搗固穩定車作業過程軸重變化規律測試與分析

王鵬

中國鐵道科學研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081

對于DWL?48搗固穩定車工作小車，當作用于車軸上的驅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，工作小車驅動輪對會超過弛緩線直接導致輪軸弛緩，帶來安全隱患［1-3］。

列車運行阻力、牽引黏著力與軸重有直接的關系［4］。軸重的變化也可能導致作用于輪軸上各力矩的關系發生變化，從而間接影響到輪軸配合關系。本文首先根據搗固穩定車作業模式和工作原理，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行連續監測，分析其變化規律。

1 軸重測試原理和方法

1.1 軸重測試原理

DWL?48搗固穩定車工作小車采用連續式搗固作業方式，搗固主車及動力穩定車連續勻速向前運行，工作小車相對于主車循環步進運動，同步完成搗固、起撥道及動力穩定作業［5-6］。

為了能準確測出軌道水平偏差，搗固作業時車體和轉向架與軌道間的距離必須保持不變。為此，在軸箱與轉向架構架之間、轉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］。

軸箱與轉向架構架之間的支撐結構見圖1。軸箱支撐油缸1采用并聯油路，作業位時軸箱支撐油缸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，使轉向架構架2上升，消除橡膠彈簧3的彈性作用［8-9］。

圖1 軸箱支撐結構

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。車體支撐油缸頂車和搗固作業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會隨之實時變化。各軸重實時監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

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

測試前在軸箱支撐油缸1總進油口加裝1個減壓閥8，軸箱支撐油缸1每個進油口各加裝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底部與相應下擋板4間隙，前軸左右兩側已完全頂住，均無間隙，而后軸左右兩側有約5 mm的間隙；③通過壓力傳感器監測此時油缸壓力；④通過減壓閥8調整油缸壓力，同時觀察軸箱5底部與相應下擋板4間隙，直到前軸左右兩側軸箱5底部與下擋板4之間有一張報紙可順利通過的間隙為止；⑤鎖緊減壓閥8，關閉各截止閥；⑥通過壓力傳感器監測搗固作業時的油缸壓力。

關閉各截止閥后，橡膠彈簧3壓縮量變化將會很小。橡膠彈簧3壓縮變化量等于轉向架構架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實時監測該間隙得到。

根據實時監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 現場測試結果分析

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為連續搗固作業階段。

以下按階段進行分析：

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

這兩個階段搗固穩定車主車不動，軸箱支撐油缸活塞桿伸出，釋放減震彈簧，關閉截止閥，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軸的軸重無變化，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，關閉各油路截止閥進行搗固作業。

搗固作業時，搗固鎬下插與提升過程中搗固鎬與道砟之間產生的下插阻力和提升阻力將引起Ⅲ軸、Ⅳ軸軸重變化。搗固作業是周期性的連續作業，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搗固作業過程中周期性的變化，必會加劇輪軸配合關系的變化。

3 結論

1）根據搗固穩定車作業特點和工作原理，提出搗固作業過程中工作小車軸重測試方法。

2）通過測試分析發現，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；搗固作業階段搗固鎬下插與提升產生的阻力會引起Ⅲ軸、Ⅳ軸軸重按5 s周期變化，進而加劇輪軸配合關系的變化。