捣固车捣固头振动液压系统的改造

李春桥

(昆明中铁大型养路机械集团有限公司，昆明 650215)

1 捣固装置的现状

目前，在铁路捣固系列车型中的捣固装置都采用定量油泵和定量油马达组成开式油泵—油马达回路，振动频率设计为35 Hz。由于液压系统本身的容积效率是随着使用时间的增加而逐渐降低的，振动马达的转速也会随着逐渐降低，导致捣固头的振动频率低于35 Hz，从而影响作业质量。因此，有必要设计一种新的捣固系列车型振动液压系统，能够实现振动马达的转速可调，也即捣固头振动频率可调，并且在产品正常使用周期内最大值始终可调，且＞35 Hz。

2 改造方案设计

2.1 改造方案1

1)原方案

原方案振动液压回路为:定量振动泵+定量振动马达，其液压系统原理见图1。原方案由4个定量振动泵分别向4个定量振动马达供油，形成4套独立的振动液压回路，其中每2个泵共用1个调压溢流阀。工作时各参数:振动泵转速 n1=2 000 r/min，振动泵排量 q1=37.1 mL/r，溢流阀调定压力为 p=18.5 MPa，工作时单个振动泵理论流量为 Q1=q1n1/1 000=37.1×2 000/1 000=74.2 L/min，振动马达排量 q2=34.3 mL/r，振动马达转速n2=1 000Q1/q2=1 000×74.2/34.3=2 163 r/min，捣固头振动频率为 f2=n2/60=2 163/60=36 Hz。

由以上计算可知，在不考虑泵马达容积效率的情况下，捣固头的理论振动频率仅为36 Hz＞35 Hz(最佳工作频率)，刚刚满足要求，而在实际工况中泵马达总有容积损失，而且随着机器使用时间加长，泵马达的磨损加剧，容积效率逐步还会降低，因此捣固头的实际振动频率更低(例如在新机调试时实测振动频率仅为33 Hz)，从而影响作业质量。

2)改造方案1

图1 液压系统原理

方案1采用负载敏感振动泵+高压负荷传感多路阀+定量振动马达(以CDC-16捣固车对此方案进行说明)。其液压工作原理见图2。方案1中采用每1个负载敏感振动泵通过1组2联高压负荷传感多路阀同时向其中两个定量振动马达供油，马达的转速(即捣固头振动频率)通过高压负荷传感多路阀的流量调节螺钉调节。工作时各参数如下:振动泵转速n1=2 000 r/min，振动泵选择排量 q1≥80 mL/r(后面计算按80取值)，LS溢流阀调定压力p=18.5 MPa，工作时单个振动泵理论流量Q1=q1n1/1 000=80×2 000/1 000=160 L/min，振动马达排量 q2=34.3 mL/r，振动马达转速 n2=1 000 Q1/(2q2)=1 000×160/(2×34.3)=2 332 r/min，捣固头振动频率 f2=n2/60=2 332/60=39 Hz。

图2 方案1液压工作原理

由以上计算可知，在不考虑泵马达和容积效率的情况下，捣固头的理论振动频率可达39 Hz＞35 Hz(最佳工作频率)，即使在实际工况中泵马达随着机器使用时间加长容积效率逐步降低后，也能保证随时将捣固头的实际振动频率调整为最佳工作频率35 Hz，从而确保在CDC-16捣固车的使用周期内作业质量是稳定的。

与原方案相比，新方案还具有以下优点:①将原来4个振动回路用4个振动泵优化为4个振动回路用2个振动泵(即每2个振动回路共用1个泵)，从而减少了泵的数量;②泵的流量是按振动马达的实际需求自动调节排量，按需输出，降低了发热，减少了功率浪费，节约了能源。

2.2 改造方案2

1)原方案

原方案振动液压回路为:定量振动泵+定量振动马达，其液压工作原理见图3。

图3 改造方案2的原方案

此方案由1个定量振动泵向1个定量振动马达供油，工作时各参数如下:振动泵转速n1=2 000 r/min，振动泵排量q1=120.3 mL/r，溢流阀调定压力 p=18 MPa，工作时振动泵理论流量 Q1=q1n1/1 000=120.3×2 000/1 000=240.6 L/min，振动马达排量 q2=115.8 mL/r，振动马达转速 n2=1 000Q1/q2=1 000×240.6/115.8=2 078 r/min，捣固头振动频率 f2=n2/60=2 078/60=34.6 Hz。

由以上计算可知，在不考虑泵马达容积效率的情况下，捣固头的理论振动频率仅为34.6 Hz＜35 Hz(最佳工作频率)，而在实际工况中泵马达总是或多或少有容积损失，而且随着机器使用时间加长，泵马达的磨损加剧，容积效率逐步还会降低，因此捣固头的实际振动频率更低。

2)改造方案2

改造方案2振动液压回路为变量振动泵+定量振动马达，其液压工作原理见图4。

图4 改造方案2液压工作原理

改造方案2由1个变量振动泵向1个定量振动马达供油，马达的转速(即捣固头振动频率)通过泵的排量调节螺钉调节。工作时各参数如下:振动泵转速n1=2 000 r/min，振动泵选择排量q1≥135 mL/r(后面计算按135取值)，溢流阀调定压力 p=18 MPa，工作时振动泵理论流量 Q1=q1n1/1 000=135×2 000/1 000=270 L/min，振动马达排量 q2=115.8 mL/r，振动马达转速 n2=1 000 Q1/q2=1 000×270/115.8=2 332 r/min，捣固头振动频率 f2=n2/60=2 332/60=39 Hz。

由以上计算可知，在不考虑泵马达和容积效率的情况下，捣固头的理论振动频率可达39 Hz＞35 Hz(最佳工作频率)，即使在实际工况中泵马达随着机器使用时间加长容积效率逐步降低后，也能保证随时将捣固头的实际振动频率调整为最佳工作频率35 Hz，从而确保在DCL-32捣固车的使用周期内作业质量是稳定的。

3 结语

以上2种改造方案可以实现对现有捣固车系列进行改造，实现振动频率可调并在产品使用周期内始终能保持在最佳工作频率，同时方案1还可以精简振动泵的数量，简化了系统。

[1]韩志青，唐定全.抄平起拨道捣固车[M].北京:中国铁道出版社，2006.

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[3]李增强.08-32型捣固车液压作业系统压力不稳的原因及解决办法[J].铁道建筑，2007(4):103-104.