毕业设计（论文）-铁路专用液压捣固机设计

--PAGE2-铁路专用液压捣固机设计摘要我国经济已进入了新的成长阶段，对基础产业的优先发展具备了内在要求。铁路运输以其网络性、连续性、规模集约性等特点，将国土和国民经济有机地联结起来，突破了地域的空间阻隔，强化了国民经济的整体性和联系性，成为经济持续增长的必要条件。要保证铁路的正常运行，除有良好的管理素质与服务能力外，养路是更是必不可少的硬件保证。但大型养路机械购置，保养，使用费用昂贵，上道作业受到限制，并且不是所有线路及所有工作环境都适应大型养路机械作业。所以本课题所设计的就是小型养路机械——铁路专用液压捣固机。在经过对现有产品做了大量调查和研究后，进行方案对比与分析，对其主要功能作了严格保证后，结合现有产品进行了重新设计，对主要结构部件作了较具体的设计说明。对主要部件重新设计计算，主要零部件的校核。而对其液压系统的主体构成及各部分的工作组成机理在文中有较为详细描述。本文中还对其使用和维护进行简单说明。关键词：养路机械、捣固机、液压控制。

目录15270摘要 I1661第1章绪论 132761.1小型养路机械的发展现状 1121051.2小型养路机械的发展前景 1297031.3立题意义 231706第2章总体方案设计 446542.1总体方案选择 4302012.2液压捣固机的总体设计 41464第3章液压捣固机的结构设计 7222163.1液压传动系统设计 83487第4章捣固机相关计算以及使用说明 10108094.1主要部分的设计计算 1049934.1.1偏心铁的设计 10212694.1.2发动机功率的计算和型号的选择 11143384.2机械强度计算 1272794.2.1捣固杆 12314884.2.2振动轴的计算 12111234.2.3轴承的选择 1398764.2.4单级变速箱的计算 14319884.3捣固机的使用方法 1769054.3.1上道使用前的注意事项 17133534.3.2使用中注意事项 18191514.3.3下道时应注意事项 18277564.3.4日常保养 1929270第5章结论 2010639参考文献 2126195结束语 22--PAGE2-第1章绪论1.1小型养路机械的发展现状小型养路机械在我国运用已有几十年历史,是铁路养路维修作业中的重要组成部分,使用和维修人员均有一定的基础,且生产制造已有相当大的规模,但全国铁路小型养路机械装备的发展远不能满足现阶段铁路运输的要求。目前国内用于铁道养护的小型机械按作业功能区别主要种类已可分为30多种,包括道碴维护的枕底清筛、边坡清筛、捣固;道床的垫碴、夯实、整形;轨道的起、拨;钢轨、枕木螺栓的装拆;钢轨的钻孔、锯、切、打磨、焊接、涂油、更换、焊缝的打磨、纵横向的折弯、矫直,及轨缝调整、枕间距调整等。另外还有一些如钢轨测温、钢轨探伤、磨耗测量、列车速度测量等检测设备及一些安全防护设备,运输、起重设备。这些小型养路机械用于铁路修理的各种配套作业,从总体看来,主要表现为品种、规格、生产厂家杂乱,除了小型液压捣固机、小型枕底清筛机等少数机种外,大部分技术较落后,整体水平不高,主要表现在以下几方面：（1)产品生产厂家杂乱无序、质量得不到控制。目前国内生产铁路小型养路机械的厂家共进、功率大、重量轻、性能好的动力设备很少应用于小型养路机械;高强度、比重小的新材料在设计制造中采用太少;结构方面的设计没有新的突破,外型几十年不变。(2)产品作业效率低,功率普遍偏小。随着铁路线路的高速、重载、无缝的发展,道床截面增大、钢轨加重加长;枕木加大以及新型道岔的投入使用等,原有机型功率低,力量小的问题已空前突出。另外,原有小型养路机械没有综合技术能力的突破,上下道不灵活、作业速度低,在铁路的高速度、高密度、重载运行的环境里处境艰难,不能适应。(3)由于大型养路机械的投入使用,全路修理体制已发生了巨大的变化,各局工务管理及施工组织都有一些新的措施,对过去小型养路机械的编组配备标准、上道作业的时间、周期、任务内容均有较大改变。因此,对小型养路机械的技术功能等有许多新的要求,老的一些不适应产品将会被淘汰。1.2小型养路机械的发展前景我国铁路线路小型养路机械要发展，要上新台阶，为扭转上述落后被动局面，利用国内外先进的工业技术，结合铁路自身发展的需求，开发、设计、制造出新型系列产品推向市场，已是刻不容缓的事情。为此，要进一步改革完善铁路修理体制，以适应铁路体制改革、重载运输、提速改造的新格局，明确只有逐步实现工务修理机械化，切实可行地制定出我国养路机械的发展战略目标，才能更好地促进包括小型养路机械在内的大、中、小养路机械的发展。(1)铁路线路小型养路机械的发展可以借鉴大型养路机械的发展过程，在广泛调研的基础上，充分了解铁路线路的全部修理工作程序、组织形式，综合考虑以确定现场的真正需求，选择适合我国线路修理作业的机种、机型系列;针对修理作业的特殊环境，例如线路道岔区的修理作业，有目的地开发新型机种、机型系列，防止一哄而上，重复投资。(2)设计开发过程中，借鉴学习国外先进技术，通过技术引进、合作等方式，了解他们的综合设计思想。例如，美国STANLEY公司的组合液压工具，采用一个液压泵站作为动力，可牵引不同功能的多种小型机具，增强机组的作业灵活性;轨钻采用夹装式两头使用的扁平钻头及水冷却方式，自动给进机构能完成快进、快退自动钻孔;冲击搬手可调节扭力的大小，附带冲击头，对现场生锈的螺栓、螺母装拆有特别的效果;约25Hz频率振动的手持捣固器具有良好的隔振性能和操作性能，在道岔区使用，道岔的捣固作业收到了非常好的效果。德国RUBEL公司，带扭力显示器的螺栓机动扳手，使用中可严格控制螺栓扭力的大小，以保证螺栓紧固质量;还有带自走行的小型液压捣固机等。法国CEISMAR公司的小型轨枕抽换机，替代人工作业效果不错;还有多系列、多型号的钢轨打磨机，可以对钢轨的各个角度进行有效的打磨。英国ROTABRACH公司多刀口的空心钻头轨钻，效率高，功率损耗小，可采用小功率的汽油机作动力，整机重量也可得到有效的减轻;还带有两孔或三孔的中心定位器，使钢轨钻孔作业更快捷、准确。以上所述的一些外国公司的产品特点，正是我国线路小型养路机械产品的差距，设计开发国产机型时要认真总结，科学运用，并且要考虑系列1.3立题意义为了保证列车运行的安全．正点，必须使铁道线路经常处于良好状态，这就要对铁道线路，包括桥涵和隧道．进行经常的维修与保养，这项上作一般称为养路工作，过去养路工作都是用手工操作的，不但劳动强度大，而且维修工作的质量差．效率低，下能适应日益增长的铁路运输任务的需要。实现机械化养路，是提高铁道线桥堆修质最，提高生产率，确保列车安全，正点，减轻工人劳动强度的一项重要措施。铁道线路由于列车运行作用的结果或自然环境的作用，不分到床书札出现下沉现象，使线路出现超现处所。将下沉的线路抬至原有的高度，然后在枕下补充石渣，并传世打紧，这项工作就称为捣固作业。新建铁路在铺轨之后，为了使柜面满足设计标高，是到床满足所应有的承载能力，也需要捣固作业。捣固作业使线路维修、中修、大修的一项重要工作。捣固机械就是完成捣固作业项目的一种机械。因此完成此项工作有一定的现实意义。第2章总体方案设计2.1总体方案选择根据捣固作用力原理不同。有三种方案可供研究。（1）冲击式捣固机：冲击式捣固机是利用捣镐的冲击力将道碴密实，利用的是冲击密实原理，这类捣固机作业和人工手镐作业原理相同。由于这种捣固机对石碴的破坏程度很大，对机体本身也有很大的反作用力，因此目前很少采用。（2）这种类型捣固机是利用振动动载荷将道床石碴密实。利用的是振动密实原理。各种电动捣固机和道碴夯拍机就是利用这种原理，但这类机械效率较低。由于它的体积和重量较小。下道方便，因此在列车的密度较大的地区仍然被使用。（3）振动夹实式捣固机是利用联合密实原理。这类捣固机利用捣镐的动载荷和静载荷联合作用于石碴将石碴密实。各种液压捣固机就是利用这种原理。在振动夹实式捣固机中．根据夹实的方式不同，可以分为同步捣固和异步捣固两类。所谓同步捣固机，就是在捣固作业时．每个镐头所运动的距离相等，因此每个镐头上所承受的压力不可能相同，这样会导致捣固后的枕下石碴密实均匀程度不一致。我们目的所使用的小型液压捣固机就是同步作业捣固机，由同步杆的控制实现同步捣固。而异步捣固机在捣固时，镐头在液压元件的作用下，镐头所承受的压力相同，因此镐头所移动的距离不可能相同、但捣固后的石碴密度比较均匀。所以异步捣固比同步捣固优点较多。目前异步捣固机在我国应用还不多。综上所述。本课题选择第三种其中的同步捣固。2.2液压捣固机的总体设计液压捣固机的结构主要是为适应线路捣固作业的特点和工作过程而设计的，结构原理如图2.1所示图2.1捣固机结构原理图在图中，石碴的捣固工作是由捣固机的工作部件（称为捣镐）的动作来完成的。在作业时，当捣镐在传动装置的作用下移动时，捣镐下端的镐头部分就会伸入道床石碴的内部，并可到达轨枕表面以下的位置。这就是捣固机的下插过程。在这时，如果在操作人员的操作下使两镐头向内靠拢。两镐头就会将石碴送人轨枕下部，并夹实，起到捣固的作用，捣固完成后还需将两镐头再张开。如果再动作一次可进行第二次夹实，从而增加捣固的效果。夹实结束后需要将捣镐提升，当镐头底部提升至超过轨枕上或高出轨面时，捣固机才能通过走行移动至下一个捣固地点或是通过下道装置横移至线路两侧的下通架上以便避车。每一台捣固机有四个捣镐，由一个人操作，四个捣镐同时动作。这样每个轨枕头的四个作业点，一个工作循环就能完成。捣固的动作由液压传动系统驱动。四个捣镐的升降由一个升降油缸驱动，每两个捣镐由一个夹实油缸驱动镐头水平移动。液压捣固机是振动夹实式捣固机的一种。在作业时要求捣镐以某一频率振动，从而产生振动力。捣镐的振动是由振动装置产生的。在使用中，两台捣固机连成一体构成一套，由两个人各自橾作一台，每根轨枕的8个捣固位置一个工作循环即可完成。如图2.2图2.2XYD-2型捣固机第3章液压捣固机的结构设计根据液压捣固机的结构原理，本机由动力和机械传动系统．液压传动系统．捣固装置、振动装置、机架及下道架组成。动力部分主要采用两种原动机：一种是汽油机，另一种是电动机。图3.3所示的捣固机采用电动机作为动力。电动机输出的机械能，一路通过三角皮带传动。将转矩传递给液压系统的动力——油泵。油泵在电机的驱动下，将液压油从油箱中吸出，并提高压力，然后送入液压控制系统。通过多路换向阀的方向控制后，压力油被送入液压系统的执行元件——升降油缸和两个夹实油缸，从而驱动捣镐的捣固动作。多路换向阀采用手动橾作控制，当操作多路换向阀使升降油缸的缸体下降时。液压捣固机的主体部分随之沿着机架的导柱下降，从而带动捣镐下降。使镐头下插到轨枕底面以下。这时如果再操作换向阀的夹实油缸控制部分使两夹实油缸的活塞杆外伸，捣镐就会绕振动装置上向的镐轴转动一个角度，使两镐头夹紧。通过镐头部分的镐撑作用，就可将石渣夹入枕下。捣镐的张开动作与提升动作也是通过操纵换向阀实现的。液压捣固机的振动装置也是由电动机通过另一根三角带向下方传动的。通过三角带传动，使振动装置的振动轴，振动轴的上方安装有不平衡的偏心铁，转动以后由于离心力的作用。就使振动装置连同捣镐以某一频率振动。当镐头插入石碴，镐头的振动就可传递给石渣，从而买现振动与夹实联合捣固密实。为了防止振动装置及捣镐的振动传递至捣固机的其他部分，损坏其他部件或零件，捣固机的振动装置采用橡胶制成的减振器与主机连接。吸收振动装置传给主机的振动。小型液压捣固机的重量较轻。整机重量为285KG。在捣镐下插作业时，如果不采取其他措施，由于石碴的反作用。就会使捣固机局部顶起，使走行轮脱离钢轨而失去支承，从而导致捣固机倾斜，将捣固机损坏。这种情况有道床石渣板结情况下更明显。为了避免这种现象发生，小型液压捣固机同时设有夹轨器12。当捣镐下插时，夹轨器便落在钢轨上-如果捣固机被顶起。夹轨器就会夹住钢轨，使捣固机把持在轨排上。当捣镐上升时，夹轨器被主体部分拉动，松开钢轨。小型液压捣固机在多数情况下是利用列车间隔时间进行作业的。在列车通过作业地点之前，要求捣固机撤出限界之外，不能影响列车正常运行。捣固机下道时，首先将两台分解，然后移至安放在线路两侧或单侧的下道架上。列车通过之后，再行上道作业。3.1液压传动系统设计图3.1液压系统示意图如图3.1所示的液压系统示意图。图中液压系统得执行元件有三个。为两个夹实油缸和一个升降油缸。他们都是单出杆双作用缸。升降油缸，由换向阀的第一联控制动作：当活塞外伸时．是捣镐的下插动作。当活塞回缩时，完成提升动作。夹实油缸。两油缸采用并联连接，由第二联换向阀控制动作。当两活塞杆外伸时，是捣镐的夹实动作。当活塞杆回缩时，捣镐张开。两联换向阀间采用并联连接方式，即从进油口来的油液可直接通到各联换向阀的进油腔，各阀的回油腔又都直接通过多路阀的总回油口，为了使捣固机在非工作状态时液压泵不带负荷。即卸荷状态，使液压泵输出的油液以最低压力流回油箱，以节省动力，整个换向阀采用卸荷回路卸荷。当液压油泵工作时，油泵将液压油从油箱中吸出，通过油器过滤后，将压力油液送入多路换向阀的进油口。如果两换向阀均处于中间位置时，卸荷油路使油液直接流回油箱。当移动某一换向阀的滑阀时，卸荷油路被切断，进入换向阀的油液通过单向阀进人每一联的腔，然后和其他油路相通。例如使的滑阀左移。移动时卸荷油路首先被切断，这时油液通过单向阀进入，当滑阀继续移动。滑阀将与之相通，使压力油进入升降油缸的无杆腔。与回油胆相通，使有杆腔与油箱相通。在压力油的作用下，无杆腔容积增加，使活塞杆外伸。有杆腔的油液被排至油箱。当第一联滑阀右移时，压力油腔与腔相通，胆与回油腔相通，在这种情况下，活塞杆回缩，两夹实油缸采用并联连接。如果两液压缸的运动阻力不相等，阻力较小的首先动作，阻力大的后动作，产生不同步现象。液压系统的压力由溢流阀控制。如果因某种原因使系统压力超过额定压力时，溢流阀就会工作，使部分油液流回油箱。使系统压力不超过额定压力，从而防止由于系统的压力超高而将液压元件损坏，或产生内泄、外泄现象。油泵是手动油泵。当原动机或油泵出现故障，或某种原因使原动机或油泵失去作用时,此时捣镐还插在道床里。可使用手动油泵把镐头提升，然后下道避车，故又称安全泵。在使用手动压油泵时，为防止压力油从机动油泵倒流回油箱，在两油泵之间设置一个单向阀。第4章捣固机相关计算以及使用说明4.1主要部分的设计计算4.1.1偏心铁的设计（1）偏心铁的重量和位置根据设计要求，偏心铁必须产生15200N的振动力。实际设计采用两块偏心铁，转速为3400转/分，偏心铁的形状如图图4.1偏心铁的形状1）偏心铁的中心位置和重量按图所示，扇形铁的中心位置为（4-1）扇形铁的重量（4-2）2)每块圆环铁的重心位置（4-3）3）每块圆环铁的质量（4-4）两块圆环铁重量（2）偏心铁的振动力1）一块偏心铁的振动力2）扇形铁部分产生振动力3）两块圆环铁产生的振动力4）两块偏心铁的振动力（3）偏心铁的静力矩4.1.2发动机功率的计算和型号的选择（1）发动机的功率1）油泵运转所需功率（4-5）2）偏心轴运转所需功率（4-6）3）发动机功率（2）根据发动机所需功率以及捣固机结构特点，选择国产175F型汽油发动机为动力（额定功率5千瓦）。4.2机械强度计算4.2.1捣固杆捣固杆可以看成一个四杆机构。当两根捣固杆由于夹实油缸的推动而处在垂直于道床的位置时，捣固掌上将受到最大的压力。图4.2捣固杆-四杆机构1）捣固杆上最大压力2）捣固杆悬挂处支点的弯矩3）面上最大应力为（4-7）捣固杆选择3号钢。则4.2.2振动轴的计算根本据力学原理作出弯矩图由弯矩图可知最大弯矩根据第二强度理论得（4-8）图4.3弯矩图4.2.3轴承的选择按振动轴结构设计，两端安装轴承处的轴径为40毫米。已知每个轴承静载荷为7418.6牛，转数为3400转/分，所以选择GB292-64，36208型的轴承。主要性能如下：极限转数10000转/分容许静载荷21560牛工作能力系数47000按经验公式（4-9）所选轴承工作能力系数较计算的工作能力约小18%，但是实际经验证明连续工作500小时以上，拆装轴承并未发现有破损或严重磨耗现象。于是继续采用。4.2.4单级变速箱的计算（1）齿轮的计算图4.4变速箱示意图两轮中心距A（4-10）其中i变速箱传动比=3齿轮材料容许接触应力荷载集中系数=1.1动载系数齿轮上所传递的扭矩齿宽系数=0.4主动轮采用40Cr，从动轮采用45号钢淬火处理，齿面硬度可达HR=50。而从动轮容许接触应力若主动轮的齿数选择为26，则从动轮的齿数为78。齿轮模数应为若实际模数M采用1.75毫米，则两齿轮的中心距为主动轮齿轮直径从动齿轮直径齿宽（2）第二轴（从动轮轴）的计算轴的材料采用45号钢。已经轴上所受的扭矩为4067，从动轮直径=136.5毫米。第二轴上所受到的载荷可用图来自油泵的扭矩=从动齿轮圆周上水平方向的切力垂直方向压力其中压力角为20度。图4.5弯矩图由图5.5可以看出，E点断面处弯矩最大。E点断面最大综合弯矩第二轴径应为（4-12）其中为45号钢在第三类荷载时的许应力。4.3捣固机的使用方法4.3.1上道使用前的注意事项（1）检查各部件是否完整无缺（2）加查各紧固部件有无松动或失效（3）检查油箱中油量，不足应加油至略高于油面线（4）向滑动部分加注润滑油（5）检查并试验手压泵作用是否良好（6）检查头、插座、开关和电源线是否完好，有无漏电情况（7）经检与处置后，确认各部分状态完好，方准上道试机。4.3.2使用中注意事项（1）上道试运转，启动原动机，打开电动机的电动开关，使振动架开始振动，油泵开始工作。时应检查液压系统的压力是否正常。通常是在多路换向阀的接口处接上压力表检查。如果系统压力超高，会使液压元件增加内泄，使系统效率降低，液压油泵发热。如果系统压力偏低，会降低机器的工作效率。规定的系统工作压力为3.5-4.50MPa。对于有经验的操作人员，通过鉴别油泵噪音的大小，就可判断系统压力是否正常。如果系统的压力不正常，可调整溢流阀的调整螺钉来进行调节。旋入螺钉可使系统压力增高；旋出螺钉则系统压力降低。溢流阀调定一次后，使用中不要随意调动。系统压力正常后，按指示牌操作多路换向阀，左手柄控制升降油缸，使整个油箱和振动装置提升或下降。右手控制夹实油缸，使捣镐张开或闭合。正常后即可作业。（2）仔细观察各部件运转是否正常，有无杂音和异响，机件有无松脱，有无漏油现象。（3）时常检查有关部位的温升情况．倘若发现电动机超过60℃、振动轴承超过50℃、各部销轴超过70℃时．则应立即停机下道，待温度降低后再继续作业：（4）夹轨钳是否有效，底架的4个小轮是否紧贴在走行架的主梁上（A型），或走行轮是否正在轨面上（B型），随时防止机器脱落。（5）在夹实道渣时，有无严重抬道现象，据以判断工作油压是否过高。（6）勿使镐头碰撞轨枕或扣件螺栓。（7）如有异常现象需要修理时，必须停机下道修理，以保证安全。（8）下道架应有专人负责，并随主机移动，距离不得大于15m。4.3.3下道时应注意事项（1）下道架必须安放平稳，高度适宜。（2）下道时两人应密切配合，冷静沉着而又动作迅速。应平稳地推机，不宜用力过猛，以防机器翻倒或掉落。（3）下道后，应立即将定位销插好，并将捣固机下降至最低位置(单侧下道架则只需将邻近线路的一台落下)，同时将走行架抬下线路或将走行架中间分解开折向捣固机。4.3.4日常保养（1）擦净各部件上的油污和灰尘。（2）检查并拧紧各紧固件及油管接头螺母。（3）检查三角胶带的技术状态和松紧程度，必要时调整或更换三角胶带。（4）检查各焊缝有无裂痕，如发现裂纹应及时补焊。（5）检查手压泵、安全销、夹轨钳和吊链以及走行架和下道架等是否完好。（6）检查镐头磨损情况．如磨损超限应即补焊或更换，（7）做完上列各项保养工作后．应将夹实油缸活塞杆全部缩入油缸内，将捣镐下降至最低位置，插好定位销，盖好