（光学工程专业论文）rm80型全断面道碴清筛机挖掘能力不足问题的研究.pdf

堕塑窒亟盔堂亟受塞生堂焦监皇差! 亟 摘要 。 r m 8 0 型全断面道碴清筛机是铁道部在1 9 9 6 年采用技贸结合方式，从 奥地利p l a s s e r & t h e u e r e 公司引进的全液压驱动大型养路机械生产制造技术， 并由铁道部昆明机械厂制造生产的。该机械具有当今世界先进水平，并在 近几年铁路干线提速中发挥了重要的作用。 。 对于正常大修周期的线路上，r m 8 0 型全断面道碴清筛机作业运行工况 具有足够的挖掘能力，作业效率基本上能够达到其设计标准，这些在国外 已经得到了充分的证明。但是，由于我国长期以来一直缺少大型线路养护 机械进行线路的大修作业，使目前国内大量线路处于长年失修、翻浆冒泥 和严重板结的状况。并且，这种状况在一定时期还会长期存在。使用r m 8 0 型全断面道碴清筛机进行大修作业，这种板结线路状况正是进入施工现场 首先需要面对的问题。在我们的生产实际中，尤其在板结地段，r m 8 0 型全 断面道碴清筛机的作业效率就不能得以充分的发挥，经常出现挖掘链转不 动、清筛机不前进，或者是作业效率很低以致于每小时作业速度不足百 米的情况。很显然，r m 8 0 型全断面道碴清筛机不能适应对板结道床地段的 线路清筛作业。为使r m 8 0 型全断面道碴清筛机的性能适合我国国情，我们 从理论上对该机在板结地段作业时的挖掘阻力、挖掘功率及作业工况下的 牵引能力进行计算分析，从而选择出一种更好的功率匹配关系，解决挖掘 能力不足的问题。 关键词：清筛机挖掘能力 酉壹皇亟盔堂亟受壅生茎垫逢塞蔓! 夏 a b s t r a c t r m 一8 0f u l ls e c t i o nu n d e r c u t t i n gb a l l a s tc l a e n i n gm a c h i n ei sm a d eb ym e a r l s o fi m p o r t i n gt h et e c h n o l o g yf r o mp l a s s e r & t h e u e r ea u s t r i au n d e rt h ew a yo f c o m b i n i n gt h et e c h n o l o g yw i t h t r a d e t h em a c h i n ei so ft h em o s ta d v a n c e dl e v e l i nt h ew o r l d ，a n d p l a y e d a r li m p o r t a n tr o l ei ns p e e d i n g u po f r a i l w a ym a i nl i n ei n r e c e n ty e a r s o nt h er a i l w a yl i n en u d e rn o r m a lm a j o rr e p a i rc y c l e ，r m - 8 0f u l ls e c t i o n u n d e r c u t t i n gb a l l a s tc l e a n i n gm a c h i n eh a se n o u g he x c a v m i o na b i l i t yi nw o r k i n g c o n d i t i o n ，p r o d u c t i v i t y c a nc o m e u p w i t hi t 、sd e s i g ns t a n d a r d n e v e r t h e l e s s ，i n c h i n e s er a i l w a y ，t h e r ei sa s h o r t a g eo fa p p l y i n gh e a v yd u t ym a i n t e n a n c e m a c h i n et 0c o n d u c tt h et r a c km a j o r r e p a a i rf o rs ol o n gt i m e ，w h i c hr e s u l t e di n t r a c km u d d i n ga n d h a r d e n i n g f u r t h e r m o r e ，t h i ss i t u a t i o nw i l ls t i l le x i s tf o rl o n g t i m e t h o s em e n t i o n e da b o v eh a s a l r e a d y b e e n p r o v e d e i t h e ri na n do u t s i d eo u r c o u n t r y i n f a c t ，w h e nt h em a c h i n ew o r k so nt h et r a c kw h i c hi sm u d d i n ga n d h a r d e n i n g ，e s p e c i a l l yo nh a r d e n i n gl i n e ，r m - 8 0c a r l n o tg i v ef u l l p l a yt o i t s p r o d u c t i v i t y ，a n ds o m e t i m et h em a c h i n ec a nn o tg of o r w a r dw i t he x c a v a t i n g c h a i nt u m n i n g ，w h i c hr e s u l t si nal o w p r o d u c t i v i t yo f n o tm o r et h a n1 0 0m e t e r s p e rh o u r i t i s q u i t ee v i d e n tt h a tt h er m 一8 0i sn o ts u i t e dt ow o r k i n go nt h e h a r d e nl i n g i no r d e rt om a k er v l 一8 0b es u i t e dt ot h ec o n d i t i o n si nc h i n a w ec o n d u c ta n a n a l y s ea n dac a l c u l a t i o nt h e o r e t i c a l l yo ne x c a v a t i n go b s t m c t i o n ，e x c a v a t i n g p r o d u c t i v i t ya n d t r a c t i o na b i l i t ys o , w e l l s ot h a tw ec a nc h o o s eab e t t e rm a t c h i n g o f p r o d u v t i v i t y t os o l v ep r o b l e mo f i n s u f f i c i e n ta b i l i t yo f e x c a v a t i o n k e y w r o d s ：b a l l a s tc l e a n i n gm a c h i n e ，a b i l i t yo fe x c a v a t i o n 酉壹奎通盘堂堡主塑窭生堂鱼迨塞苤! 夏 第一章绪论 铁道线路在长期的运营过程中，会发生道床污染的现象。当污染达到 一定程度时，就会使道床失去弹性，增加车辆与线路之间的冲击，降低列 车运行的平稳性。解决这一问题的唯一办法，就是对道床进行周期性的大 修清筛作业。根据铁道部1 9 9 7 年下发的铁道线路设备大修规则规定， 铁路线路大修周期由累计通过总重决定( w $ 计= w 年，w 。指铁路线路 单位长度一年内通过的总重量m t k m k m ) 。如下表： 周期( 通过总重) 轨道条件 m t k m k m 轨型轨枕道床大修 7 5 k g m 无缝线路混凝土枕碎石 9 0 0 7 5 k g m 普通线路 混凝土枕碎石 7 0 0 或6 0 k g m 无缝线路 6 0 k g m 普通线路混凝土枕或木枕碎石 6 0 0 5 0 k g m 无缝线路混凝土枕或木枕碎石 5 5 0 5 0 k g m 普通线路混凝土枕或木枕碎石 4 5 0 4 3 k g m 普通线路混凝土枕或木枕碎石 2 5 0 v 1 2 0 k m h ，轴重 2 3 t ，牵引定数 5 0 0 0 t 时，铁路线路大修周 期要适当缩短；在小半径曲线、大坡道或隧道等集中地段，轨型和运营条 件不匹配地段，煤、砂、矿建等散装货物运输集中地段，以及风砂危害地 段等，大修周期也要适当缩短。 第一节概述 道床清筛是线路大、中修任务中一项工作量大、劳动强度高的作业项 目，目前我国铁路已越来越多地采用道碴清筛机来完成。 一、道碴清筛机的用途 道碴清筛机是用来清筛道床中道碴的作业机械。它将赃污的道碴从轨 枕底下挖出，进行筛分后，将清洁道碴回填至道床，将筛出的污土清除到 酉壹窑通盔堂亟圭亟塞生堂焦堡窒蔓2 里 线路外。随着清筛机械的发展道碴清筛机的功能不断增多，如可用清筛 机进行垫沙、铺土工纤维布等作业。 二、道碴清筛机的分类 按作业条件可分为封锁线路作业式清筛机和不封锁线路作业式清筛 机；按机械功能可分为全断面清筛机和边坡清筛机；按挖掘机构形式可分 为耙链式清筛机、梨铲式清筛机和斗轮式清筛机；按机器生产率( 道碴处 理量) 可分为大型清筛机( 生产率 5 0 0 m 3 h ) 、中型清筛机( 生产率3 0 0 - - 5 0 0 m 3m ) 和小型清筛机( 生产率 飓 所以，在板结地段作业时，所需的最大牵引力刚立取为： f b = f k z i = 2 5 5 5 ( k n ) 清筛机在板结地段作韭对，所露的牵引功率为 耍直窒通盍堂塑婴塞生堂垫监塞 蔓! 夏 、1 一p z y z 州z 一下 式中：p z 走行时的牵引力； v z 作业走行速度； r l 走行系统传动效率 这里取：r l = 0 6 8 n z = 3 1 2 ( k w ) p z = f b = 2 5 5 5 ( 1 ( n ) v z = 3 0 0m h = 00 8 3 3 n f f s 初步计算可选用o 6 5 o 7 5 。 四、清筛机在板结道床条件下作业运行工况时的牵引吨位q ： 1 0 0 0 吒：一1o o o ( p i + j p 2 + ，3 + 尸s ) ” 9 8 ( p 1 + p 2 ) 凡清筛机轮周牵引力f b = 2 8 0 7k n p 。清筛机运行阻力；p 。= 6 8k n p 2 清筛机坡道附加阻力；p 2 = 1 5 7 8k n p 3 清筛机曲线附加阻力；p 3 = 0 7 5k n r 清筛机挖掘链切削阻力的纵向分力；p ，= 2 2 2k n p l 车辆单位基本阻力m k n l 取v = 3 0 0 m h = o 3 k m h 时 p l = 1 0 7 + 0 0 0 1 1 v + 0 0 0 0 2 3 6 v 2 = 1 0 7 + 0 0 0 11 0 _ 3 + 0 0 0 0 2 3 6 0 3 2 = 1 0 7 ( n k n ) p 2 车辆单位坡道附加阻力 口2 = i l = 1 2 r 、一! ! 壁垒兰! ! 鱼：! 二! ! ! ! ! ! ：! ! ! ：! ! ! ：! ! ! ：! ! ! 一址一 9 8 ( 1 2 + 1 0 7 ) = 1 9 9 2 0 2 ( t ) 由以上计算可知：在板结道床作业工况下，由发动机分配给走行部分 的牵引功率是足够的，道床板结耐牵引功率的增加影响很小。分析板结道 床作业工况下挖掘能力不足的原因，还要从其它方面进行分析。 。酉塑塞塑丕芏夔主塑塞垒堂垡堡窒篁望夏 第五章板结道床下挖掘力及挖掘功率分析 设计清筛机挖掘机构时，选择其功率大小的依据是挖掘机构所受的总 阻力和挖掘链的运行速度。挖掘链的运行速度，由操纵手柄控制挖掘系统 的泵与马达的排量及转速来实现；而在清筛机的设计中，挖掘阻力的计算 又直接影响到挖掘机构功率的确定。因此研究板结道床下挖掘力与挖掘 功率的大小，对分析r m 8 0 型全断面清筛机在作业工况下的挖掘能力有很 重要的意义。为进一步分析板结道床下挖掘能力不足的原因，这里对板结 道床下道碴挖掘阻力及挖掘功率进行详细的计算、分析。 第一节板结道床下道碴挖掘阻力 是否能充分克服挖掘阻力是决定挖掘能力是否充足的主要方面之一。 为详细分析板结道床下挖掘能力不足的原因，本节结合挖掘装置的结构、 功用和挖掘阻力示意图( 如图5 1 ) 对板结道床下道碴挖掘阻力及挖掘功 率进行详细的计算、分析。 一、挖掘装置的结构与功用 r w 8 0 型清筛机挖掘装置安装在两台转向架间的车体中部，与车体水平 面的夹角约3 0 。( 参看图l 一1 ) 。挖掘装置主要功用是将污脏道碴挖掘出 来，并提升和输送到振动筛上。挖掘装置是清筛机的主要工作机构之一。 如图5 1 所示，挖掘装置由驱动装置、挖掘链、水平导槽、护罩、 下降导槽、调整油缸、拢碴板、防护板及道碴导流总成等组成。 清筛机运行时，挖掘链在水平导槽与弯角导槽连接处断开，提升导槽 和下降导槽分别被提升并放置到车体两侧，用链条锁紧。水平导槽被安放 到车体下部的举升器上。 清筛机作业时，将水平导槽放到预先在道床下挖好的基坑中，提升导 槽和下降导槽由车体两侧放下到相应位置，用起重装置将水平导槽吊起与 两弯角导槽连接牢固。连接挖掘链并通过张紧油缸调整链条松紧后挖掘 链才能进行挖掘作业。 二、挖掘装置受力分析及挖掘阻力计算 图5 一i n 8 。型清捧机挖据装壹结 暂和受力厦 藩飘磷；蕊穗! 漓然潇羹l 冀l 纛黜甍矗徽 上圈中挖掘总阻力w = w i + w 2 + w w w w 6 西南交通大学硕士研究生学住论文第2 9 页 清筛机在挖掘过程中，受到来自多个方面的阻力如切削( 扒松) 道 碴阻力，枕底段道碴与道碴的摩擦阻力，枕底道碴与耙板的滑动摩擦阻力， 提升段道碴与导槽底面摩擦阻力提升段道碴自重阻力及耙碴链空载阻力 等。这些阻力，构成了清筛枫在挖掘过程中的挖掘阻力( 如图5 1 ) 2 m + 屹+ w 3 + 心+ + 式中：w 一挖掘阻力；k n wj 一切削( 扒松) 道碴阻力；k n w 2 一枕底段道碴与道碴的摩擦阻力：k n w 3 一枕底段道碴与耙板的滑动摩擦阻力；k n w 4 一提升段道碴与导槽底面摩擦阻力：k n w s 一提升段道碴自重阻力；k n w 6 一耙碴链空载阻力：k n 1 、切削阻力w 1 = k 。f = k f 自j - z i 式中：k 。一道碴的挖掘比阻力；k n c m 2 f 一沿耙板运动方向扒松道碴的面积；c m 2 h 一每块耙板扒松道碴的高度：c m s 一每块耙板切入深度；c m z 。一同时在枕底段工作的耙板数。 ( 1 ) 道碴的挖掘比阻力k 。 随着道床状况和道碴类型而异，对于一般的道床，k 。= o 0 3 0 0 4 k n l c m 2 ：对于翻浆冒泥的道床k 。= o 0 6 k n l c m 2 o 0 7 k n c m 2 ：对于板 结严重道床，k 。= 0 0 7 k n c m 2 0 0 9 k n c m 2 。 根据我国目前铁路道床的现状，道床板结十分普遍。并且，这里研究 的是清筛机在板结道床下的挖掘能力。所以 取：k 。= 0 0 9 k n c m 2 ( 2 ) 每块耙板扒松道碴的高度h h ：( 1 2 1 8 ) 3 再 ；( 1 2 1 8 ) 3 。6 = 1 8 3 4 b ( c m ) ( 板结道床系数取1 8 ) 式中：q 一两耙板之间容积，c m 3 a 一耙板切削齿高。c t d - 。 a = 8c m 酉壹童通盔堂亟受塞生堂焦迨窒璺q 夏 b 一耙板长度( 不计耙齿) c m ，b = 2 0 2 3c l t i t 一耙板节距t r i l l ，t = 2 5c m 所以：h = 1 83 柝5 万j r 而 = 2 8 6 ( c m ) ( 3 ) 同时在枕底段工作的耙板数z ， b z - 2 了 式中：b 一挖掘宽度( 按平均宽度计) ，b = 4 0 3c m t 一耙板节距，t = 2 5 c r n 4 0 3 z 1 21 f 2 1 6 1 2 ( 4 ) 每块耙板切入深度s b 矿 s = 2 一c m z l k 式中：b 一挖掘宽度 b = 4 0 3c m v z 一作业时走行速度v z = 0 - 1 0 0 0m h 取：v z = 3 0 0 m h = 0 0 8 3m s v w 一挖掘链速度m s v 。= 2 5 3 5m s 一般道床：、，w = 3 0r n s 板结道床：v w = 3 5m s 取：v w = 3 5m s b 以 s2i 万2 4 0 3 0 0 8 3 可f 匝了丽 = 0 5 9 3 ( c r n ) w t = k c h s z 】 = 0 0 9 2 8 6 0 5 9 3x1 6 1 2 = 2 4 6 1 ( k n ) 2 、枕底段道碴与道碴的摩擦阻力 w 2g ”l ( z 】一1 ) 式中：( 1 ) g 一耙板间道碴重量以充满耙链节距的空间计， 应为：g = a b t r 式中：r 一道碴比重， 按碎石道碴松方计为1 5 k n m 3 g = 0 0 8 0 2 0 2 o 2 5 1 5 0 0 = 0 0 6 ( k n ) ( 2 ) u ，一道碴与道碴间摩擦系数，取为：u = t g 1 】， 式中：v 一道碴的内摩擦角，对于碎石道碴，1 l r = 3 5 0 w 2 = g u l ( z 1 1 ) = o 0 6x t 9 3 5 0 ( 1 6 1 2 1 ) 2 0 6 4 ( k n ) 3 、枕底段道碴与耙板之间的滑动摩擦阻力w 3 w 3gl a1 u2 ( z 1 1 ) c o sbs i nb 式中：uz 一道碴对钢的摩擦系数碎石道碴u ：= o 5 且一耙板面在垂直方向倾角b = 1 0 0 w 3 = 0 0 6 t 9 3 5 0 o 5x ( 1 6 1 2 1 ) c o s l o o s i n l o o 2 o 0 5 4 ( k n ) 4 、提升段道碴对导槽底板的滑动摩擦阻力w 4 w 4z 2 gp2c o s o 式中：z 2 一上升导槽长度内耙板之间空档数 z 2 = l 2 t 其中：l 2 一上升导槽长度ml 2 = 7 8 m t 一耙板节距mt = 2 5 c m = 0 2 5 m 一上升导槽与水平面夹角a = 2 3 0 w 4 ( l 2 t 1 gu2 c o s o = f 7 8 0 2 5 ) 0 0 6x 0 5x c o s 2 3 。 2 o 8 6 n ) 5 、提升段道碴重力阻力w ， w j = z z gs i n o = 门8 0 2 5 1x o 0 6 s i n 2 3 0 一0 7 3 ( k n ) 6 、耙链空载阻力w 6 酉直窒堡盘堂亟墅塞生堂鱼造塞复1 2 夏 w 6 应包括：耙链对导槽摩察阻力f ； 链节与链节销传动阻力f 2 ； 耙链自重的惯性阻力f 3 即：w 6f j + f 2 + f 1 ( 1 ) 耙链对导槽的摩擦阻力f 】 由枕底段和提升段阻力组成，其值为： f i = l l 勖u3 + 2 l 2 9 0 l a3 c o s d = 鄹l a3 ( l i + 2 l 2 c o sd ) 式中：助一单位长度耙链重量 k n m g o = 1 0 4 4 ( k n m ) u ，一钢对钢摩擦系数取：l a ，= 0 2 l 】一枕底耙链长度ml i = 2 5m l 2 一上升段耙链长度ml 2 7 8m q 一导槽与水平面夹角n = 2 3 0 f 1 = 鼬u3 ( l 】+ 2 l 2 c o s ) = 1 0 4 4 0 2 ( 2 5 + 2 7 8c o s 2 3 0 ) = 3 5 2 ( 2 ) 链节与链节销转动时的阻力f 2 f 2 = f ol l + u3 ( r r 1 jn 式中：f o 一耙链预张力，一般为2k n 5k n取f o = 5k n r 一销轴半径 m m ，r = 1 7 m m r 一链节孔半径 m m ，r = 1 7 5 m m n 一产生转动个数，即导向轮及链轮个数 n = 9 f z = f ol l + u3 ( r r 1 jn = 5l 1 + 0 2 ( 1 7 1 7 5 ) j 9 2 5 3 7 4 ( k n ) ( 3 ) 耙链自重惯性阻力和自重提升阻力f 3 惯性阻力出现在起动的瞬间，当耙板链正常速度运转时就不复存在。提升 阻力则始终要由驱动的牵引力予以克服。 r = 学! 孚+ g o l 2s ma 酉壹童通盍堂亟受塞生堂鱼量塞墨3 2 夏 假设耙链要在一秒钟内达到正常速度 则上式可写成： f 3 = g o ( 竿+ l 2s i nq ) 5 式中：勘一耙链单位长度重量，勘= 1 0 4 4 k n m k 一耙链总长度，l o = 2 0 5m v 。一耙链速度，取：v w = 3 5m s g 一重力加速度g = 9 8m s 2 l ：一上升导槽中耙链长度，l 2 = 7 8m n 一导槽与水平面夹角 n = 2 3 0 f 3 ：g o ( 华+ l 2s i n 。) f 3 2 ( i 一+) = 1 0 4 1 4 ( 堡半+ 7 8 s i n 2 3 。) = 8 8 6 由此得：w 6 = f l + f 2 + f 3 = 3 5 2 + 5 3 7 4 + 8 8 6 = 6 6 1 2 挖掘总阻力：w = w 】+ w 2 + w 3 + w 4 + w 5 + w 6 = 2 4 6 l + 0 6 4 + 0 0 5 4 + 0 8 6 + 0 7 3 - t - 6 6 1 2 = 9 3 0 l0 n ) 第二节板结道床下挖掘功率的确定 挖掘功率的大小，是由作业过程中清筛机遇到的挖掘阻力来确定的。 为了使清筛机在板结道床的情况下有足够的挖掘能力，发动机所提供给挖 掘系统的动力就应足以克服在板结道床作业工况下清筛机遇到的挖掘总阻 力。为此，我们根据以上所计算的挖掘总阻力，研究在板结道床下作业时 清筛机所需要的最小挖掘功率。 一、驱动挖掘机构所需的牵引力为：h w = ew 挖掘机构的功率为：= 华 式中：氏一挖掘机构所需的最小牵引力，取：p f w = 9 3 0 1 ( k n ) v 。一耙链速度，可取v w = 2 5m s 3 5m s 在挖掘一般道床时用低值，在具有病害的道床取高值。所以，挖掘链 速度要能调节，以适应道床状况。 这里我们分析的是板结道床，v 诹3 5m s n 一挖掘装置的机械传动效率，初步计算时可取o 8 , - - 0 9 ， 这里取：t 1 = 0 8 5 尸。n 9 3 0 1 3 5 n w = 下2 瓦i 厂 2 3 8 3 ( 1 ( 二、挖掘机构空载运动消耗的功率为 氓k m 2t 一耙链速度，板结地段取、r w = 3 5m s w 6 一挖掘机构空载牵引阻力，w 6 = 6 6 1 2k n 6 6 1 2 3 5 n x 2 百雨_ 2 2 7 2 ( k m 挖掘机构空载运转消耗的功率小于作业工况下系统消耗的功率。由以 上计算可知，在板结道床作业工况下，要想实现正常挖掘，发动机分配给 挖掘系统的功率应不少于3 8 3 k w 。 而在现有配置情况下，发动机提供给挖掘系统的最大功率仅为 n = 瓦孺 ( 8 0 + 2 5 0 ) 1 5 5 1 1 3 5 2 丽f 而面订可r = 3 4 4 4 0 ( m 由以上计算可知：在现有情况下，r m s 0 型全断面道碴清筛机由发动机 提供给挖掘系统的功率仅为3 4 4 4k w ，小于在板结道床作业时挖掘系统所 需的最小挖掘功率3 8 3 k w 。所以，r m 8 0 型全断面道碴清筛机在板结道床 作业工况下挖掘能力不足的主要原因是挖掘系统的功率不足。要想提高板 结道床下的挖掘能力，就必须提高挖掘系统的驱动功率。 亘塑套堡态堂亟主受塞生堂鱼堡塞蔓堑夏 第六章改进措施 r m s 0 型全断面道碴清筛机是国际上技术水平比较领先的线路清筛机 械，它的设计是比较合理的，具有当今世界先进水平。并且该机械的性能 在国外已经得到充分的发挥与验证。在我国，尤其是在近几年的铁路干线 提速中也起到了重要的作用。但是，针对目前我国线路道床的现状，板结 道床普遍而又严重，这种清筛机械的效率总是不能尽最大可能的发挥。说 明，这种机械要想充分适合我国线路的状况，就必须加以改进。 第一节板结道床下挖掘能力不足的原因分析及改进措施 根据第五章挖掘阻力及挖掘功率的计算可知，在板结道床上，要想实现 正常作业，发动机分配给挖掘系统的功率应不少于3 8 3 k w 。而目前，发动 机分配给挖掘系统的最大功率仅为3 4 4 4 k w 。这说明，该系统的挖掘功率满 足不了板结道床下实际作业所需的功率，所以就会出现挖掘力不足，以致 于挖掘不动的情况。说明r m 8 0 清筛机在板结道床上作业，要想实现最大 的作业效率，就必须进行改进。即增加挖掘系统的功率，提高挖掘能力。 在国外，大修作业均实现全自动化，他们还要利用r m 8 0 型清筛机牵引 k ，物料运输车，实现施工作业的全自动化流水作业；而在我国，由于线路 情况的多样化，道床板结严重，首先应考虑的是挖掘问题，如果挖掘不 力，就谈不上作业的全自动化及提高效率。第三章所介绍的大修施工作业 方式正说明了这一点。根据第四章作业工况下走行能力的计算分析，我们 得出了这样的结论，在板结道床上，r m 8 0 清筛机在作业工况下，仍具有牵 引2 0 辆k 。，物料运输车的能力，牵引功率及牵引力仍有充足的富裕量。 我们认为，为了让r m 8 0 型全断面道碴清筛机更适合我国的线路道床板 结的情况应对其加以改进。在板结道床的作业工况下，虽然r m 8 0 全断 面道碴清筛机挖掘能力( 功率) 不足，但在走行牵引能力( 功率) 上仍有 很大的富裕。为此可以考虑适当降低作业工况下的走行牵引功率用以加 大作业工况下的挖掘功率，是较为理想的解决方法之一。为此我们对挖 掘系统的泵及马达进行重新选择，以达到更为理想的整机功率匹配效果。 耍直童通盔堂亟婴窒生堂鱼造塞蔓z 夏 第二节挖掘系统泵的选择 在设计方案调整时，出于对液压系统安全性的考虑，不再提高液压系 统的控制压力；为简化设计，也不再考虑由发动机到泵的机械传递结构， 既泵的转速不变。所以，只有提高输入泵的排量，才能达到提高挖掘功率 的目的。 由公式： 以，胛ap n x i 一- - 百压弋可而矿i 6 1 2 1 0 0 0n ，n x 得：3 - ；双面f v 。一挖掘系统泵的排量c m 3 r r l 。总效率取n ，= o 。8 5 n x 一挖掘系统所需功率，n x = 3 8 3k w p i 一进、出口压力差a p = 3 5m p a i 1 j 挖掘系统泵的转速n = 1 5 5 1 1r r a i n 6 1 2 1 0 0 0 0 8 5 3 8 3 2 1 再_ n 可 = 3 6 7 0 ( c m 3 r ) 由于挖掘系统由主驱动泵与辅助驱动泵组成，为使设计简化，主驱动 泵排量2 5 0c m 3 r 不再改变，只需提高辅助泵的排量即可。 辅助泵排量应不小于：3 6 7 0 - - 2 5 0 = 11 7 。0 ( c m 3 n 新选型号参数：u 。= 1 1 7c m 3 r 此时n x 1 2 2 + lk w 查手册选取挖掘驱动辅助泵： 型号a 7 v 1 1 7 ( 新选) 最大排量1 1 7 c m 3 r 最大传递扭矩5 9 6n m 最大传递功率 1 8 1k w 最大流量2 6 9i m i n 最高工作压力4 0m p a 酉直塞逗盍堂塑班塞生堂鱼迨塞 一一j 里! ! 亘 泵最高转速v g r n a x 下2 3 0 0r r a i n v v g m a x 下2 6 5 0 r m i n 第三节挖掘驱动马达的选择 一、挖掘驱动马达流量 = m = 导= 塑铲= 5 6 9 3 ( 1 r a i n ) 式中：n 。 n b q b w 改进后挖掘泵的排量c m 3 ， 挖掘泵的转速 r ，r a i nr h = 1 5 5 1 。1r r n i n 挖掘驱动泵流量 ( 如 挖掘马达流量 二、挖掘驱动马达转速 由挖掘链运转速度计算公式： n d r lv 式中； v 。 i x , r l 挖掘马达转速 r n l i n ； 挖掘速度取v w 一3 5 m h ； 挖掘机械传动速比k = 2 3 1 2 ； 扒链回转半径( 链轮半径) b h = 1 1 2i n * 总容积效率 f ly = 0 9 。= 等并1 揣1 209 = 1 5 3 4 ( r 抽) h w 一 x 1 。“l 工 三、挖掘驱动马达排量 。= 1 0 0 0 q 。 1 0 0 0 5 6 9 3 栉。 一 15 3 4 3 7 1 1 2 ( c 岔r ) 酉直童逗盔堂亟盟塞生堂焦迨塞 璺塑夏 四、挖掘驱动马达传递扭矩( 如图6 1 ) 弓l ， 力 力 驱动马达与挖掘( 扒) 链问受力分析图 由：p 。 图6 1 链轮受力图 m 。，xn 。x f 。 10 0 0 d 。 得：= 号警 式中：m w m 传递扭矩n m ： p w轮周牵引力p w = 9 3 叭k n ； n 。整车驱动总机械效率取n 。一0 7 5 m w m2 10 0 0 1 12 9 30 l r 又瓦了丁弱丌 = 2 9 8 8 ( n m ) 五、根据以上计算选取挖掘驱动马达 原驱动马达a 6 v m 2 5 0 ：最大输出扭矩1 3 9 0n m 最大允许流量6 2 5 1 m i n 最人排量2 5 0 c m 3 最高转速3 3 0 0r m i n 亘直銮重盔堂亟受塞生堂焦鲨塞釜! ! 夏 比较计算结果与原驱动马达性能参数原驱动马达不能符合要求。 所以，这里选用下列参数新的挖掘驱动马达，来满足板结道床的作业 需要。 新选挖掘系统驱动马达型号：a 6 v m 5 0 0 最大输出扭矩3 0 0 0n m 最大允许流量1 0 0 01 r a i n 最大排量5 0 0c m 3 r 最高转速2 6 5 0r r a i n 第四节改进后挖掘能力分析 挖掘辅助泵选用a 7 v 1 1 7 型变量泵，其最大排量为1 1 7c m 3 r ；挖掘 链驱动马达选用的型号为a 6 v m 5 0 0 ，其最大输出扭矩为3 0 0 0 n m 。在基于 其结构和传动比不改变的前提下： 第一速度：定量泵驱动变量马达( 最大排量) ，其速度不变，功率不增 加： 第二速度：定量泵+ 变量泵( 最大排量) 驱动变量马达( 最大排量) ， 其速度增加，功率增大； 第三速度：定量泵驱动变量马达( 最小排量) ，其速度不变功率不增 加： 第四速度：定量泵+ 变量泵( 最大排量) 驱动变量马达( 最小排量) ， 其速度增加，功率增大。 故：当清筛机挖掘链处于第二和第四速度时挖掘功率有所增大( 约 增大1 1 2 左右) 。 如果挖掘辅助泵选用a 7 v 1 7 型变量泵，挖掘链驱动马达另外选型， 提高其排量。这样在不改变原有结构和传动比的前提下，挖掘链的各级速 度基本保持不变，但马达自身提供的扭矩增大同样会提高克服挖掘阻力 的能力。 第七章验证 通过对r m 8 0 型全断面道碴清筛机挖掘能力不足问题的分析研究，找 出了挖掘能力不足的根本原因是挖掘驱动力配置不足。为简化设计，我们 采用了提高挖掘系统泵和马达排量的方法来解决。由于提高了挖掘系统泵 和马达的排量，相应增加了挖掘系统的功率，而发动机总功率未改变。因 此，在提高挖掘系统功率的同时，也降低了走行功率。由于完成整个挖掘 过程需要由挖掘走行两个过程组成，为检验以上的改进是否合理，这里对 改进后的系统从挖掘力及走行能力两个方面进行分析验证。 第一节挖掘力验证 提高了挖掘驱动泵及马达的排量，增大了清筛机的挖掘功率，同时也 增大了挖掘能力。根据第五章的计算清筛机在板结地段作业时需要克服 的最大挖掘阻力为9 3 0 1 k n ，需要的最大挖掘功率为3 8 3 k w 。改变挖掘泵和 挖掘马达后其挖掘功率可以达到3 8 3 k w ，最小挖掘力f v w ：挖掘链转速 取最大3 5 m s 时1 为： 。：堕 “ 0 8 5x3 8 3 2 了了 = 9 3 0 2 由上知：改进后挖掘系统产生的挖掘力大于板结地段挖掘系统所受的 挖掘阻力，也就是说，挖掘力足以克服挖掘阻力。 第二节作业工况下牵引性能分析 改进系统后，r m 8 0 型全断面道碴清筛机虽具有了足够的挖掘力，但该 系统在作业工况下是否有足够的走行能力，以保证作业工况下的正常运 行，也是其具有足够挖掘能力的必要条件。为此这里对作业工况下不同 亘要塞亟盔堂亟丛塞生堂焦迨塞蔓2 夏 作业速度、不同线路下沉量、不同设计坡度等情况下的走行能力，做一综 合验证分析。 本节在综合验证分析清筛车作业工况下走行能力时的思路： 从原动力( 两个发动机扣除工作系统功率消耗后，剩余功率作为液压 泵输入功率，详见表1 、2 、3 ) 一走行驱动泵2 台( 由输入功率算出泵的 输出流量q b 、排量v b - 等参数，详见表5 ) 走行驱动马达4 台( 由泵的 已知参数算出马达的排量v 矗、转速n 。和扭矩m ：。，详见表7 、8 ) 整 车轮周牵引力f h ( 由驱动马达的扭矩和转速算出走行时轮周牵引力和速度 对应关系，详见表9 、1 0 ) 计算粘着牵引力f 。( 由粘着系数，详见 1 1 ) ，然后与轮周牵引力相比，取出各工况下较小者作为整车的走行驱动力 计算出整车运行时的全部阻力p ( 详见表1 2 、1 3 ) 一对比走行驱动 力与全部阻力值，用各种工况时的牵引吨位直观表达出改进后的全车走行 能力，详见表1 5 、1 6 和1 7 ) 一、作业工况下牵引力计算 l 、作业工况下每台柴油机的主要参数：表1 项目i技术参数 额定功率n 。 3 4 8k w 额定转速巩 2 3 0 0r m i n 最大扭矩n f 1 9 0 0n m 柴油机辅助消耗功率 2 0k w 2 、作业工况下( 柴油机转速为2 3 0 0 r m i n 时) 各作业驱动系统消耗 功率计算 由于作业负荷的变化，各作业驱动油泵的工作压力是在一定范围内变 化的。在此我们设定各作业驱动油泵在最大系统压力条件下进行作业区间 牵引性能的校核和计算。 ( 1 ) 计算公式： 、，咯，”p ， 砜2 丽丁等赢 式中：n x t各作业驱动系统消耗功率，k w 各作业驱动泵排量，c m 3 r 亘匿窒塑丕堂亟班塞生堂焦堡塞筻塑夏 n各作业驱动泵转速，r r a i n ap j 各作业驱动泵进、出口压力差，m p a ；取p = p i r l 。各作业驱动泵或马达的总效率，取1 1 。= o 8 5 ( 2 ) 作业工况( 柴油机转速为2 3 0 0 r m i n 时) 各作业驱动系统消耗功率 表2 ：作业工况( 前柴油机转速为2 3 0 0 r m i n 时) 各作业驱动系统消耗功率 作业系统消 泵的排量泵的转速泵的工作压作业系统消 作业系统名称 耗功率代号 c m 3 rr t m 血a 力差m p a耗功率k w 起道系统 ： n 。， 2 8 _ 32 0 2 1 2t 4l s 4 挖掘导槽驱动系统n 。： 8 6 + 8 61 8 0 2 71 48 _ 3 前离合墨驱动系统n 。3 2 2 42 3 0 01 21 1 7 道矍詈篓苎霎圭篓送 h 。 1 7 7 2 2 0 8 4 42 01 4 2 带回转驱动系统 1 前空调风扇驱动系统n 。s 1 9 + 1 9 + 5 51 5 5 1 11 41 3 1 走行先导阀驱动系统n 。一 1 l 1 8 0 2 962 3 挖掘链驱动系统n q 7 1 1 71 5 5 1 13 51 2 2 1 表3 ：作业工况( 后柴油机转速为2 3 0 0 r m i n 时) 各作业驱动系统消耗功率 作业系统消泵的排量泵的转速泵的工作压作业系统消 作业系统名称 耗功率代号 c m 3 rr m i n 力差m p a耗功率k w 振动筛驱动系统n h l 5 4 82 0 2 1 23 57 4 3 左、右道碴分配系统 n h2 8 6 + 8 61 8 0 2 7 52 9 后离合器驱动系统n n ， 2 2 42 3 0 01 21 1 7 后空调：要登压油冷 n h4 1 9 + 1 9 + 5 515 5 1 11 21 5 4 却系统 走行先导阀驱动系统n “s l l 1 8 0 2 762 _ 3 振动调平驱动系统n h 6 8 22 0 8 4 41 4 4 6 挖掘链驱动系统n b7 2 5 01 5 5 1 13 52 6 0 2 3 、走行驱动泵输出特性计算 ( 1 ) 走行驱动泵输入功率计算 在作业工况下，并非所有的作业驱动系统同时进行工作，特别是导槽 调整、挖掘链调整、回转污土输送带调整、起拨道机构、调平装置、道碴 导向机构、护罩控制、道砟分配机构等。在作业开始时调整到位以后，处 于基本上不消耗功率或很少消耗功率状态。所以，我们只取在此工况下持 续工作的各作业驱动系统消耗作为r m 8 0 型清筛机作业牵引计算中的作业 系统功率消耗。 走行驱动泵输入功率： n zb = 2 n c 一( 2 n r + n q 3 + n q 5 + n 日6 + n q 7 + n b l + n ”+ n h 4 + n + n b 7 ) 2 1 3 8 1 0 ( w ) ( 2 ) 走行驱动泵( 2 台) 主要技术参数 表4 ：走行驱动泵( 2 台) 主要技术参数 、 项目主要技术参数 型号 2 a 4 v g 2 5 0 转速( 柴油机转速2 3 0 0 r r a i n 时) 2 0 2 1 2r m i n 功率( 柴油机转速2 3 0 0 r r a i n 时) 1 3 8 1k w 最大排量 2 2 5 0c m r 最大传递扭矩 2 1 5 9 0n m 最大传递功率 2 3 3 3k w 最大流量 2 5 0 01 m i n 最高工作压力40mpa v 。下2 4 0 0 泵最高转速 v g v g m a x 下2 6 0 0 ( 3 ) 走行驱动泵输出特性计算公式 q = 导 式中：q b 走行驱动泵流量 nn 走行驱动泵转速 v gb 走行驱动泵排量 l r n i n r m i n c m 3 r 场= 略，手 峨= 等 式中：p zu走行驱动泵进、出油口压力差m p a n z “走行驱动泵输入功率k w ( 4 ) 走行驱动泵( 2 台) 输出特性参数 表5 ：走行驱动泵( 2 台) 输出特性参数 排量( c m 3 t r ) 55 06 71 0 01 5 0i2 0 02 5 0 l 流量q b ( 1 m i n ) 2 0 22 0 2 02 7 0 74 0 4 26 0 6 4i8 0 8 51 0 1 0 6 压力差ap ：b ( m p a ) 4 04 04 02 6 81 7 91 3 41 0 7 4 、走行驱动马达输出特性计算 ( 1 ) 走行驱动马达( 4 台) 主要技术参数 表6 ：走行驱动马达( 4 台) 主要技术参数 项目主要技术参数 马达型号 a 6 v m l 0 7 最大输出功率( k w ) 1 8 7 4 最大输出扭矩( n m ) 5 9 4x4 最大允许流量( 1 m i n ) 3 2 1 4 排量范围( c m 3 ( 3 0 8 1 0 4 l + 镕目 c l 自枯1 甫，r ，m ；n 、 v e ，下3 0 0 0 取兀孤互l 。取间精琏 舢u v b 。 v g 川。下5 0 0 0 ( 2 ) 走行驱动马达输出特性计算公式 走行驱动马达输出转速 1 0 0 0 q ， n m 一4 式中：n 。走行驱动马达输出转速 r m i n q 。走行驱动马达流量c h = q b v 曲 走行驱动马达排量 c m 3 r 表7 ：走行驱动马达输出转速 酉直童夔盍堂亟盟塞生堂鱼迨塞蔓堑夏 泵( c m 扫嚣弋辫( r m i n ) ，瞄。 6 08 01 0 01 0 7 誉速 “。 ” 流