晋通单开遭岔组成２．２撑轨动作切换控制为减轻车轮对钢轨的挤压和磨耗Ｈ］，在道岔的尖轨尖端、尖轨跟端和导曲线的轨距均进行了适当的加宽，但辙叉部分保持标准轨距１４３５ｍｍ。为使稳定装置滚轮能够安全、平顺通过道岔，相对滚轮∞轮距应设计成可以调节以适应不同轨距］。为满足以上要求，在稳定装置水平撑轨装置油缸结构上做了一定的改进：用带有两根活塞杆的组合油缸取代单作用油缸，组合油缸设计成１５ｍｍ和２０ｍｍ两种行程，如图２所示，通过分别对组合油缸两组大小腔油路的控制，实现不同轮距宽度的调节。在图２ａ中，两根活塞杆均处于完全收缩状态，使轮距缩小为１４２０ｍｍ，这个轮距设置用来将稳定装置方便、准确地放置在钢轨上，为稳定作业做好准备。ｂ．中间固定距离４ｌ铡尸］Ｌｕ冒Ｈｃ．按照轨距可任意撑轨距离图２组合油缸撑轨装置不同作业工况在图２ｂ中，２０ｍｍ行程活塞杆完全收缩，而１５ｍｍ行程活塞杆完全伸出，此时，轮距为标准轨距１４３５ｍｍ，这种状态适合于在道岔区的转辙器和辙叉部的稳定作业。在图２ｃ中，两根活塞杆外伸，但不一定完全伸出，此时的轮距取决于该处轨道的轨距和扣件的弹性，滚轮一直顶撑在钢轨的轨头内侧，这种状态适合于在正线区以及道岔连接部分的稳定作业。在道岔区稳定作业时，轮距需要在图２ｂ和图２ｃ的两种状态间切换。２．３夹持压力切换控制道岔稳定车在正线作业双轨夹持时，稳定装置夹Ⅱ钳夹持压力为１０￣）ａ，但在道岔区单轨夹持作业时，此夹持力不足以克服稳定装置作业时的激振力，从而在振动过程中会出现夹钳轮松动甚至滚轮与钢轨频繁碰撞的情况，所以，单轨夹持时，必须增大夹钳的夹持力。根据我国的线路条件，在新铺设的线路上作业时，激振器的振动频率一般为２５～２８Ｈｚ；在既有线路上的作业，—振动频率一般为２９３０‘Ｈｚ［６７］，计算时取最大３０Ｈｚ。２．３．１激振力计算单只稳定装置共有４个偏心块，每个偏心块分为Ａ、Ｂ‘两部分８｜，其尺寸如图３所示。‘（１）Ａ部分重心９１。一兰兰ｉ垡±旦生±生２一图３偏心块（单位：ｍｍ）”７３订×（Ｄ＋ｄ）巫ｇ生关婴黑芒虹ｍｍ：５７．２ｍｍ３１Ｔ×（２５０＋８０）……………。（２）Ｂ部分重心９０铁道墓簏技术ＲＡ，Ｌ帆ｙＣ０＾ｆＳ７＿开ＵＣ丁『０～丁ＥＣＨ￣０￡．０Ｇｙ２ＤＴ７ｆＴＤＪ圃网喀瞒蓑匐万方数据・线路／路基工程・２×（Ｄ２＋Ｄｄ＋ｄ２）２×（１１０２＋１１０×８０＋８０２）．，、，‰———２ｊ丽矿而广一２磊ｉ可万ｉ两一ｍｍ２３０・５ｍｍ（３）偏心距ｅ５．７×ｆ！Ｌ！，＿里坐一！掣１×—７．８５３×—ｆ！Ｌ三王至掣一！Ｌ三￡兰三苎鱼１×７．８５），。。埘。一），ｂｅ埘ｂ＼２２，、２２，８一彬一（！－一学＋卫．－学一订ｘ４２ｘ６）×７．８５ｃｎｌ一旦尝挈ｃｍ。４．９ｃｍ１１４３０…‘……‘（４）单个偏心块产生的激振力Ｆ＝埘ｅｃｃ，２＝埘ｅ（２们２＝（１１．４３×４．９×—１０２×４１Ｔ２×３０２）Ｎ＝１９８７９．４Ｎ一１９．９ｋＮ（５）单只稳定装置总激振力∑Ｆ＝４Ｆ＝１９・９ｋＮ×４＝７９・６ｋＮ２．３．２夹持力计算’假设夹钳油缸液压力为Ｆ，夹钳油缸通过杠杆板将夹持力传递给夹钳体，再通过夹钳轮传递给钢轨。（１）杠杆板受力情况如图４所示，杠杆板受油’缸液压力Ｆ和夹钳体连接杆反作用力Ｆ．在中心矩Ｏ处保图４杠杆板受力’’’持受力平衡，由杠杆原理知：Ｆｌ＝Ｆ。ｆ。，已知Ｚ＝１１０．４ｍｍ，Ｚ１＝２１５．９ｍｍ’舭。＝半＝紫一ｏ．５・Ｆ（２）夹持力如图５所示¨０｜，夹钳体受两个连接杆的共同作用力Ｒ、钢轨反作用力Ｆ，作用，在中心矩０处保持受力平衡，由杠杆原理知：Ｆ：Ｚ：＝Ｂｆ，，又巴＝２Ｆ。，已知ｚ２＝３９５．９ｍｍ，ｚ３＝３９０ｍｍ，则Ｂ＝二竽＝２ＦｌＺ２’１．０２Ｆ×３９５．９一＝一Ｚ３３９０’＝１．０４Ｆ２．３．３夹钳油缸液压力单轨夹持作业最大允许激振力发生在滚轮即将离开钢轨的临界点，此时的激振力等于夹钳夹持力，即Ｆ丫＝Ｆ３＝１．０４Ｆ７＝７９．６ｋＮ，夹钳油缸液压力肚等－７６．５ｋＮｏ图５夹钳体受力大腔面积．ｓ。：帜；：３．１４×ｆ挈×１０一，１２ｍ：：７．８５×—１０ｍ２；川、腔面积｜ｓ２＝订尺；一订Ｒ；＝３．１４×（訾×—１０。）２ｍ２３．１４×（孚×ｌｏ。３）２ｍ２＝４×ｌｏ。３ｍ２。由于夹钳油缸存在小腔背压力，且背压Ｐ背为９ＭＰａ，所以Ｆ７＝Ｐｓ。一Ｐ背Ｓ２，大腔压力Ｐ＝≈掣：型型丝幽氅丛贮Ｐａ１４３胁５ｌ’７．８５×１０。通过以上计算可知，道岔稳定车在道岔区的转辙器和辙叉部分单轨夹持作业时，必须增大夹钳油缸夹持压力至１４．３ＭＰａ，为保持与系统压力一致，取整１５ＭＰａ，在正线及道岔区的连接部分作业时，夹持压力恢复至ｌＯＭＰａ，所以，道岔区稳定作业时，夹持力需在１５ＭＰａ和１０ＭＰａ之间切换。２．４撑轨压力切换控制正线作业时，水平撑轨压力为５ＭＰａ，但在道岔区的转辙器和辙叉部分单轨夹持作业时，必须满足水平撑轨压力大于夹钳夹持力，才能在单轨夹持作业过程中，使活塞杆的活塞紧贴缸筒壁，保证稳定装置轮距１４３５ｍｍ，此时必须增大水平撑轨力。计算水平撑轨油缸液压力：Ｐ：要：氅：堕盟墅尝灿。１０ＭＰａ１一Ｓ一竹Ｄ２一（３．１４×”““１００２）．ｍｍ２。１。所以，道岔区稳定作业时，撑轨压力需在１０ＭＰａ和５ＭＰａ之间切换。３具体技术实现为实现夹持动作、撑轨动作、夹持压力和撑轨压力的切换，需通过电气程序控制液压系统来具体“”实现。在车体的左右两侧均设置有道岔作业按钮，此按钮集以上四种控制切换及其它联锁功能于铁道建筑技术开ＡｆＬｗＡｙ№ＣＯＮＳ丁开ＵＣ丁ｆＯＮ丁￡鼢ＨＬＯＧｙ２０Ｔ７仃０Ｊ９ｌ万方数据・线路／路基工程・“”一体。按亮车体左侧或右侧道岔作业按钮，进入“”道岔模式，适用于在道岔区的转辙器和辙叉部分“”进行稳定作业；按灭车体左侧或右侧道岔作业按“”钮，进入正线模式，适用于在正线区及道岔区的连接部分进行稳定作业。“”在车体左侧按亮道岔作业按钮，功能设计如下：（１）联锁作业司机室和车体上部的撑轨、夹钳“”开关，即只要在车体左侧按亮道岔作业按钮，进“”入道岔模式，那么这两处的撑轨和夹钳开关不起作用，以防误操作引起误动作。“”（２）联锁车体右侧的道岔作业按钮，即只要“”“在车体左侧按亮道岔作业按钮，进入道岔模”“”“式，则无法再从右侧道岔作业按钮进入道岔模”式，以防误操作引起误动作。（３）控制液压系统使水平撑轨油缸２０Ｈｕｎ行程完全缩回，１５ｍｍ行程完全伸出，保证轮距ｌ４３５ｎ吼。（４）控制液压系统使左侧夹钳张开，右侧夹钳保持夹持状态。Ⅱ（５）控制液压系统使水平撑轨压力切换为１０￣）ａ。（６）控制液压系统使右侧夹钳夹持压力切换为表１稳定作业前后轨枕横向阻力对比轨枕位移稳定前阻稳定后阻阻力增加量／ｍｍ力值／ｋＮ力值／ｋＮ百分比／％ｌｌ２００ｌ４００１６．７２ｌ８００２０００１１．１４２３００２６４０１４．８此表为６个测量点、多组测量数据的平均值，由表可知稳定后道岔轨枕横向阻力值增加１４％左右。同时道岔稳定作业前后道床高程的对比测量结果也可作为稳定作业效果的评定¨卜１２］。试验表明，道岔稳定作业控制设计合理，稳定作业效果显著，保持了捣固车作业后的线路作业精度。５结束语改变稳定装置的水平撑轨装置结构，通过稳定装置夹持动作、撑轨动作、夹持压力和撑轨压力的切换控制，实现道岔区的稳定作业功能。目前，基于本文道岔稳定作业控制设计的道岔稳定车已生产５０多台，在各大路局得到了广泛地应用，顺利实现了道岔稳定养护作业，填补了国内空白。参考文献１５ＭＰａ。ｌ１Ｊ佟立本．铁道概论ＩＭＪ．北京：中国铁道出版社，２０１２：“”同理，车体右侧道岔作业按钮功能设计与左—６９７４・侗４相同．［２］毛必显，贾仲夏，金吻．ｗＤ一３２０轨道动力稳定车的运用…‘‘‰。差采具备夹钳实施夹持的一侧操作道岔作［３］主凳叔嚣篆梨淼”“”“”业按钮，在道岔模式和正线模式之间切换，最都：西南交通大学出版社，２００４：７９．终实现各种夹持和撑轨的动作及压力的转换。在［４］许金国．一种养路机械用宽轨动力转向架的研制［Ｊ］．“’’道岔区作业时，作业人员仅需操作道岔作业按—铁道建筑技术，２０１４（１１）：７７８０・洲阿完成整个道岔的稳定作业，简单方便。∞１蓑耋蚕震盏７冀丢尝篙军捣固轧川＿北裁中国４试验［６］丁志周・道岔稳定车的设计与应用研究［Ｊ］．科技信息，２０１３（３）：１３４一１３５．为验证道岔稳定作业的控制设计是否合理，在［７］赵凤德．动力稳定车［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，样机上做了充分的验证，特别针对不同的左开道岔’ｚＵＵ，：列‘‘和右开道岔，在左、右两侧分另ＩＪ操作道岔作业＇，按隅１鬻黧苎２｝程机械概谢圳・北煎冶金工业出钮进行试验。试验结论为：夹持、撑轨动作设计合［９］成大先．机械设计手册．常用设计资料［Ｍ］．北京：化理，可以顺利通过道岔；夹持压力、撑轨压力设计正—学工业出版社，２叭ｏ：１９０．确，没有出现滚轮与钢轨碰撞及水平油缸撑轨距离［１０］中国铁路总公司．ｗＤ一３２０动力稳定车检修规则改变的情况，满足道岔稳定要求。［Ｍ］・北京：中国铁道出版社，２０１４：５３・同时，为验证道岔稳定效果，还进行了作业前ｎ¨Ⅲ荤蓍襄薹言觥篙暑繁测量手册Ｌ北煎后轨枕横向阻力的检测，以验证稳定后道砟密实度［１２］李禹成．ＡＧｃ基于线路位置偏移的精确作业方法得到增加，检测数据如表ｌ所示。［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１４（１１）：８ｌ一８３．９２铁道建筑技术ＲＡ『ＬＭｙＣＯＮＳ丁尺Ｕｃ订Ｏ～丁￡＿ｃｌＨＮ０￡＿ＯＧｙ２０７７ｒ＇０Ｊ万方数据