搗固車(chē)搗固頭振動(dòng)液壓系統(tǒng)的改造

李春橋

(昆明中鐵大型養(yǎng)路機(jī)械集團(tuán)有限公司，昆明 650215)

1 搗固裝置的現(xiàn)狀

目前，在鐵路搗固系列車(chē)型中的搗固裝置都采用定量油泵和定量油馬達(dá)組成開(kāi)式油泵—油馬達(dá)回路，振動(dòng)頻率設(shè)計(jì)為35 Hz。由于液壓系統(tǒng)本身的容積效率是隨著使用時(shí)間的增加而逐漸降低的，振動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速也會(huì)隨著逐漸降低，導(dǎo)致?lián)v固頭的振動(dòng)頻率低于35 Hz，從而影響作業(yè)質(zhì)量。因此，有必要設(shè)計(jì)一種新的搗固系列車(chē)型振動(dòng)液壓系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)振動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速可調(diào)，也即搗固頭振動(dòng)頻率可調(diào)，并且在產(chǎn)品正常使用周期內(nèi)最大值始終可調(diào)，且＞35 Hz。

2 改造方案設(shè)計(jì)

2.1 改造方案1

1)原方案

原方案振動(dòng)液壓回路為:定量振動(dòng)泵+定量振動(dòng)馬達(dá)，其液壓系統(tǒng)原理見(jiàn)圖1。原方案由4個(gè)定量振動(dòng)泵分別向4個(gè)定量振動(dòng)馬達(dá)供油，形成4套獨(dú)立的振動(dòng)液壓回路，其中每2個(gè)泵共用1個(gè)調(diào)壓溢流閥。工作時(shí)各參數(shù):振動(dòng)泵轉(zhuǎn)速 n1=2 000 r/min，振動(dòng)泵排量 q1=37.1 mL/r，溢流閥調(diào)定壓力為 p=18.5 MPa，工作時(shí)單個(gè)振動(dòng)泵理論流量為 Q1=q1n1/1 000=37.1×2 000/1 000=74.2 L/min，振動(dòng)馬達(dá)排量 q2=34.3 mL/r，振動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速n2=1 000Q1/q2=1 000×74.2/34.3=2 163 r/min，搗固頭振動(dòng)頻率為 f2=n2/60=2 163/60=36 Hz。

由以上計(jì)算可知，在不考慮泵馬達(dá)容積效率的情況下，搗固頭的理論振動(dòng)頻率僅為36 Hz＞35 Hz(最佳工作頻率)，剛剛滿足要求，而在實(shí)際工況中泵馬達(dá)總有容積損失，而且隨著機(jī)器使用時(shí)間加長(zhǎng)，泵馬達(dá)的磨損加劇，容積效率逐步還會(huì)降低，因此搗固頭的實(shí)際振動(dòng)頻率更低(例如在新機(jī)調(diào)試時(shí)實(shí)測(cè)振動(dòng)頻率僅為33 Hz)，從而影響作業(yè)質(zhì)量。

2)改造方案1

圖1 液壓系統(tǒng)原理

方案1采用負(fù)載敏感振動(dòng)泵+高壓負(fù)荷傳感多路閥+定量振動(dòng)馬達(dá)(以CDC-16搗固車(chē)對(duì)此方案進(jìn)行說(shuō)明)。其液壓工作原理見(jiàn)圖2。方案1中采用每1個(gè)負(fù)載敏感振動(dòng)泵通過(guò)1組2聯(lián)高壓負(fù)荷傳感多路閥同時(shí)向其中兩個(gè)定量振動(dòng)馬達(dá)供油，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速(即搗固頭振動(dòng)頻率)通過(guò)高壓負(fù)荷傳感多路閥的流量調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)。工作時(shí)各參數(shù)如下:振動(dòng)泵轉(zhuǎn)速n1=2 000 r/min，振動(dòng)泵選擇排量 q1≥80 mL/r(后面計(jì)算按80取值)，LS溢流閥調(diào)定壓力p=18.5 MPa，工作時(shí)單個(gè)振動(dòng)泵理論流量Q1=q1n1/1 000=80×2 000/1 000=160 L/min，振動(dòng)馬達(dá)排量 q2=34.3 mL/r，振動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速 n2=1 000 Q1/(2q2)=1 000×160/(2×34.3)=2 332 r/min，搗固頭振動(dòng)頻率 f2=n2/60=2 332/60=39 Hz。

圖2 方案1液壓工作原理

由以上計(jì)算可知，在不考慮泵馬達(dá)和容積效率的情況下，搗固頭的理論振動(dòng)頻率可達(dá)39 Hz＞35 Hz(最佳工作頻率)，即使在實(shí)際工況中泵馬達(dá)隨著機(jī)器使用時(shí)間加長(zhǎng)容積效率逐步降低后，也能保證隨時(shí)將搗固頭的實(shí)際振動(dòng)頻率調(diào)整為最佳工作頻率35 Hz，從而確保在CDC-16搗固車(chē)的使用周期內(nèi)作業(yè)質(zhì)量是穩(wěn)定的。

與原方案相比，新方案還具有以下優(yōu)點(diǎn):①將原來(lái)4個(gè)振動(dòng)回路用4個(gè)振動(dòng)泵優(yōu)化為4個(gè)振動(dòng)回路用2個(gè)振動(dòng)泵(即每2個(gè)振動(dòng)回路共用1個(gè)泵)，從而減少了泵的數(shù)量;②泵的流量是按振動(dòng)馬達(dá)的實(shí)際需求自動(dòng)調(diào)節(jié)排量，按需輸出，降低了發(fā)熱，減少了功率浪費(fèi)，節(jié)約了能源。

2.2 改造方案2

1)原方案

原方案振動(dòng)液壓回路為:定量振動(dòng)泵+定量振動(dòng)馬達(dá)，其液壓工作原理見(jiàn)圖3。

圖3 改造方案2的原方案

此方案由1個(gè)定量振動(dòng)泵向1個(gè)定量振動(dòng)馬達(dá)供油，工作時(shí)各參數(shù)如下:振動(dòng)泵轉(zhuǎn)速n1=2 000 r/min，振動(dòng)泵排量q1=120.3 mL/r，溢流閥調(diào)定壓力 p=18 MPa，工作時(shí)振動(dòng)泵理論流量 Q1=q1n1/1 000=120.3×2 000/1 000=240.6 L/min，振動(dòng)馬達(dá)排量 q2=115.8 mL/r，振動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速 n2=1 000Q1/q2=1 000×240.6/115.8=2 078 r/min，搗固頭振動(dòng)頻率 f2=n2/60=2 078/60=34.6 Hz。

由以上計(jì)算可知，在不考慮泵馬達(dá)容積效率的情況下，搗固頭的理論振動(dòng)頻率僅為34.6 Hz＜35 Hz(最佳工作頻率)，而在實(shí)際工況中泵馬達(dá)總是或多或少有容積損失，而且隨著機(jī)器使用時(shí)間加長(zhǎng)，泵馬達(dá)的磨損加劇，容積效率逐步還會(huì)降低，因此搗固頭的實(shí)際振動(dòng)頻率更低。

2)改造方案2

改造方案2振動(dòng)液壓回路為變量振動(dòng)泵+定量振動(dòng)馬達(dá)，其液壓工作原理見(jiàn)圖4。

圖4 改造方案2液壓工作原理

改造方案2由1個(gè)變量振動(dòng)泵向1個(gè)定量振動(dòng)馬達(dá)供油，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速(即搗固頭振動(dòng)頻率)通過(guò)泵的排量調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)。工作時(shí)各參數(shù)如下:振動(dòng)泵轉(zhuǎn)速n1=2 000 r/min，振動(dòng)泵選擇排量q1≥135 mL/r(后面計(jì)算按135取值)，溢流閥調(diào)定壓力 p=18 MPa，工作時(shí)振動(dòng)泵理論流量 Q1=q1n1/1 000=135×2 000/1 000=270 L/min，振動(dòng)馬達(dá)排量 q2=115.8 mL/r，振動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速 n2=1 000 Q1/q2=1 000×270/115.8=2 332 r/min，搗固頭振動(dòng)頻率 f2=n2/60=2 332/60=39 Hz。

由以上計(jì)算可知，在不考慮泵馬達(dá)和容積效率的情況下，搗固頭的理論振動(dòng)頻率可達(dá)39 Hz＞35 Hz(最佳工作頻率)，即使在實(shí)際工況中泵馬達(dá)隨著機(jī)器使用時(shí)間加長(zhǎng)容積效率逐步降低后，也能保證隨時(shí)將搗固頭的實(shí)際振動(dòng)頻率調(diào)整為最佳工作頻率35 Hz，從而確保在DCL-32搗固車(chē)的使用周期內(nèi)作業(yè)質(zhì)量是穩(wěn)定的。

3 結(jié)語(yǔ)

以上2種改造方案可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有搗固車(chē)系列進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)頻率可調(diào)并在產(chǎn)品使用周期內(nèi)始終能保持在最佳工作頻率，同時(shí)方案1還可以精簡(jiǎn)振動(dòng)泵的數(shù)量，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)。

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[3]李增強(qiáng).08-32型搗固車(chē)液壓作業(yè)系統(tǒng)壓力不穩(wěn)的原因及解決辦法[J].鐵道建筑，2007(4):103-104.