搗固穩(wěn)定車作業(yè)過程軸重變化規(guī)律測試與分析

王鵬

中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081

對于DWL?48搗固穩(wěn)定車工作小車，當(dāng)作用于車軸上的驅(qū)動扭矩與作用在車輪上的制動力矩、黏著力矩等反扭矩超過輪軸接合面上的摩擦力矩時，工作小車驅(qū)動輪對會超過弛緩線直接導(dǎo)致輪軸弛緩，帶來安全隱患［1-3］。

列車運(yùn)行阻力、牽引黏著力與軸重有直接的關(guān)系［4］。軸重的變化也可能導(dǎo)致作用于輪軸上各力矩的關(guān)系發(fā)生變化，從而間接影響到輪軸配合關(guān)系。本文首先根據(jù)搗固穩(wěn)定車作業(yè)模式和工作原理，提出工作小車軸重測試方法，然后在搗固過程中對工作小車軸重進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，分析其變化規(guī)律。

1 軸重測試原理和方法

1.1 軸重測試原理

DWL?48搗固穩(wěn)定車工作小車采用連續(xù)式搗固作業(yè)方式，搗固主車及動力穩(wěn)定車連續(xù)勻速向前運(yùn)行，工作小車相對于主車循環(huán)步進(jìn)運(yùn)動，同步完成搗固、起撥道及動力穩(wěn)定作業(yè)［5-6］。

為了能準(zhǔn)確測出軌道水平偏差，搗固作業(yè)時車體和轉(zhuǎn)向架與軌道間的距離必須保持不變。為此，在軸箱與轉(zhuǎn)向架構(gòu)架之間、轉(zhuǎn)向架與車體之間分別用軸箱支撐油缸和車體支撐油缸支撐住，消除它們之間的彈性自由距離［7］。

軸箱與轉(zhuǎn)向架構(gòu)架之間的支撐結(jié)構(gòu)見圖1。軸箱支撐油缸1采用并聯(lián)油路，作業(yè)位時軸箱支撐油缸1接通液壓油路，活塞桿伸出。軸箱支撐油缸1的活塞桿頂住軸箱5的頂部，使轉(zhuǎn)向架構(gòu)架2上升，消除橡膠彈簧3的彈性作用［8-9］。

圖1 軸箱支撐結(jié)構(gòu)

工作小車的重量全部由軸箱支撐油缸1和橡膠彈簧3承擔(dān)。車體支撐油缸頂車和搗固作業(yè)引起工作小車軸重變化，軸箱支撐油缸1承受的荷載F1和橡膠彈簧3承受的荷載F2會隨之實(shí)時變化。各軸重實(shí)時監(jiān)測值等于各軸初始軸重與軸重的變化量之和，軸重的變化量等于軸箱支撐油缸1承受的荷載變化量與橡膠彈簧3承受的荷載變化量之和。

1.2 軸重測試方法

本測試方法基于數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，通過壓力傳感器和位移傳感器監(jiān)測軸箱支撐油缸壓力變化量和橡膠彈簧壓縮變化量，計(jì)算得到Ⅲ軸、Ⅳ軸軸重的變化量。

測試前在軸箱支撐油缸1總進(jìn)油口加裝1個減壓閥8，軸箱支撐油缸1每個進(jìn)油口各加裝1個截止閥N?1、N?2、N?3、N?4，截止閥與油缸之間各加裝1個壓力傳感器P?1、P?2、P?3、P?4。軸箱支撐油缸工作原理如圖2所示。

圖2 軸箱支撐油缸工作原理

軸箱支撐油缸壓力的監(jiān)測方法：①首先接通軸箱支撐油缸1的液壓油路，打開截止閥，使支撐油缸活塞桿伸出，頂住軸箱5頂部；②測量軸箱5底部與相應(yīng)下?lián)醢?間隙，前軸左右兩側(cè)已完全頂住，均無間隙，而后軸左右兩側(cè)有約5 mm的間隙；③通過壓力傳感器監(jiān)測此時油缸壓力；④通過減壓閥8調(diào)整油缸壓力，同時觀察軸箱5底部與相應(yīng)下?lián)醢?間隙，直到前軸左右兩側(cè)軸箱5底部與下?lián)醢?之間有一張報紙可順利通過的間隙為止；⑤鎖緊減壓閥8，關(guān)閉各截止閥；⑥通過壓力傳感器監(jiān)測搗固作業(yè)時的油缸壓力。

關(guān)閉各截止閥后，橡膠彈簧3壓縮量變化將會很小。橡膠彈簧3壓縮變化量等于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架2下邊緣與軸箱5頂部間隙的變化量，因此可通過位移傳感器7實(shí)時監(jiān)測該間隙得到。

根據(jù)實(shí)時監(jiān)測得到的軸箱支撐油缸壓力變化量和橡膠彈簧壓縮變化量，采用下式［10］計(jì)算工作小車軸重的變化量。

式中：Δp，D分別為軸箱支撐油缸的液壓壓力和直徑；ΔL為橡膠彈簧壓縮變化量；K為橡膠彈簧的靜剛度；m為實(shí)時軸重；m0為初始軸重；ΔF1，ΔF2分別為F1和F2的變化量；g為重力加速度。

2 現(xiàn)場測試結(jié)果分析

工作小車Ⅲ軸、Ⅳ軸軸重變化曲線見圖3。可見軸重的變化分為3個階段：0~30 s為車體支撐油缸頂車前，30~60 s為車體支撐油缸頂車階段，60~120 s為連續(xù)搗固作業(yè)階段。

以下按階段進(jìn)行分析：

圖3 工作小車Ⅲ軸、Ⅳ軸的軸重變化曲線

1）頂車前和頂車階段

這兩個階段搗固穩(wěn)定車主車不動，軸箱支撐油缸活塞桿伸出，釋放減震彈簧，關(guān)閉截止閥，通過電磁閥控制車體支撐油缸活塞桿的動作。

車體支撐油缸頂車前，Ⅲ軸、Ⅳ軸的軸重?zé)o變化，分別為初始軸重9.8、9.1 t。車體支撐油缸頂車后，活塞桿頂住主車車體橫梁，使得車體與轉(zhuǎn)向架形成一個剛性整體。此時，車體支撐油缸頂升力將作用于工作小車上，使得工作小車軸重增大。此時Ⅲ軸、Ⅳ軸的軸重均為13.7 t，分別增大3.9、4.6 t。

2）搗固作業(yè)階段

該階段軸箱支撐油缸與車體支撐油缸的活塞桿均伸出，關(guān)閉各油路截止閥進(jìn)行搗固作業(yè)。

搗固作業(yè)時，搗固鎬下插與提升過程中搗固鎬與道砟之間產(chǎn)生的下插阻力和提升阻力將引起Ⅲ軸、Ⅳ軸軸重變化。搗固作業(yè)是周期性的連續(xù)作業(yè)，工作小車Ⅲ軸、Ⅳ軸的軸重也隨之周期性變化，并且軸重的變化周期與搗固周期基本一致，每個周期為5 s。每個周期Ⅲ軸、Ⅳ軸軸重最大值分別為18.7、17.6 t，比初始軸重分別增大8.9、8.5 t。工作小車軸重在連續(xù)搗固作業(yè)過程中周期性的變化，必會加劇輪軸配合關(guān)系的變化。

3 結(jié)論

1）根據(jù)搗固穩(wěn)定車作業(yè)特點(diǎn)和工作原理，提出搗固作業(yè)過程中工作小車軸重測試方法。

2）通過測試分析發(fā)現(xiàn)，車體支撐油缸頂車階段車體支撐油缸對工作小車的頂升力會引起Ⅲ軸、Ⅳ軸的軸重增大；搗固作業(yè)階段搗固鎬下插與提升產(chǎn)生的阻力會引起Ⅲ軸、Ⅳ軸軸重按5 s周期變化，進(jìn)而加劇輪軸配合關(guān)系的變化。