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1、铁路多用途作业车总体及液压系统概述2.1铁路多用途作业车总体方案简介根据铁路线路养护和维修的作业要求，参照国内外大型养路作业机械的作业流程和铁路线路维修规则中的作业要点，确定铁路多用途作业车应具有捣固、起吊照明、除雪、肥边打磨、探伤、换轨等多种工作装置。图2-1 总体组成示意框图本车总体组成方案参照接触网维修作业车的设计，如图2-1所示，其组成的部分分布如内燃机布置的一端为作业车的前端，除雪装置布局在作业车的前端，限界保持装置布置在作业车的中部，钢轨打磨、轨枕捣固、清扫、钢轨探伤、钻孔切断等功能在作业车后端的工作装置轮换平台实现；吊轨收轨、照明等功能通过吊机及上面布置的照明装置实现；物料堆放室
2、布置在控制室的后面，各种工作装置、工具、钢轨及其他一些物品存在此处。作业车的动力由内燃机提供，前后各布置一个。内燃机驱动发电机，发电机驱动泵；内燃机驱动分动箱，提供作业车走形动力。该作业车的核心技术是工作装置轮换平台的实现。它涉及各个工作装置动力源及安装平台的提供。首先，这些工作装置中，有的需要液压驱动，有的则是电力驱动，工作装置轮换平台需要为他们提供正常工作时的动力源的接口，即当每个工作装置需要工作时，通过一个通道把工作装置从物料堆放室运输到工作装置轮换平台，在把工作装置连接到工作装置轮换平台提供的动力接口，即可开始工作。图2-2 作业示意框图1图2-3 作业示意框图2本车作业方案采用两作业
3、车连挂进行作业，共分为两种连挂方式，图2-2为实现吊轨收轨功能，图2-3为除了吊轨收轨功能之外所有的功能实现示意框图。在吊轨收轨时，中间连挂两辆一定规格的轨道平车，用于存放钢轨，吊机布置位置，参照接触网维修车，布局在车尾左端位置，两辆车采用相同的布局。吊轨道时，两作业车的吊机同时工作，各吊钢轨的一端，把钢轨放在轨道平车合适的位置上。在实现其他功能时，待工作的作业装置存放在号作业车的平板上，限界保持、清扫、除雪等工作装置工作时固定在多用途车所在的区域，他们共用一个安装平台，形成统一的标准，方便拆卸；钢轨打磨、轨枕捣固、钢轨探伤等工作装置直接作用在作业的对象上，由人辅助操纵，作业车提供动力来源。作
4、业装置如果需要电力驱动，即从作业车上面牵引出电线接到工作装置上，作业车需装载一个适当规格的变压器，以适合不通的电压要求；作业装置如果需要液压驱动，即从作业车上面牵引出液压油管接到工作装置上，不同的作业装置需要不同的压力，作业车液压系统需要满足这个条件。同时作业车需提供0-5的低速走形速度，配合作业的工作装置完成作业。2.2铁路多功能作业车传动方案如何合理选型和优化配置传动方式，是我们铁路多用途作业车首要考虑的问题。现代以内燃机为动力的车辆及机具的行走装置主要使用纯机械、液力、静液压和电力等四种传动方式。机械传动仅有转速、转向和扭矩等机械量的变化而没有能量形式的转变；其它三种方式除必然包含有或多
5、或少的机械传动环节外，在传动过程中还都存在着由机械能转变成其它形式能液压动能、液压静能或电能，再重新转变回机械能的一些环节。进行这样两次转换的目的：一、是便于连续调节输出转速及扭矩(无级变速)；二、是便于较灵活地改变传动部件的配置方式(限于液压及电力传动)；三、是便于实现多种模式的控制(程序、遥控及超载保护等)。但为此付出的代价则是较复杂的结构、较高的制造成本和在两次能量转化过程中不可避免的功率损失。因此在确定传动方式之前需要对在四种传动模式作如下评估：方案一:机械传动优点：结构简单、成熟、精密零件较少、价格低（机械式无级变速器除外）；稳态传动效率高；输出转速随负荷变化不大特性较硬；故障率低，
6、对使用条件要求不严格；与发动机的匹配要求较严格，在一定速度范围内可利用发动机进行动力制动；对检修、保养的技术要求不高。缺点：齿轮变速器换挡有冲击、起步不柔和；传动部件间的相对位置关系严格，总体布局方式受到较多限制；现遥控和自动控制比较困难；作繁琐，劳动强度大，对驾驶人员技术要求较高；于换挡伴随着功率的中断，占去不少无效时间，因而对于变速和换向频繁的机具的生产率不利；动机负荷变化大，无法经常在负荷油耗比有利的工况下运行，工况变化方案二:液力传动优点：在一定范围内可维持近似于恒功率的输出转速和扭矩变化规律。负荷升高时可自动增大输出扭矩，具有较软的输出特性，因而起步柔和，换挡时冲击不大；配用自动换挡
7、变速器，操作条件显著优于纯机械传动方式；档次数明显少于纯机械传动方式，动力中断的无效时间缩短；矩器可以吸收冲击负荷，避免发动机超载，延长了发动机的工作寿命。缺点：不仅不同牵引特性的机具需要选配不同形式的变矩器，而且变矩器与发动机之间的特性匹配要求也十分苛刻。因而通用性较差，比纯机械传动复杂、成本高；有当发动机转速最高时才能获得最大的输出转矩，而在需要输出低转速、大扭矩的工况时效率却很低，不利于节约能耗、减少排放和降低噪声，应避免在这种工况下长期运行；力制动能力差，行车制动器工作频繁，磨损较快；态效率较低；通变矩器不能用在某些输出特性要求较硬的机具上，如农用拖拉机等。方案三:静液压传动优点：布局
8、灵活方便。输入输出组件间可用柔性管道连接，相对位置受机械结构牵制较少，有时还可有多个相对独立的输入和输出端；极调速范围宽，且可根据不同需要得到相应的较硬或较软的调节特性，对不同机具的适应性好，与发动机容易匹配；出扭矩与转速可以在相当大程度上与输入转速无关地进行调节。从而使发动机能经常在稳定、高效工况下运行，有利于节约能量、降低噪音、减少排放及延长发动机寿命，从而补偿了本身稳态效率较低对整机经济性带来的不利影响；步、调速及换向柔和、迅速、冲击小；微动特性优异，操作舒适，有利于准确地行驶、操纵工作部件及拖挂车辆负载；最高车速直到完全静止均可利用动力传动装置本身实现可控制的制动，制动扭矩与驱动扭矩相
9、当，并且此种制动不引起部件磨损，必要时还可贮存系统吸收的制动动能。缺点：组件比较精密，要求良好的制造技术，成本较高；态传动效率较低，因而不宜用于长距离稳定行驶的车辆（如卡车等）；修保养工作所要求的技术水准较高。方案四:电力传动优点：电动机和发电机之间用柔性电缆连接，铺设比液压管道更为方便；节性能好，与微电子技术相关联程度高，能得到多种牵引特性曲线，易于实现自动控制及遥控；动力制动性能较好，可实现再生储能制动；发动机在有利工况下稳定运行、油耗低、排放污染小、寿命长；实现内燃机蓄电池双动力方式驱动。缺点：单位重量功率密度比前三种传动方式都小，电机尺寸与重量都比同功率液压组件大得多，目前结构比较笨重
10、；耗用有色金属和其它特殊材料较多，价格较高；解决抗干扰和电磁兼容等问题比较困难。方案的比较:基于铁路多用途作业车的实际情况，考虑使用工况，结构的构造，操作的难易以及传动的性能综合考虑，确定铁路多用途作业车使用静液压传动，其具体理由如下，1.结构简单，由于铁路多用途作业车的的执行机构很多，有捣固，探伤，打磨，起吊，钻孔、切割，除雪，及界限保持等多个作业设备，如果使用液压传动可以只需要一个原动机带动一台油泵，就可以同时驱动铁路多用途作业车行走，及各个执行机构作业时的各种动作要求，使得电气元件的数量大大减少。使用液压传动系统输入输出组件间可用柔性管道连接，使其车体内部的剩余空间增多，各种部件能很方便
11、布置，减轻了总重。布局灵活方便。2.调速方便，铁路多用途作业车的各个执行机构的启动制动频繁，速度要求不一，利用液压系统变量容易的特点，采用液压调速的方法，可以使调速及换向柔和、迅速、冲击小。这种调速方法不但容易实现，而且简单可靠，价格低廉。3.节约能耗，如果铁路多用途作业车的执行机构不工作，可以选择了合适的变量泵，可使系统流量输出为零，避免了溢流损失。2.3铁路多功能作业车液压系统概述铁路多用途作业车液压系统除雪机构液压回路钻孔切割机构液压回路界限保持机构液压回路起吊机构液压回路捣固机构液压回路探伤机构液压回路打磨机构液压回路走行驱动液压回路图2-4 铁路多用途作业车液压系统组成如图2-4所示
12、，铁路多用途作业车液压系统组成所示，设计的铁路多用途作业车具有捣固、探伤、打磨、起吊、钻孔切割作业平台、除雪及界限保持等多种功能，加上车辆走行驱动，一共8个基本动作回路的液压系统。根据对所设计铁路多用途作业车的液压系统构成总体的思路，拟采用单发动机-双泵来驱动所有的执行机构，可以知道所设计的系统为典型的多执行机构控制系统。对于多执行机构控制系统来讲，保证能够对某几个执行机构进行同步控制，即同时控制多个执行机构进行各种复合动作是设计这种系统最关键的技术。根据铁路多用途作业车的工作特点，主要动作有:探伤小车拖在车体后面，遇到问题钢轨会发出警报，然后驱动液压缸往返运动；肥边易出现在铁路线路的道岔处，
13、在低速走行的情况下，肥边打磨设备在人工手推的情况下进行作业；钻孔切割作业平台是在钢轨出现问题时停车施工；捣固是铁路线路路基出现问题时时停车施工；起吊设备也是在停车的情况下作业除雪有季节限制在低速行走的工况下作业，清扫应在低速行走的工况下作业。根据以上作业设备的作业情况可知，相互配合施工的情况不多，较长出现的是一个执行机构配合低速走行的情况下作业。因此复合作业的情况在各个设备之间要求不高，但在各个作业设备内部的作业时要求的复合动作很多，如起吊过程中，要可以进行回转、变幅、起升、伸缩等动作。由于铁路多用途作业车对各执行机构进行复合动作的要求并不高，所以液压系统的主要任务就是把行走系统加到整个系统中
14、，除了行走液压系统在低速走行时流量大，系统压力较大外，其他各个执行机构对流量和系统压力要求并不高，除了行走系统外在单泵供油的条件下，就可以满足铁路多用途作业车所需的各个动作要求。为了使铁路多用途作业车进行复合动作，系统中采用了多路阀使各执行机构相互并联，使每个机构可以互不干扰，由此完成复合动作。这样的结构设计简单、造价低廉，可以完全满足铁路多用途作业车各执行机构的动作要求。2.4铁路多功能作业车液压系统的技术难点1.多执行机构的液压回路如何构建和相互连接。所要设计的铁路多用途作业车液压系统是需要由一个原动机带动捣固，探伤，打磨，起吊，钻孔、切割，除雪，及界限保持8个执机构动作。因此如何进行液压
15、回路的构建和相互连接便成了一个首要考的问题。如果要保证每个执行机构都能同时动作，并且根据各个执行机的工作特点，具备一定的互不干扰性，还要考虑到是否有执行机构要保具有优先保障动作的可能性问题，所以是采用并联形式或者串连形式的压回路是需要从整个系统的特点和各个机构各自特点及相互间配合程度度进行考虑。2. 各执行机构的动作如何操纵和协调控制。由于铁路多用途作业车系统总体的结构特点，如何操纵各执行机构和各执行机构协调控制是一个主要问题。各个机构采用何种操纵方式，各执行机构的控制过程中怎样调速，何种机构调速要求高，都要进行分析和研究。液压系统的调速方法一般有节流调速或者容积调速方法，采用哪种方法，要从系
16、统的功能实现、节约能耗、动作协调等角度考虑。3.如何进行各执行机构的运动参数间的选择和匹配。在铁路多用途作业车液压系统回路中，油泵是系统的动力元件，各个执行机构的油缸或马达是执行元件。由于系统采用一个原动机控制多个执行机构，选择什么样的油泵是首要考虑的问题，是选单泵还是多联泵(双联泵)，是采用定量泵还是变量泵。其次，各个执行元件以及动力元件的主要参数如何匹配，以使各个执行机构的动作协调。同时，为了保证系统中各执行机构的安全性，在其中主要位置设置一些具有安全作用的元件，如起吊设备的部分回路需要安装安全阀、平衡阀等，由于它们的存在，当多个执行机构连接在一个大回路中，需要多个动作或者同时动作时可能会
17、产生相互干扰的情况，怎样保证各机构的安全性而又满足不同机构的动作要求，也是需要仔细研究的问题。2.5铁路多功能作业车液压回路特征的确定液压系统按照回路特征分类可以分成开式系统和闭式系统。系统如图2-4所示，它的特点是液压泵直接从油箱中吸油，供执行元件使用后返回油箱，即油液的循环必须经过油箱交换。图2-4 开式液压传动系统图开式系统的主要优点有:系统结构简单，构成灵活；有一个较大的油箱，能够起到良好的自然散热作用，油液中污物可在油箱中沉淀，降低了对过滤器的要求；系统中各回路之间可以串联，也可以并联，即可以使用单泵对多个工作装置分别供油；可以进行节流调速，也可以进行容积调速，或者两者同时使用，即复
18、合调整，故调速范围较大。开式系统的缺点有:油箱体积大，油液与空气接触，增加了混入空气的机会:为增加系统的稳定性，有时要在回油路上增加背压阀，增加了回油阻力；当油泵没有自吸能力时，需要增设一个流量为主泵流量1.2倍的供油泵。闭式系统如图2-5所示，它的特点是:系统中的油液自成循环，无需通过油箱交换；执行元件的回油直接进入油泵的入口，吸油条件好。图2-5闭式液压传动系统图闭式系统的主要优点有:结构紧凑，没有开式系统中那种体积很大的油箱，只有一个体积不大的补油用的油箱，因而自重轻；除补油外，油液成闭式循环，不接触空气，减少了混入空气的机会；系统中一般都用双向变量泵，直接用液压泵的变量机构调节速度和方
19、向，避免了换向阀控制方式造成的节流损失和换向冲击:系统无回油背压损失，因为回油背压即为液压泵的进口压力。闭式系统的缺点有:由于没有大体积的油箱，自然冷却条件差，油液中的污物也不能在油箱中沉淀，一般都需要加冷却器，对滤油器的要求也很高；由于通常使用双向变量泵，故价格高，维修也比较麻烦；为补充油液循环中的损失，以及为实现使油液降温的要求，需要一套比较复杂的补油系统，必要时还需要附加冲洗系统，元件数量多且消耗部分功率，成本也比较高；油液循环频度较高，容易老化；如果采用单泵供油，难于和其它工作装置组合在一起。以上对液压驱动系统中采用的开式系统和闭式系统进行了分析，对于铁路多用途作业车液压行走系统的方案
20、，我们选择的是开式系统，主要基于以下几点:1.铁路多用途作业车的执行机构很多，有捣固，探伤，打磨，起吊，钻孔、切割，除雪，及界限保持等多个作业设备。由于采用单泵供油的方式，几个执行机构所需的流量和压力都要由一个油泵来承担，且有几个执行机构要求行复合动作，而开式系统正好适用于这种场合，而闭式系统则在单泵给多个执行机构供油的设计上很难实现。2.闭式系统需要一个补油泵，所以就会有部分能量损耗在为主泵提供的供油压力上，即使在系统不需要流量的情况下，补油泵也照样工作，这样能量损失就比较多，尤其对于小功率系统，若采用闭式系统，补油所需要的功率会占整个系统功率的很大一部分，功率损耗相当大。3.开式系统所需要
21、使用的元件较少，从而降低了铁路多用途作业车的总体设计成本。铁路多功能作业车液压驱动系统方案设计铁路多功能作业车液压系统的设计同总体设计相结合，力求设计出结构简单，工作可靠，成本低，效率高的液压传动系统。3.1铁路多功能作业车除雪机构液压回路根据同组设计人员所提出的要求，除雪机构只需提供升降除雪机构的动作要求，同时为保证除雪机构的可靠性，需要加平衡阀以防止升降油缸的自行下降。为保持除雪机构的升降的同步性，防止两个升降油缸由于同步精度不高而造成除雪板偏载或受力不均的状况。要实现除雪机构的同步运动方案有以下回路：方案一、调速阀的同步回路图示3-1是采用调速阀的单向同步回路。两个液压缸是并联的，在它们
22、的进（回）油路上，分别串接一个调速阀，仔细调节两个调速阀的开口大小，便可控制或调节进入或自两个液压缸流出的流量，使两个液压缸在一个运动方向上实现同步，即单向同步。这种同步回路结构简单，但是两个调速阀的调节比较麻烦，而且还受油温、泄漏等的影响，故同步精度不高，不宜用在偏载或负载变化频繁的场合。 图3-1 调速阀同步回路方案二、用电液伺服阀的同步回路图3-2所示，伺服阀6根据两个位移传感器3和4的反馈信号持续不断的控制其阀口的开度，使通过的流量与通过换向阀2阀口的流量相同，使两缸同步运动。此回路可使两缸活塞任何时候的位置误差都不超过0.050.2mm，但因伺服阀必须通过与换向阀同样大的流量，因此规
23、格尺寸大，价格贵。此回路适用于两缸相距较远而同步精度要求很高的场合。方案三、机械同步回路 图3-2 电液伺服阀的同步回路最简单、经济而又可获得很高同步精度的方法是刚性同步回路。也就是将活塞杆或液压马达的轴刚性连接，如图3-3所示。这种同步方法比较简单经济，能基本上保证位置同步的要求，但由于机械零件在制造，安装上的误差，同步精度不高。同时，两个液压缸的负载差异不宜过大，否则会造成卡死现象。方案四、流量同步回路如图3-4所示为带有补偿装置的两个液压缸串联的同步回路。当两缸同时下行时，若缸5活 图3-3 机械同步回路塞先到达行程端点，则挡块压下行程开关1S，电磁铁3YA得电，换向阀3左位投入工作，压
24、力油经换向阀3和液控单向阀4进入缸6上腔，进行补油，使其活塞继续下行到达行程端点。如果缸6活塞先到达端点，行程开关2S使电磁铁4YA得电，换向阀3右位投入工作，压力油进入液控单向阀控制腔，打开阀4，缸5下腔与油箱接通，使其活塞继续下行达到行程端点，从而消除累积误差。这种回路允许较大偏载，偏载所造成的压差不影响流量的改变，只会导致微小的压缩和泄漏，因此同步精度较高，回路效率也较高。应注意的是这种回路中泵的供油压力至少是两个液压缸工作压力之和。 图3-4 流量同步回路方案五、电液伺服阀同步回路 如图3-5所示为电液伺服阀同步回路。当换向阀左位接回路时，压力油经分流集流阀3分成两股等量的油液进入缸5
25、和缸6，使两缸活塞同步上升；当换向阀右位接回路时，阀3起集流作用，控制两缸活塞同步下降。回路中的单向节流阀2是用来控制活塞下降速度增加背压用的。分流集流阀只能实现速度同步。若某缸先到达行程终点，则可经阀内节流孔窜油，使各缸都能到达终点，从而消除积累误差。方案讨论 图3-5电液伺服阀同步回路调速阀的同步回路结构简单，但是两个调速阀的调节比较麻烦，而且还受油温、泄漏等的影响，故同步精度不高，不宜用在偏载或负载变化频繁的场合；电液伺服阀的同步回路此回路可使两缸活塞任何时候的位置误差都不超过0.050.2mm，同步精度很高，但因伺服阀必须通过与换向阀同样大的流量，因此规格尺寸大，价格贵。综合考虑成本及
26、同步精度的要求确定使用分流集流阀的同步回路。3.2铁路多功能作业车起吊机构液压回路起吊主要由起升，回转，变幅，伸缩和支腿等工作机构组成，这些动作的完成都有液压系统来实现。对于起重机的液压系统，一般要求输出力大，动作要平稳，耐冲击，操作要灵活、方便、可靠、安全。起重机液压系统包含支腿收放、回收机构、起升机构、吊臂变幅等五个部分。各个部分都有相对的独立行。1.支腿收放回路。由于起吊设备作业时，车架的支撑力有限，因此作业时必须放下支腿来提供更大的支撑力。钢轨作业车行使时必须收起支腿。前后各有两个支腿，每个支腿配有一个液压油缸。图3-6 支腿回路图3-6示支腿回路，两条前支腿用一个三位四通手动换向阀控
27、制收放，而两条后退则用另一个三位四通阀控制。换向阀都采用M型中位机能，油路上是串联的。每一个油缸上都配有一个双向液压锁，以保证支腿可靠地锁住，防止在起重作业过程中发生“软退”现象（液压缸上控油路泄露引起）或行车过程中液压支腿自行下落（液压缸下控油路泄露引起）。2.起升回路。图3-7所示，起升机构要求所吊重物可升降或在空中停留，速度要平稳、变速要方便、冲击要小，启动转矩和制动转矩要大，本回路中采用柱塞式液压马达带动重物升降，变速和换向阀的开口大小来实现的，有液控单向顺序阀来限制重物超速下降。单作用液压缸是制动缸，单向节流阀是保证液压油先进入马达，使马达产生一定的转矩，再接触制动，以防止重物带动马
28、达旋转而向下滑，另外保证吊物升降停止时，制动缸中的油马上与油箱相通，使马达迅速制动。起升机构由换向阀、限速阀和升降油缸组成，左右升降油缸并联，这是因为左右油缸基本具有相同的压力，可以同时动作。在升降过程中，对速度有一定的要求，所以必须采取必要的限速措施。升降油缸采用下列速度限制措施:1.利用换向阀进行节流控制，即由手来操纵阀杆，改变进出油口的大小来达到限速目的。这种方法，结构上最为简单，无需附设专用元件，操作熟练后效果较好。2.采用限速阀，当起升进油时，单向阀打开，按所需流量进油，下降回油时，单向阀关闭，油从节流孔中流出，予以限速。考虑到起升下降的 图3-7 起升回路速度要求比较灵活，不希望一
29、直快，或者一直慢。而采用换向阀进行节流控制则比较灵活，使用限速阀可以保证不会超速下降。3.大臂伸缩回路。大臂伸缩采用单级长液压缸驱动。工作中，改变阀的大小和方向，即可调节大臂运动速度和使大臂伸缩。行走时，应将大臂缩回。大臂缩回时，因液压力与负载力方向一致，为防止吊臂在动力作用下自行收缩，在收缩缸的下腔回油路安置平衡阀，提高收缩运动的可靠性。4.变幅回路 图3-8 大臂伸缩回路图3-9示，大臂变幅机构是由于改变作业高度，要求能带载变幅，改变要平稳。本机采用两个液压缸并联来提高变幅机构承载能力。因液压力与负载力方向一致，为防止吊臂在动力作用下自行收缩，在收缩缸的下腔回油路安置平衡阀，提高收缩运动的
30、可靠性。5.回转油路 图3-9 变幅回路回转机构要求大臂能在任意方位起吊，由于回转不需要太大转速，大约速度在13r/min。因此惯性小，不需要设缓冲装置，操作换向阀，可是马达正反转或停止。该系统特点：因重物在下降时以及大臂收缩和变幅时，负载与液压力方向相同，执行元件会失控，为此，在其回油路上必须设置平衡阀。因工况作业的随机性较大，且动作频繁，所以大多采用手动弹簧复位的多路换向阀来控制各动作。换向阀常用M型中位机能。当换向阀处于中位时，各执行元件的进油路均被切断，液压泵出口通油箱使泵卸荷，减少功率损失。图3-10示，起吊设备液压系统图：1、4、5、10、13、27、28液压油缸 2、3、6、7、
31、11、12、14、15液控单向阀 8、9、17、20、21、22三位四通换向阀 15二位二通换向阀 16、19溢流阀 25单向调速阀 23、26回转马达 24、29、30平衡阀图3-10 起吊设备液压回路图3.3钢轨肥边打磨液压系统根据对发动机的安放位置、刀盘布置位置、行走驱动装置的位置以及支重轮的位置的选择，确定方案如下：图3-11 整机布置图图3-11所示，此方案的优点：(1)发动机布置在远离切削点的一侧，能减轻发动机震动对切削稳定的影响；(2)结构比较简单，便于操作；(3)该方案采用夹紧轮驱动，既能克服巨大的切削发力又能提供足够的驱动力；(4)支重轮采用非对称分布，在切削一侧的支重轮距离
32、切削点较近，有力于提高切削的稳定性。缺点：发动机的输出功率较柴油机要小。但此发动机提供的功率能满足作业要求。钢轨肥边打磨主要工况有：夹紧、切屑、行走、下道。本次设计需要液压系统提供走行的驱动，切屑刀盘的驱动，夹紧机构的驱动，下道机构的驱动。走行和刀盘的驱动使用液压马达，夹紧机构和下道机构的驱动使用液压缸。作业车的工作循环是：上道夹紧刀盘切削行走停车切削停止松开夹紧机构下道。1.上下道油缸动作回路。初步决定使用双液控单向阀锁紧回路来保证支腿不因重力下滑和不出现软腿现象，并且双液控单向阀锁紧回路也可以建立系统压力，使得每个车体上的4个液压缸基本可以同步动作。根据铁路多功能作业车除雪部分对同步回路的
33、讨论，确定上下道液压回路图为：图3-12 单向同步回路图3-12所示是采用调速阀的单向同步回路。两个液压缸是并联的，在它们的进（回）油路上，分别串接一个调速阀，仔细调节两个调速阀的开口大小，便可控制或调节进入或自两个液压缸流出的流量，使两个液压缸在一个运动方向上实现同步，即单向同步。这种同步回路结构简单，但是两个调速阀的调节比较麻烦，而且还受油温、泄漏等的影响，故同步精度不高，不宜用在偏载或负载变化频繁的场合，但能够满足下道时的同步需求。下道液压系统图采用双向液压锁来保证液压缸不会因为重力而出现下滑，同时保证当液压缸顶起车体时，不会因为液压系统的泄露而出现软腿现象。另外在每个液压缸伸出的进油路
34、上都加了调速阀，这样可以保证各个支腿以同样的速度伸出，而不会因为每个液压缸可能受的载荷不同而出现不能同步推进的现象。2.轨道夹紧油缸动作回路。在本机正常工作时，夹紧油缸的压力几乎保持不变，所以需要增加一保压回路。方案一、用蓄能器保压回路。如图3-11所示，当主换向阀左位工作时，油缸向右移动，当压力上升至压力继电器调定值时，便发出信号使二位二通电磁阀通电，液压泵卸荷，油缸由蓄能器保压。图3-11 蓄能器保压回路方案二、用液控单向阀保压回路。如图3-12所示，当1YA通电时，换向阀左位工作，油缸小腔进油，油缸右腔的有野经液控单向阀流回油箱，使油缸向右运动：当电磁阀2YA通电时，换向阀右位工作，油缸
35、大腔压力上升至电接点压力表上限调定的压力值时发信号，电磁铁2YA失电，换向阀处于中为，液压泵卸荷，油缸由液控单向图3-12 液控单向阀保压回路阀保压。当油缸压力下降到下限值时，电接点液压表发信号，电磁铁2YA通电，换向阀再次右位工作，液压泵给系统补油，压力上升，如此工作工程自动保持油缸右腔的压力在调定值范围内。采用蓄能器保压的回路蓄能器的容量直接影响保压时间的长短，如果本机时间稍长，那么蓄能器的容量就要相对加大。所以，选择方案二。3.工作马达动作回路。图3-11所示，对于一般中小流量的液压系统，大多通过换向阀的有机组合来实现所要的动作。对于高压大流量的液压系统，现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑
36、组合来实现。本次设计的系统流量不大，压力也不是很高，为使结构和制造简单化故采用通过换向阀的有机组合来实现所要的动作。速度控制通过改变液压执行元件的输入或输出的流量或利用密闭空间的容积变化来实现。节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输出或输入执行元件的流量来调节速度。此种调速方式结构简单，由于系统必须用溢流阀，故效率低，发热量大，多用于功率不大的场合。此次设计的系统功率不大。考虑到经济和结构方面的限制，采用节流调速。图3-11 工作马达动作回路普通的节流调速回路的功率损失大，低速稳定性好。而容积调速回路既无溢流损失，也无节流损失，效率高，但低速稳定性差。如果要同时满足两方面的要求，本机采
37、用溢流节流阀来满足设计要求。1、2、6、7、14单向调速阀 3、13三位四通换向阀 16、20二位二通换向阀 2、8升降油缸 11夹实油缸 16 继电器 3、4、12液控单向阀 15、19溢流阀 18切削马达图3-12肥边打磨液压系统图如图图3-12所示为肥边打磨液压系统图。上道时只有上道机构的液压缸工作，别的回路处于封闭状态，所以需要一个换向阀来控制回路的闭合和打开。用二位二通阀控制上道机构工作使其他回路闭合，在上道机构不工作时其他回路接通。将钢轨夹紧后，刀盘工作。本次设计采用压力继电器。当夹紧油缸的压力达到要求值时，压力继电器工作接通电源，夹紧机构回路的电磁阀工作切断夹紧回路的油路，切削回
38、路的电磁阀打开油路。然后采用手推行走，工作完成后，通过切断压力电磁阀的电路切断刀盘的油路。通过液控单向阀松开夹紧机构，最后打开下道机构油路下道。这样就完成了一个工作循环。3.4铁路多功能作业车捣固机构液压回路铁路多功能作业车的捣固机构，以车体的内燃机提供原动力，驱动油泵产生压力油，利用液压传动，控制捣镐的升降和夹紧，然后驱动马达产生振动，振动的捣镐插入道床后，道渣受到振动，道喳在相对运动中重新安排密实，在镐头夹实时填满枕下空隙，达到捣固的目的。换 向 阀马 达升降油缸夹 实 油 缸振捣机构振动轴油泵图 3-13工作原理图解根据工作原理图解，本次捣固机构设计需要液压系统提供钢轨的夹紧驱动，捣镐的
39、升降驱动和马达的振动驱动。作业车的工作循环是：夹紧捣镐下降马达振动。本次设计的系统流量不大，压力也不是很高，为使结构和制造简单化故采用通过换向阀的有机组合来实现所要的动作。1.捣镐的下降和夹实回路图3-14 捣镐动作回路1换向阀 2夹实油缸 3升降油缸 4压力表 5 继电器 6液控单向阀压力油经过换向阀1进入油缸2和3。升降油缸3的活塞杆固定在底架不能移动，于是压力油便推动缸筒上下运动，实现捣固机构的升降。夹实油缸2的两端联结着捣镐，当夹实油缸的活塞被压力油推出时，捣镐就对道渣进行夹实。利用换向阀进行节流控制，即由手来操纵阀杆，改变进出油口的大小来达到限速目的。这种方法，结构上最为简单，无需附
40、设专用元件，操作熟练后效果较好。压力油进入换向阀后，其溢流阀的钢球就受到压力油的作用，企图推开钢球进行溢流，当系统中的压力超过溢流阀的压力时，油液将溢流阀打开流回油箱。于是系统压力不在增高，保持在溢流阀所调节的压力上。显然，调节溢流阀的压力，就可以控制捣固机构液压系统的压力高低。压力表用来测试系统压力的高低和观察系统的工作情况，为了便于调压和观察，溢流阀旁一般就近安装压力表。2.振动马达的动作回路图3-16 振动马达的动作回路对于一般中小流量的液压系统，大多通过换向阀的有机组合来实现所要的动作。对于高压大流量的液压系统，现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。本次设计的系统流量不大，压力也
41、不是很高，为使结构和制造简单化故采用通过换向阀的有机组合来实现所要的动作。当夹实油缸的夹紧力达到所设定要求时，继电器触发换向开关，压力油驱动振动马达的动捣镐，对道渣进行捣固。3.5铁路多功能作业车清扫机构液压回路铁路多功能作业车的清扫机构需要两个油缸控制清扫臂的变幅和两个马达控制清扫装置的夹角变化，分别在作业车两边对称布置，考虑到清扫臂的旋转以及垃圾回收的旋转功率要求不大，于是选用电机驱动。变幅液压回路。由于需要立置油缸控制清扫臂的变幅，为防止清扫臂超速下降发生事故和气穴现象，可加平衡回路使立置液压缸拖动的清扫臂下降时液压缸的有杆腔产生的背压平衡活塞自重。方案一使用内控式单向顺序阀的平衡回路方
42、案二使用外控式单向顺序阀的平衡回路图3-17 内控式单向顺序阀的平衡回路 图3-18 外控式单向顺序阀的平衡回路图3-17所示，内控式单向顺序阀的平衡回路工作比较平稳，但由于液压缸需克服内控顺序阀的压力回油，故能量损失较大。如果用外控式顺序阀，则可减少能量损失。图3-18所示，外控式单向顺序阀的平衡回路的外控式顺序阀的启闭取决于控制油口油压的高低，与顺序阀的进口压力无关。液压缸下行时，顺序阀被有杆腔打开，背压消失，所以能量损失较小。但此回路中，当液压缸的有杆腔压力使顺序阀重新打开，活塞油向下运动，所以液压缸的运动平稳性较差。为消除或缓解此现象的，在控制油路中设置一节流阀或可变液阻便可使顺序阀的
43、启闭动作减缓。2.清扫夹角控制液压回路通过驱动马达的旋转来控制装置的夹角变化，因为夹角变化频繁，需要频繁制动。由于运动不见具有惯性，为使执行元件平稳的由运动状态转换成静止状态，为防止冲击需采用制动回路。 图3-19 溢流桥制动回路方案一溢流桥制动回路 采用溢流桥可实现马达的制动。图3-19所示当换向阀回中位时，液压马达在惯性作用下有继续转动的趋势，在此时所排出的高压油经单向阀由溢流阀限压，另一侧靠单向阀从油箱吸油。该回路中哦溢流阀限制换向阀回中位时引起的液压冲击，又可以使马达平稳制动。还需指出，图中溢流桥出入口的四个单向阀，除构成制动油路外，还可以起到对马达的自吸补油作用。方案二溢流阀双向制动
44、回路双向马达可采用溢流阀来实现双向制动，当换向阀回中位时，马达在惯性的作用下，使一侧压力升高，此时靠每侧的溢流阀限压，减缓液压冲击。马达制动过程中另一侧呈负压状态，由溢流阀限压时溢流出的油液进行补充，从而实现马达制动。方案比较，溢流桥制动回路包含了溢流阀双向制动回路的限压，减缓冲击的功能，而且还起到对马达的自吸补油作用，所以使用溢流桥式制动回路。3.6铁路多用途作业车高空作业平台高空作业平台主要由回转，变幅，伸缩和支腿等工作机构组成，这些动作的完成都有液压系统来实现，与起重机构液压系统类似，要求输出力大，动作要平稳， 图3-20 溢流阀双向制动回路耐冲击，操作要灵活、方便、可靠、安全。高空作业
45、平台液压系统包含支腿收放、回转机构、大臂伸缩，小臂伸缩等四个部分。各个部分都有相对的独立行。其中支腿收放在起吊设备作业时也要用到，于是次回路不用另外设计，公用一个支腿收放回路，用一手动换向阀控制方向，达到这两个液压系统共用次回路。1.大臂伸缩回路。大臂伸缩采用单级长液压缸驱动。工作中，改变阀的大小和方向，即可调节大臂运动速度和使大臂伸缩。行走时，应将大臂缩回。大臂缩回时，因液压力与负载力方向一致，为防止吊臂在动力作用下自行收缩，在收缩缸的下腔回油路安置平衡阀，提高收缩运动的可靠性。 图3-21 伸缩回路2.小臂伸缩回路。小臂伸缩机构是由于改变作业高度，要求能带载变幅，改变要平稳。因液压力与负载
46、力方向一致，为防止吊臂在动力作用下自行收缩，在收缩缸的下腔回油路安置平衡阀，提高收缩运动的可靠性。3.回转回路。回转机构要求大臂能在任意方位起吊，速度要平稳、变速要方便、冲击要小，启动转矩和制动转矩要大，故本回路中采用柱塞式液压马达。由于回转不需要太大转速，大约速度在13r/min。因此惯性小，不需要设缓冲装置，操作换向阀，可是马达正反转或停止。该系统特点：1.作业平台大臂及小臂收缩时，负载与液压力方向相同，执行元件会失控，为此，在其回油路上必须设置平衡阀。2.因工况作业的随机性较大，且动作频繁，所以大多采用手动弹簧复位的多路换向阀来控制各动作。换向阀常用M型中位机能。当换向阀处于中位时，各执
47、行元件的进油路均被切断，液压泵出口通油箱使泵卸荷，减少功率损失。3.7铁路多功能作业车探伤机构液压回路铁路多功能作业车探伤机构的动作要求为行程1000mm的往返运动，因此需要设计方向控制回路。实现方向控制的基本方法有阀控和泵控。阀控主要是采用了方向控制阀分配液流，泵控是采用双向定量泵或双向变量泵改变液流的方向和流量，执行元件控制是采用双向液压马达来改变液流的方向。图3-21 双向泵换向回路 图3-22 换向阀换向回路方案一双向泵换向回路。图3-21所示当双向液压泵左侧油口排油时，液压缸活塞右行，通过调节变量机构，使双向液压泵右侧油口排油时，液压缸活塞左行。图中阀k为安全阀，y为补油阀。方案二换向阀换向回路。图3-22所示换向回路一般都采用换向阀来换向。换向阀的控制方式和中位机能依据主机需要及系统合理性来选择。该回路采用三位四通电液换向阀，换向阀在右位或左位时，液压缸活塞向左或右运动，电