鋼軌打磨車打磨力波動(dòng)抑制方法研究

馬維昌

(南京地鐵運(yùn)營(yíng)有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210012)

鋼軌打磨車打磨力波動(dòng)抑制方法研究

馬維昌

(南京地鐵運(yùn)營(yíng)有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210012)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)的地鐵朝著高速和重載的防線進(jìn)一步發(fā)展，地鐵的運(yùn)行速度和運(yùn)載能力都大大的提升。在此背景環(huán)境下，就對(duì)地鐵線路提出了較高的要求。本文只要介紹了鋼軌打磨車打磨作業(yè)的原理和打磨力波動(dòng)原因，分析了三通比例減壓閥控缸系統(tǒng)的運(yùn)用及其仿真結(jié)果的研究。

鋼軌打磨車 打磨力波動(dòng)抑制 方法

一、打磨作業(yè)原理及打磨力波動(dòng)原因

（一）打磨機(jī)構(gòu)液壓加載系統(tǒng)原理與特點(diǎn)

1、加載系統(tǒng)

鋼軌打磨機(jī)構(gòu)液壓加載系統(tǒng)，是鋼軌打磨機(jī)構(gòu)的最主要的工作單元，且每節(jié)鋼軌打磨車上都裝備了多臺(tái)打磨小車。其系統(tǒng)的組成部分主要有：定量泵、冷卻器、恒壓變量泵、卸荷閥組、三通比例減壓閥、開關(guān)閥、蓄能器和液壓油缸等組成。

2、加載系統(tǒng)工作原理

液壓加載系統(tǒng)具有：未運(yùn)作時(shí)鎖定、開始運(yùn)作時(shí)壓下打磨機(jī)構(gòu)、運(yùn)作時(shí)提供打磨力和運(yùn)作結(jié)束時(shí)提升打磨機(jī)構(gòu)。

鎖定狀態(tài)：在系統(tǒng)為收到打磨命令時(shí)，其所有的電磁鐵都未供電，恒壓變量泵的油源將進(jìn)入液壓油缸的無(wú)桿腔，而有桿腔將與油箱連接，打磨機(jī)將被升到高位，機(jī)械被鎖定，進(jìn)而打磨砂輪與鋼軌未能接觸。

壓下打磨機(jī)構(gòu)：液壓打磨系統(tǒng)中加入了開關(guān)球閥，其作用的是為了避免工作人員的錯(cuò)誤操作。在開關(guān)閥通電且指示燈亮起的情況下，液壓加載系統(tǒng)才能執(zhí)行打磨命令。并且在得到打磨命令后，三通比例減壓閥通電，恒壓變量泵的油源進(jìn)入液壓油缸的有桿腔，無(wú)桿腔壓力形成背壓，進(jìn)而保證打磨機(jī)進(jìn)行平穩(wěn)的打壓。在打磨砂輪與鋼軌接觸之后，打磨機(jī)停止打壓，無(wú)桿腔的壓力上升到指定壓力。

打磨運(yùn)作狀態(tài)：液壓油缸的位置隨著打磨機(jī)構(gòu)的位置擾動(dòng)而變化，其油缸技能進(jìn)行排油，又能進(jìn)行補(bǔ)油，并且通過三通比例減壓閥來(lái)控制電流大小，進(jìn)而設(shè)置軌道的打磨力。

運(yùn)作結(jié)束提升打磨機(jī)構(gòu)：在系統(tǒng)解除打磨命令或是遇到電磁閥故障失電時(shí)，恒壓變量泵的油源將進(jìn)入液壓油缸的無(wú)桿腔，進(jìn)而有桿腔接通郵箱，打磨機(jī)構(gòu)被抬起，進(jìn)而停止打磨鋼軌作業(yè)。

3、加載系統(tǒng)特點(diǎn)

液壓油缸的兩腔是進(jìn)行獨(dú)立加載作業(yè)的。

恒壓變量泵加蓄能器是加載系統(tǒng)的主力油源，液壓泵的輸出特性得到了進(jìn)一步的改善。

三通比例減壓閥是作為鋼軌打磨機(jī)構(gòu)液加載系統(tǒng)的最佳加載閥，其動(dòng)態(tài)特性能進(jìn)一步的影響打磨力的穩(wěn)定性。

（二）鋼軌打磨力波動(dòng)影響因素

1、打磨砂輪受力。在進(jìn)打磨作業(yè)時(shí)，打磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為3600r/min，由于鋼軌表面不平滑，從而導(dǎo)致打磨砂輪受力復(fù)雜，其液壓油缸的輸出力、打磨機(jī)構(gòu)的慣性力以及打磨機(jī)構(gòu)偏轉(zhuǎn)的角度和摩擦阻力等都將影響打磨力。

2、打磨力中液壓油缸輸出力波動(dòng)的影響分析。在進(jìn)行打磨作業(yè)的過程中，由于液壓油缸筒的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使得有桿腔和無(wú)桿腔的腔容體積變化，進(jìn)而影響兩腔壓力的變化，導(dǎo)致液壓油缸輸出力的變化。打磨機(jī)構(gòu)的位置變動(dòng)是液壓油缸壓力的主要影響因素，壓力波磨的波度越大其產(chǎn)生的壓力值就越大；波磨頻率越打，其造成的波動(dòng)頻率就越高。

3、打磨力中打磨機(jī)構(gòu)慣性力波動(dòng)影響分析。兩腔壓力是液壓油缸輸出力的決定性因素，油缸位置的變化將直接影響輸出壓力，進(jìn)而導(dǎo)致打磨存在波動(dòng)。同時(shí)，由于現(xiàn)有加載技術(shù)對(duì)打磨力干擾的忽視，鋼軌打磨速度的進(jìn)一步的提高將直接影響打磨機(jī)構(gòu)的慣性力，從而影響打磨力形成加大的波動(dòng)。

二、三通比例減壓閥控缸系統(tǒng)特性

（一）三通比例減壓閥線性電流減壓增益

1、三通比例減閥先導(dǎo)級(jí)采用的是力控制型的比例電磁鐵，具有水平位移減力的特性。能進(jìn)一步的忽略比例控制放大器的內(nèi)阻，比例電磁鐵的滯環(huán)和鐵磁渦流引起的純滯后。

其控制電壓力方程式為：

其中：u(t)表示的是放大器功率級(jí)輸出電壓； Rc表示的是電磁線圈電阻； i(t)表示的是線圈電流； L表示的是電磁線圈電感； Ke表示的是動(dòng)生反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)；x(t)表示的是銜鐵位移。輸出力方程式為：

其中：Fm表示的是電磁鐵的輸出推力；Ki表示的是電磁鐵的電流減力增益。

2、三通比例減壓閥的先導(dǎo)壓力是由液壓系統(tǒng)的的液壓半橋來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其流量穩(wěn)定器和先導(dǎo)錐閥是液壓半橋的組成部分。因此，錐閥有效作用面上的力平衡方

3、當(dāng)錐閥用作先導(dǎo)閥時(shí)，其閥芯開度小，其有效作用面積表示為A2，那么三通比例減壓閥的線性電流減壓力方程式為：

（二）三通比例減壓閥控缸系統(tǒng)頻響特性

三通比例減壓閥控缸系統(tǒng)的頻響反饋效果在進(jìn)行反饋控制時(shí)是極其重要的，其系統(tǒng)的幅頻特性差將造成補(bǔ)償精度不足，從而導(dǎo)致相頻特性差補(bǔ)償?shù)臏笮浴?/p>

圖一：系統(tǒng)頻響波特圖

由圖可知，系統(tǒng)的幅頻增益在頻率小于10HZ范圍內(nèi)時(shí)，其相頻增益變化不大，系統(tǒng)穩(wěn)定，滿足波磨率在0.8-3.2HZ范圍內(nèi)的要求。

三、仿真結(jié)果研究

三通比例減壓閥液壓加載系統(tǒng)仿真模型圖入下所示：

圖二：三通比例減壓閥液壓加載系統(tǒng)仿真模型

（一）主動(dòng)加載動(dòng)態(tài)特性仿真

將位置擾動(dòng)信號(hào)的值設(shè)置為0，有桿腔的長(zhǎng)度設(shè)置為200mm，階躍信號(hào)設(shè)置值為800mA，閥后的管道長(zhǎng)度為0.5m，直徑為10mm，其他參數(shù)設(shè)置不變，分貝對(duì)節(jié)流器等效開關(guān)進(jìn)行0.2mm，0.3mm,0.4mm,0.5mmd的仿真模擬。進(jìn)而得出，在三通減壓閥的輸出壓力穩(wěn)定，且其他條件不變的情況下，節(jié)流器的開度越大，液壓加載系統(tǒng)的響應(yīng)越快，壓力調(diào)節(jié)量大且曲線震蕩明顯。

（二）被動(dòng)加載動(dòng)態(tài)特性仿真

有桿腔的長(zhǎng)度設(shè)置不變，節(jié)流器開度為0.3mm，階躍信號(hào)，閥后管道長(zhǎng)度與直徑不變，其其他參數(shù)設(shè)置不變的情況下，波磨頻率為8HZ波磨深度為2mm，進(jìn)行仿真模擬，進(jìn)而得出在有桿腔壓力波動(dòng)較小的情況下，在鋼軌波磨的擾動(dòng)下，三通比例減壓閥能有效地控制無(wú)桿腔的壓力，打磨機(jī)構(gòu)的隨跟性能好，在其參數(shù)條件不變的情況下，節(jié)流器開度越大，其壓力波動(dòng)越小，曲線震蕩明顯。

[1]湯萬(wàn)文. 鋼軌打磨車打磨力波動(dòng)抑制方法研究[D].中南大學(xué),2013.

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1007-6344（2015）11-0019-01