鋼軌打磨車打磨力波動抑制方法研究

馬維昌

(南京地鐵運營有限責任公司，江蘇 南京 210012)

鋼軌打磨車打磨力波動抑制方法研究

馬維昌

(南京地鐵運營有限責任公司，江蘇 南京 210012)

隨著我國經濟和科學技術的快速發展，我國的地鐵朝著高速和重載的防線進一步發展，地鐵的運行速度和運載能力都大大的提升。在此背景環境下，就對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的原理和打磨力波動原因，分析了三通比例減壓閥控缸系統的運用及其仿真結果的研究。

鋼軌打磨車 打磨力波動抑制 方法

一、打磨作業原理及打磨力波動原因

（一）打磨機構液壓加載系統原理與特點

1、加載系統

鋼軌打磨機構液壓加載系統，是鋼軌打磨機構的最主要的工作單元，且每節鋼軌打磨車上都裝備了多臺打磨小車。其系統的組成部分主要有：定量泵、冷卻器、恒壓變量泵、卸荷閥組、三通比例減壓閥、開關閥、蓄能器和液壓油缸等組成。

2、加載系統工作原理

液壓加載系統具有：未運作時鎖定、開始運作時壓下打磨機構、運作時提供打磨力和運作結束時提升打磨機構。

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

壓下打磨機構：液壓打磨系統中加入了開關球閥，其作用的是為了避免工作人員的錯誤操作。在開關閥通電且指示燈亮起的情況下，液壓加載系統才能執行打磨命令。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入液壓油缸的有桿腔，無桿腔壓力形成背壓，進而保證打磨機進行平穩的打壓。在打磨砂輪與鋼軌接觸之后，打磨機停止打壓，無桿腔的壓力上升到指定壓力。

打磨運作狀態：液壓油缸的位置隨著打磨機構的位置擾動而變化，其油缸技能進行排油，又能進行補油，并且通過三通比例減壓閥來控制電流大小，進而設置軌道的打磨力。

運作結束提升打磨機構：在系統解除打磨命令或是遇到電磁閥故障失電時，恒壓變量泵的油源將進入液壓油缸的無桿腔，進而有桿腔接通郵箱，打磨機構被抬起，進而停止打磨鋼軌作業。

3、加載系統特點

液壓油缸的兩腔是進行獨立加載作業的。

恒壓變量泵加蓄能器是加載系統的主力油源，液壓泵的輸出特性得到了進一步的改善。

三通比例減壓閥是作為鋼軌打磨機構液加載系統的最佳加載閥，其動態特性能進一步的影響打磨力的穩定性。

（二）鋼軌打磨力波動影響因素

1、打磨砂輪受力。在進打磨作業時，打磨機的轉速為3600r/min，由于鋼軌表面不平滑，從而導致打磨砂輪受力復雜，其液壓油缸的輸出力、打磨機構的慣性力以及打磨機構偏轉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的影響分析。在進行打磨作業的過程中，由于液壓油缸筒的運動，進而使得有桿腔和無桿腔的腔容體積變化，進而影響兩腔壓力的變化，導致液壓油缸輸出力的變化。打磨機構的位置變動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生的壓力值就越大；波磨頻率越打，其造成的波動頻率就越高。

3、打磨力中打磨機構慣性力波動影響分析。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，進而導致打磨存在波動。同時，由于現有加載技術對打磨力干擾的忽視，鋼軌打磨速度的進一步的提高將直接影響打磨機構的慣性力，從而影響打磨力形成加大的波動。

二、三通比例減壓閥控缸系統特性

（一）三通比例減壓閥線性電流減壓增益

1、三通比例減閥先導級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。能進一步的忽略比例控制放大器的內阻，比例電磁鐵的滯環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表示的是動生反電動勢系數；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壓力是由液壓系統的的液壓半橋來實現的，其流量穩定器和先導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、當錐閥用作先導閥時，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頻響特性

三通比例減壓閥控缸系統的頻響反饋效果在進行反饋控制時是極其重要的，其系統的幅頻特性差將造成補償精度不足，從而導致相頻特性差補償的滯后性。

圖一：系統頻響波特圖

由圖可知，系統的幅頻增益在頻率小于10HZ范圍內時，其相頻增益變化不大，系統穩定，滿足波磨率在0.8-3.2HZ范圍內的要求。

三、仿真結果研究

三通比例減壓閥液壓加載系統仿真模型圖入下所示：

圖二：三通比例減壓閥液壓加載系統仿真模型

（一）主動加載動態特性仿真

將位置擾動信號的值設置為0，有桿腔的長度設置為200mm，階躍信號設置值為800mA，閥后的管道長度為0.5m，直徑為10mm，其他參數設置不變，分貝對節流器等效開關進行0.2mm，0.3mm,0.4mm,0.5mmd的仿真模擬。進而得出，在三通減壓閥的輸出壓力穩定，且其他條件不變的情況下，節流器的開度越大，液壓加載系統的響應越快，壓力調節量大且曲線震蕩明顯。

（二）被動加載動態特性仿真

有桿腔的長度設置不變，節流器開度為0.3mm，階躍信號，閥后管道長度與直徑不變，其其他參數設置不變的情況下，波磨頻率為8HZ波磨深度為2mm，進行仿真模擬，進而得出在有桿腔壓力波動較小的情況下，在鋼軌波磨的擾動下，三通比例減壓閥能有效地控制無桿腔的壓力，打磨機構的隨跟性能好，在其參數條件不變的情況下，節流器開度越大，其壓力波動越小，曲線震蕩明顯。

[1]湯萬文. 鋼軌打磨車打磨力波動抑制方法研究[D].中南大學,2013.

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1007-6344（2015）11-0019-01