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內(nèi)燃動(dòng)力手持沖擊搗固機(jī)研制報(bào)告

作者:admin 瀏覽量:646 來源:本站 時(shí)間:2014-06-16 08:58:56

信息摘要:

內(nèi)燃動(dòng)力手持沖擊搗固機(jī)研制報(bào)告 一. 研制背景 線路的養(yǎng)護(hù)維修工作主要是大中修、綜合維修、經(jīng)常保養(yǎng)和臨時(shí)補(bǔ)修,搗固作業(yè)是其中的主要工作項(xiàng)目內(nèi)容之一,它對線路的穩(wěn)定至關(guān)重要。多年來雖然我國制造和引進(jìn)了一些養(yǎng)路機(jī)械,如,手提電動(dòng)搗固機(jī),小型液壓搗

內(nèi)燃動(dòng)力手持沖擊搗固機(jī)研制報(bào)告
   
一. 研制背景
   線路的養(yǎng)護(hù)維修工作主要是大中修、綜合維修、經(jīng)常保養(yǎng)和臨時(shí)補(bǔ)修,搗固作業(yè)是其中的主要工作項(xiàng)目內(nèi)容之一,它對線路的穩(wěn)定至關(guān)重要。多年來雖然我國制造和引進(jìn)了一些養(yǎng)路機(jī)械,如,手提電動(dòng)搗固機(jī),小型液壓搗固機(jī),大型搗固車等,然而仍然不能滿足日常養(yǎng)護(hù)維修、經(jīng)常保養(yǎng)涉及搗固作業(yè)的要求,“洋鎬”仍然是各個(gè)工區(qū)的必備作業(yè)工具,有人計(jì)算過,搗固軌枕時(shí)用的八斤半“洋鎬”,一個(gè)工人每天大概要舉起2500次之多,累計(jì)舉重11噸,做功達(dá)到24.2噸米!人工搗固線路勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低、作業(yè)質(zhì)量差,所以“甩掉洋鎬把,實(shí)現(xiàn)機(jī)械化”是工務(wù)線路養(yǎng)護(hù)多年奮斗的目標(biāo)。為何“洋鎬”至今未被取代主要有以下原因:
投入不足限制了養(yǎng)路機(jī)械的發(fā)展
   由于養(yǎng)路機(jī)械的使用需要大量的資金投入,同時(shí)還需必要的使用費(fèi)用,但目前工務(wù)維修費(fèi)用和更新改造不足,無法配置需要的養(yǎng)路機(jī)械。
   特殊地段和情況的養(yǎng)護(hù)維修需要
   隨著工務(wù)養(yǎng)路機(jī)械的迅速發(fā)展,大中小型養(yǎng)路機(jī)械在線路的養(yǎng)護(hù)維修中發(fā)揮著各自應(yīng)有的作用,大中型機(jī)械主要負(fù)責(zé)成區(qū)段、大范圍的施工和作業(yè);小型養(yǎng)路機(jī)械負(fù)責(zé)較小范圍的線路維修養(yǎng)護(hù)工作,但是個(gè)別線路如:橋上、隧道內(nèi)、岔區(qū)、站場等特殊地段就無法使用大中小型養(yǎng)路機(jī)械,從而造成設(shè)備質(zhì)量不均衡,客觀上要求使用便攜易上下道的養(yǎng)護(hù)工具,來完成特殊地段的養(yǎng)護(hù)維修任務(wù)。再就是臨時(shí)補(bǔ)修地段無法安排機(jī)械上道,如果沒有相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)工具就不能及時(shí)迅速的恢復(fù)線路質(zhì)量,保證行車安全。
現(xiàn)有手持式搗固機(jī)不能滿足作業(yè)要求
  現(xiàn)有手持式搗固機(jī)主要有以下三類我們對其逐一分析:
電動(dòng)撓動(dòng)式搗固機(jī):
 以什邡和沈陽養(yǎng)路機(jī)械廠為代表的DDG-300型電動(dòng)搗固機(jī),(如圖)
  主要技術(shù)參數(shù)
電源頻率:交流50Hz
額定電壓:380/220V(Y/△)
額定電流:0.55/0.95A(Y/△)
輸入功率:300W
額定工作方式:連續(xù)
撓動(dòng)力:2500N
質(zhì)量:24kg(不包括電線)
               該類產(chǎn)品已沿用多年,其作功原理為鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)偏心飛輪產(chǎn)生撓動(dòng)力,帶動(dòng)鎬板作功。其缺點(diǎn)是:
A:適用于松散石碴撓動(dòng)振實(shí),對于“滿碴”,“密實(shí)”,“板結(jié)”和要將石碴打入枕底的作業(yè)要求無能為力。
B:另由于其動(dòng)力為鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流為額定電流的7倍,在整組(8臺)作業(yè)時(shí),輪番重復(fù)“起動(dòng)”-“做功”-“停機(jī)”的過程,負(fù)荷變動(dòng)極大對發(fā)電機(jī)的損害和要求較高其功率要達(dá)8KW以上,因此工區(qū)中發(fā)電機(jī)配備的數(shù)量及維護(hù)的問題必制約其使用。
           故而電動(dòng)撓動(dòng)式搗固機(jī)的實(shí)際使用效果是很差的。
 
電動(dòng)和內(nèi)燃式振搗棒:
   產(chǎn)品因動(dòng)力源不同而分為電動(dòng)勢與內(nèi)燃式兩類;又因傳動(dòng)方式不同而分為軟軸式和直動(dòng)式兩類,其典型產(chǎn)品如下:
    
   由于其原始用途為松散砂石和混凝土搗實(shí),在線路維修中只適用于換碴后的初步搗實(shí),除此效果甚微并不適用于鐵路維修應(yīng)用。
液壓傳動(dòng)沖擊式搗固機(jī):

       該類產(chǎn)品是目前唯一有效的手提搗固工具,其典型產(chǎn)品為美國史丹利公司的產(chǎn)品(如圖)使用時(shí)配置為每兩把鎬配一液壓站(因液壓站為雙回路)。
     
工作流量 20~24 L/min            
沖 擊 功 不小于45J
釬 桿 1#
釬桿:適合道床搗固       
外形尺寸 392×115×1000mm
工作壓力 8 MPa               
整機(jī)質(zhì)量 18 kg
振動(dòng)頻率 20~24Hz              
液壓站重量:100KG
    為什麼該類產(chǎn)品有效呢?液壓站與液傳動(dòng)不過是動(dòng)力源與傳動(dòng)方式的不同,起根本作用的是:(1)采用沖擊做功原理(2)沖擊功達(dá)到45J。
    那該產(chǎn)品是否適于線路維修并最終普及并替代“洋鎬”呢?不能!
   因?yàn)橛腥缦氯秉c(diǎn)制約了它的普及與應(yīng)用:(1)采購成本高達(dá)20余萬元(每一液壓站配工具),不可能配置到工區(qū)。(2)每一液壓站只可帶兩把鎬。四把鎬為一組即需要兩臺液壓站(3)耗油量大,四把鎬兩液壓站單日作業(yè)耗油費(fèi)用達(dá)到五百多元使用成本太高。(4)拖帶液壓管路作業(yè),比之電線更加不便。(5)兩液壓站如沿線路在軌上推行,則不便于迅速下道;線下推行則另需增加兩作業(yè)人員,不方便施工。
   那么什么樣的機(jī)具才適應(yīng)現(xiàn)實(shí)條件下的搗固作業(yè)施工呢?我們作如下的分析:
做功的方式:隨著Ⅲ型軌枕重型設(shè)備的大量使用;將石碴打入枕底、破碎板結(jié)道床、搗固道床的作業(yè)要求,使得采用撓動(dòng)式與振動(dòng)式做功的搗固機(jī)具,失去使用價(jià)值。唯有采用沖擊做功原理的搗固機(jī)具才能滿足現(xiàn)場使用要求。
沖擊功率:研究表明松散的石灰?guī)r石碴搗實(shí)沖擊功需要10J(焦耳);花崗巖石碴的摩擦阻力為石灰?guī)r的2倍故而沖擊工序20J;在考慮到鎬釬需插入石碴250MM左右的深度沖擊功應(yīng)在25J,即可滿足一般的搗固作業(yè)要求。如若考慮在不扒石碴窩而進(jìn)行400~450MM的深度搗實(shí)及滿槽和石碴板結(jié)的特殊情況以及道岔搗固等,則沖擊功要大于45J。
動(dòng)力功率:由于普通搗固作業(yè)沖擊功要求為25J,特殊要求時(shí)為≥45J,據(jù)公式計(jì)算滿足一般要求時(shí)搗固機(jī)功率為:≥1250W,滿足特殊要求時(shí)搗固機(jī)功率為:》2000W。
動(dòng)力選擇:內(nèi)燃動(dòng)力由于前述的分析是動(dòng)力源的首選。
傳動(dòng)方式:在排除了液壓傳動(dòng),軟軸傳動(dòng)方式后,可選擇電傳動(dòng)或機(jī)械傳動(dòng)及無傳動(dòng)直接做功的方式。電傳動(dòng)無非是內(nèi)燃機(jī)帶發(fā)電機(jī),發(fā)電機(jī)帶動(dòng)數(shù)個(gè)電鎬的方式,除非有專用的發(fā)電機(jī)否則無法避免前述電動(dòng)搗固機(jī)之缺點(diǎn)。機(jī)械傳動(dòng)方式的原理是內(nèi)燃機(jī)帶動(dòng)飛輪――氣體活塞――沖擊錘――鎬釬的傳動(dòng)方式,技術(shù)上無難點(diǎn)但存在著較大的機(jī)械損耗。那么直接做功方式是否可取呢?(修公路用的內(nèi)燃沖擊夯即直接做功的方式)關(guān)鍵在于良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),無疑這是功率損耗最小的方法。
使用成本:內(nèi)燃動(dòng)力無疑是要消耗汽油的,這是主要的使用成本,在采用兩沖程汽油機(jī)時(shí)平均耗油量為1KWH/650~690g,2.4KW汽油機(jī)全功率時(shí)每小時(shí)耗油約1.5L,8臺鎬同時(shí)使用日工作6小時(shí)耗油72L,折合人民幣237.6元(假定汽油3.3元L),只及使用8只史丹利搗固鎬的1/4-1/5成本,無疑是可行的。
使用效率:研究表明只有使沖擊功做用于石碴產(chǎn)生25HZ左右的沖擊頻率,才能產(chǎn)生沖擊加振動(dòng)的雙重功效,因?yàn)?5HZ以上的振動(dòng)頻率在松散石碴傳遞最為有效(史丹利液壓沖擊鎬也是采用這一沖擊頻率),配合≥45J的沖擊功每次插入鎬釬4~5次沖擊即可將石碴搗入枕底,同時(shí)將周圍的石碴振動(dòng)密實(shí),8只鎬為一組作業(yè)時(shí)每個(gè)枕木間隔的作業(yè)時(shí)間可短至30~40秒,具有很高的作業(yè)效率。
多功能性:“洋鎬”雖然效率低,但卻是多功能的工具,可以砸道釘,砸松板結(jié)石碴,甚至刨溝破路面。要替代它就要求內(nèi)燃鎬在配合不同的鎬頭時(shí)具有相同的功能更高的效率。
   綜上所述,適應(yīng)不同條件下?lián)v固作業(yè)施工的機(jī)具應(yīng)具有如下特征,內(nèi)燃動(dòng)力直接傳動(dòng)沖擊做功和多功能性。其基本性能參數(shù)為:
   內(nèi)燃機(jī)功率:≥2.4KW
   沖  擊  功:45~65J
   沖 擊頻 率:≥25HZ
   燃油消耗率:≤≤1KWH/700g
   全功率耗油:≤1.5L/小時(shí)
   整 機(jī)重 量:<25KG
   鎬 釬長 度:>400MM
   具備了上述功能,符合上述性能要求的手持內(nèi)燃動(dòng)力沖擊式搗固機(jī)完全適應(yīng)現(xiàn)實(shí)條件下的線路、道岔及個(gè)別特殊地段的搗固施工作業(yè),其具有的實(shí)用性、多功能性,勢必成為”洋鎬”的終結(jié)者。在每個(gè)小工區(qū)配備4把,在領(lǐng)工區(qū)則應(yīng)配備8把構(gòu)成一組,實(shí)現(xiàn)靈活的搗固作業(yè),即可完成大中小型養(yǎng)路機(jī)械覆蓋不到地段的養(yǎng)護(hù)維修作業(yè),克服其它現(xiàn)有搗固機(jī)具效率低下、質(zhì)量不高、搗固力不夠、功能單一的不利因素,從而實(shí)現(xiàn)工務(wù)作業(yè)徹底的養(yǎng)路機(jī)械化。
二. 設(shè)計(jì)基本思路與主要技術(shù)參數(shù)
內(nèi)燃直接做功原理:
   內(nèi)燃直接做功原理有別于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)→飛輪→曲軸→連桿→氣動(dòng)活塞→沖擊錘→鎬釬的做功方式。它采用內(nèi)燃機(jī)活塞與氣動(dòng)活塞同氣缸安裝的方式,其做功原理為:內(nèi)燃機(jī)活塞→啟動(dòng)活塞→沖擊錘→鎬釬的做功方式。如圖所示:
 
   其優(yōu)點(diǎn)是:
減少了傳動(dòng)環(huán)節(jié),功率損失小,輸出功率大。
省去了氣動(dòng)活塞的單獨(dú)潤滑系統(tǒng)。
減少了整機(jī)的重量。
提高了可靠性,便于維護(hù)。
免維護(hù)設(shè)計(jì):
        為方便現(xiàn)場的使用,整機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮現(xiàn)場作業(yè)條件,與操作人員的維護(hù)技能,采用免維護(hù)設(shè)計(jì)。本機(jī)擬采用如下方法實(shí)現(xiàn)免維護(hù)設(shè)計(jì):
采用內(nèi)燃機(jī)活塞與氣動(dòng)活塞同氣缸安裝的方式,省去了氣動(dòng)活塞的單獨(dú)潤滑系統(tǒng)(一般啟動(dòng)活塞需單獨(dú)的潤滑系統(tǒng),并定期補(bǔ)充潤滑油)。
本機(jī)采用兩沖程汽油機(jī)為動(dòng)力,從結(jié)構(gòu)上省去進(jìn)排氣門與潤滑油泵,提高可靠性。
在氣缸內(nèi)設(shè)計(jì)兩沖程機(jī)油排出通道,通道直通重錘滑道潤滑重錘,同時(shí)為沖擊錘等元件提供潤滑,提高了兩沖程汽油機(jī)的啟動(dòng)性能。為使機(jī)油順暢流入重錘滑道,應(yīng)將氣缸內(nèi)的機(jī)油通道口擴(kuò)為錐形,以便于機(jī)油在燃?xì)獾耐苿?dòng)下順利的流入機(jī)油通道。其原理為:兩沖程汽油機(jī)采用混合油潤滑,適當(dāng)提高機(jī)油的比例值,這樣混合氣體在氣缸內(nèi)燃燒后,剩余的機(jī)油不從排氣管排出而是進(jìn)入潤滑油道,對重錘等運(yùn)動(dòng)機(jī)件進(jìn)行潤滑,可以至少減去兩個(gè)保養(yǎng)潤滑點(diǎn)。
汽油機(jī)的空濾器不使用需經(jīng)常更換的紙質(zhì)濾芯,宜采用耐油纖維套筒式油侵濾清器,免于更換。
  (三)可靠性設(shè)計(jì)
1.將油門設(shè)計(jì)為油針式,并直接設(shè)計(jì)在油道上,不使用易出故障的油門拉線式操作方式,是經(jīng)常操作的部位可靠性提高。
2.采用油門調(diào)整與引射油針噴油霧化式化油器一體化設(shè)計(jì),減少故障點(diǎn),方便使用與維護(hù)具體形式,這樣做的優(yōu)點(diǎn)是:
  (1)改一般二沖程汽油機(jī)啟動(dòng)時(shí)調(diào)“風(fēng)”為啟動(dòng)時(shí)調(diào)“油”使起動(dòng)容易,尤其是低溫冷啟動(dòng)時(shí)效果更為明顯。
  (2)改“手油門”為“定油門”,在現(xiàn)場調(diào)研時(shí)發(fā)現(xiàn)職工反映“眼鏡蛇”搗固機(jī)的手控油門把手在作業(yè)中更換“鎬窩”提鎬時(shí)左手不能用力握持,否則發(fā)動(dòng)機(jī)“高轉(zhuǎn)飛車”,而作業(yè)時(shí)基本不用頻繁變換轉(zhuǎn)速,為此我們將油門由手把移至機(jī)頭,使易用性得以提高。
3.整機(jī)的外殼應(yīng)采用鑄鋁結(jié)構(gòu),經(jīng)得起現(xiàn)場磕碰。
4.汽油機(jī)啟動(dòng)手拉繩是經(jīng)常使用的部位,不宜采用普通尼龍拉繩,應(yīng)采用柔性鋼絲繩防止拉斷,提高可靠性。
   本設(shè)計(jì)方案由于采用了獨(dú)特的作功方式,并充分考慮到了免維護(hù)及可靠性設(shè)計(jì)等問題,具體實(shí)施后必將研制出一種,適應(yīng)現(xiàn)場實(shí)際作業(yè)境況,免維護(hù)性與易用性相結(jié)合的,具有廣泛使用與推廣前景的新一代搗固機(jī)具。
 ?。ㄋ模?確定的主要技術(shù)參數(shù)
       內(nèi)燃機(jī)功率:≥2.2KW
      沖  擊  功:45~65J
      沖 擊頻 率:≥25HZ
      燃油消耗率:≤1KWH/700g
      全功率耗油:≤1.5L/小時(shí)
      整 機(jī)重 量:<24KG
      鎬 釬長 度:>400MM
三.GT-NR65內(nèi)燃手持式搗固機(jī)研制步驟及方法,與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):
用沖擊的計(jì)算公式,推導(dǎo)出二沖程汽油機(jī)的氣缸活塞的運(yùn)行速度,進(jìn)而確定汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速。
   沖擊能量計(jì)算公式:
   J=N*M=M²*kg*Sˉ² 
   即:
   沖擊能=作用力與作用距離的乘積=作用距離的²*質(zhì)量*作功時(shí)間的ˉ²
   沖擊能單位:焦耳
   作用力單位:牛頓
   作用距離單位:米
   作功時(shí)間單位:秒
累計(jì)各相功率消耗(包括風(fēng)扇,摩擦及熱損耗)及計(jì)算功率,并參考國外先進(jìn)機(jī)型樣機(jī)指標(biāo),確定汽油機(jī)的技術(shù)指標(biāo)如下:
發(fā)動(dòng)機(jī)形式:二沖程汽油機(jī)
燃油方式:混合油
發(fā)動(dòng)機(jī)功率:2.2KW
轉(zhuǎn)速:1440~1650rpm
發(fā)動(dòng)機(jī)排氣量:250ML
做油機(jī)配套廠家調(diào)研,選型活塞,缸體與沖程。
選型結(jié)果如下:
    
確定磁電機(jī)形式進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
做原理驗(yàn)證模型。
原理驗(yàn)證模型成功后,據(jù)情況調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),確定主體結(jié)構(gòu)。
  7.   進(jìn)行工藝化及耐久性維護(hù)性設(shè)計(jì),并修改相關(guān)結(jié)構(gòu),同時(shí),
為方便現(xiàn)場的使用,整機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮現(xiàn)場作業(yè)條件,與操作人員的維護(hù)技能,采用多項(xiàng)免維護(hù)設(shè)計(jì),提高了整機(jī)性能。       
四.使用效果及推廣前景
   GT-NR65手提式內(nèi)燃搗固機(jī),經(jīng)由太原局太原工務(wù)段等用戶使用,實(shí)踐證明效果良好,具有移動(dòng)方便,操作簡便,搗固效果好故障率低,可維護(hù)性好等優(yōu)點(diǎn),具有極好的現(xiàn)場使用價(jià)值。(具體的使用報(bào)告見附件)
   GT-NR手提式內(nèi)燃搗固機(jī),解決了在特殊地段和條件下?lián)v固作業(yè)無可靠有效的國產(chǎn)手持搗固機(jī)的難題,將免維護(hù)性與易用性相結(jié)合,滿足了現(xiàn)場實(shí)際需要,而且使用成本低,是具有廣泛使用價(jià)值和推廣前景的新一代搗固機(jī)具。
五.經(jīng)濟(jì)效益分析
   GT-NR65手提式內(nèi)燃搗固機(jī),現(xiàn)場使用中具有如下優(yōu)點(diǎn):
搗固力大效果明顯,作業(yè)效率高。
            研究表明只有使沖擊功作用于石碴產(chǎn)生25HZ左右的沖擊頻率,才能產(chǎn)生沖擊加振動(dòng)的雙重功效,因?yàn)?5HZ以上的振動(dòng)頻率在松散石碴傳遞最為有效(史丹利液壓沖擊鎬也是采用這一沖擊頻率),配合》45J的沖擊功,每次插入鎬釬4~5次沖擊即可將石碴搗入枕底,同時(shí)將周圍的石碴振動(dòng)密實(shí),8臺鎬為一組作業(yè)時(shí),每根軌枕間隔的作業(yè)時(shí)間只有30~40秒,具有很高的作業(yè)效率。
與使用其它形式的搗固機(jī)相比較費(fèi)效比高。
     采用兩沖程汽油機(jī)時(shí)平均耗油量為1KWH/650~690g,2.4KW汽油機(jī)全功率時(shí)每小時(shí)耗油約1.5L,8臺鎬同時(shí)使用日作業(yè)6小時(shí)耗油72L,折合人民幣288元(假定汽油4.0元/L),只及使用8臺史丹利搗固鎬的1/4-1/5成本,單組工作日節(jié)約864元。
保養(yǎng)維護(hù)費(fèi)用低。
   與同等功效的進(jìn)口“眼鏡蛇”內(nèi)燃鎬相比較,由于不用加注齒輪油與柴機(jī)油,所以單只鎬全年按使用100工日計(jì)算,可節(jié)約柴機(jī)油2桶,齒輪油0.4桶,每組8只全年可節(jié)省柴機(jī)油16桶,齒輪油3.2桶,折合人民幣約768元。
國產(chǎn)化全壽命維修成本低。
      該機(jī)全部零件實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化,維修方便及時(shí),最大限度的解除使用單位的后顧之憂,并將全壽命使用費(fèi)用降到最低。
 
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