捣固稳定车作业过程轴重变化规律测试与分析

2021-06-07王鹏

铁道建筑 2021年5期

王鹏

中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，北京 100081

对于DWL⁃48捣固稳定车工作小车，当作用于车轴上的驱动扭矩与作用在车轮上的制动力矩、黏着力矩等反扭矩超过轮轴接合面上的摩擦力矩时，工作小车驱动轮对会超过弛缓线直接导致轮轴弛缓，带来安全隐患［1-3］。

列车运行阻力、牵引黏着力与轴重有直接的关系［4］。轴重的变化也可能导致作用于轮轴上各力矩的关系发生变化，从而间接影响到轮轴配合关系。本文首先根据捣固稳定车作业模式和工作原理，提出工作小车轴重测试方法，然后在捣固过程中对工作小车轴重进行连续监测，分析其变化规律。

1 轴重测试原理和方法

1.1 轴重测试原理

DWL⁃48捣固稳定车工作小车采用连续式捣固作业方式，捣固主车及动力稳定车连续匀速向前运行，工作小车相对于主车循环步进运动，同步完成捣固、起拨道及动力稳定作业［5-6］。

为了能准确测出轨道水平偏差，捣固作业时车体和转向架与轨道间的距离必须保持不变。为此，在轴箱与转向架构架之间、转向架与车体之间分别用轴箱支撑油缸和车体支撑油缸支撑住，消除它们之间的弹性自由距离［7］。

轴箱与转向架构架之间的支撑结构见图1。轴箱支撑油缸1采用并联油路，作业位时轴箱支撑油缸1接通液压油路，活塞杆伸出。轴箱支撑油缸1的活塞杆顶住轴箱5的顶部，使转向架构架2上升，消除橡胶弹簧3的弹性作用［8-9］。

图1 轴箱支撑结构

工作小车的重量全部由轴箱支撑油缸1和橡胶弹簧3承担。车体支撑油缸顶车和捣固作业引起工作小车轴重变化，轴箱支撑油缸1承受的荷载F1和橡胶弹簧3承受的荷载F2会随之实时变化。各轴重实时监测值等于各轴初始轴重与轴重的变化量之和，轴重的变化量等于轴箱支撑油缸1承受的荷载变化量与橡胶弹簧3承受的荷载变化量之和。

1.2 轴重测试方法

本测试方法基于数据采集分析系统，通过压力传感器和位移传感器监测轴箱支撑油缸压力变化量和橡胶弹簧压缩变化量，计算得到Ⅲ轴、Ⅳ轴轴重的变化量。

测试前在轴箱支撑油缸1总进油口加装1个减压阀8，轴箱支撑油缸1每个进油口各加装1个截止阀N⁃1、N⁃2、N⁃3、N⁃4，截止阀与油缸之间各加装1个压力传感器P⁃1、P⁃2、P⁃3、P⁃4。轴箱支撑油缸工作原理如图2所示。

图2 轴箱支撑油缸工作原理

轴箱支撑油缸压力的监测方法：①首先接通轴箱支撑油缸1的液压油路，打开截止阀，使支撑油缸活塞杆伸出，顶住轴箱5顶部；②测量轴箱5底部与相应下挡板4间隙，前轴左右两侧已完全顶住，均无间隙，而后轴左右两侧有约5 mm的间隙；③通过压力传感器监测此时油缸压力；④通过减压阀8调整油缸压力，同时观察轴箱5底部与相应下挡板4间隙，直到前轴左右两侧轴箱5底部与下挡板4之间有一张报纸可顺利通过的间隙为止；⑤锁紧减压阀8，关闭各截止阀；⑥通过压力传感器监测捣固作业时的油缸压力。

关闭各截止阀后，橡胶弹簧3压缩量变化将会很小。橡胶弹簧3压缩变化量等于转向架构架2下边缘与轴箱5顶部间隙的变化量，因此可通过位移传感器7实时监测该间隙得到。

根据实时监测得到的轴箱支撑油缸压力变化量和橡胶弹簧压缩变化量，采用下式［10］计算工作小车轴重的变化量。

式中：Δp，D分别为轴箱支撑油缸的液压压力和直径；ΔL为橡胶弹簧压缩变化量；K为橡胶弹簧的静刚度；m为实时轴重；m0为初始轴重；ΔF1，ΔF2分别为F1和F2的变化量；g为重力加速度。

2 现场测试结果分析

工作小车Ⅲ轴、Ⅳ轴轴重变化曲线见图3。可见轴重的变化分为3个阶段：0~30 s为车体支撑油缸顶车前，30~60 s为车体支撑油缸顶车阶段，60~120 s为连续捣固作业阶段。

以下按阶段进行分析：

图3 工作小车Ⅲ轴、Ⅳ轴的轴重变化曲线

1）顶车前和顶车阶段

这两个阶段捣固稳定车主车不动，轴箱支撑油缸活塞杆伸出，释放减震弹簧，关闭截止阀，通过电磁阀控制车体支撑油缸活塞杆的动作。

车体支撑油缸顶车前，Ⅲ轴、Ⅳ轴的轴重无变化，分别为初始轴重9.8、9.1 t。车体支撑油缸顶车后，活塞杆顶住主车车体横梁，使得车体与转向架形成一个刚性整体。此时，车体支撑油缸顶升力将作用于工作小车上，使得工作小车轴重增大。此时Ⅲ轴、Ⅳ轴的轴重均为13.7 t，分别增大3.9、4.6 t。

2）捣固作业阶段

该阶段轴箱支撑油缸与车体支撑油缸的活塞杆均伸出，关闭各油路截止阀进行捣固作业。

捣固作业时，捣固镐下插与提升过程中捣固镐与道砟之间产生的下插阻力和提升阻力将引起Ⅲ轴、Ⅳ轴轴重变化。捣固作业是周期性的连续作业，工作小车Ⅲ轴、Ⅳ轴的轴重也随之周期性变化，并且轴重的变化周期与捣固周期基本一致，每个周期为5 s。每个周期Ⅲ轴、Ⅳ轴轴重最大值分别为18.7、17.6 t，比初始轴重分别增大8.9、8.5 t。工作小车轴重在连续捣固作业过程中周期性的变化，必会加剧轮轴配合关系的变化。