1、參賽作品說明書序胄：編碼湖北省第八屆“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽參賽作品類別：自然科學類學術論文哲學社會科學類社會調查報告和學術論文確技發明制作A類閑技發明制作B類無縫鐵路應力放散方法及其設備作品簡介本作品涉及了一種無縫鐵路應力放散方法及其專用設備。新型無曜鐵路應力 放散方法是以周期振動式G液增壓的方式實現沖擊式撞軌動作，并利用檢測控制 系統實時觸鋼軌應力狀態，以完成整個應力放散作業。如下圖所示：該專用設備主要由行走小車，沖擊單元，夾緊裝置以及檢測控制系統四部分 組成。其中，沖擊式液增壓缸（沖擊單元），夾具和檢測控制系統合理安放在 小車車體上。整個作業過程先沿線均勻布置檢測元件，以便鋼

2、軌應力等數據的采 集，再將車體安放于鋼軌上，并用夾具夾緊鋼軌，通過源作用與控制，使沖擊 式液增壓缸端部的力錘以周期振動方式瞬間沖擊夾具，并利用夾具夾緊鋼軌， 帶動鋼軌產生沿線方向的微位移直至檢測系統顯示滿足工況要求的應力值為止， 從而實現鋼軌拉應力均勻化的目的。本作品可快速高效地完成無維鐵路應力放散作業，檢測控制系統的設置使整 個放散作業質量更高，精確度更好。又由于小車體積小，質量輕，自動化程度高,大大減少了作業人員的數量和勞動力。它是一種可以廣泛應用于無建鐵路鋪設和維護時應力放散作業的新型方法及專用設備。無縫鐵路應力放散方法及其設備研究報告目錄第1章前言1設計背景112作品 的 研 究 目

3、的 及 意 義2第2章 總體方案的確定421系統的工作要求5552.2 傳統的應力放散方式52.3 系統的設計理論基礎72.4 系統的組成部分82.5 主要技術參數的設定9第3章 相關參數及結構的模擬仿真驗算1031三維實體模型建立103.2 撞軌頻率模態分析113.3 運動學及動力學仿真13第4章 設備總體設計144功能分析154.2 結構設計15第5章 各功能部件的詳細設計1751小車車體的設計174.3 沖擊單元的設計184.4 夾緊裝置的設計23第6章 檢測控制系統的設計276.1 檢測系統的設計276.2 控制系統的設計28第7章 本設備應力放散工作流程30設計體會32參考文獻35附

4、錄:401.1 設計背景無縫線路是當前國內外在鐵路中普遍采用的主型軌道結構，在鐵路建設中普 遍采用，目前的一次鋪設無縫線路施工技術，歸納起來主要有單枕、群枕和長軌 排捕設法三種，其中單枕鋪設法取消了傳統的軌排組裝基地，長鋼軌、軌枕直接 運抵工地進行鋪設，其綜合作業效率高，技術先進、實用、可靠。我國的高鐵技 術雖然處于世界領先水平，但是長期以來，在無鏈線路的鋪設和維護過程中，對 于其應力放散方法和工藝還相對落后。為了確保無維線路鋼軌的剛度和直線度，現行的拉伸鋼軌方法主要以人工牽 I引的機械式為主，它是使用高強螺栓、扣板式扣件或彈條扣件對鋼軌進行約束， 將一段500m長的鋼軌一端固定，另一端施加4

5、00t的拉力,對鋼軌進行拉伸, 使其鋼軌內部產生拉應力，但這時會出現靠近拉伸端拉應力大，遠離拉伸端小的 不均勻分布情況，不利于鋼軌的應力均勻放散；另一方面，測量應力放散的效果 主要采用劃線法，這使得整套設備體積大且笨重，作業過程勞動強度大，效率低, 憑經驗操作因素多，測量結果不精確。也有采用液壓撞軌器進行應力放散方法， 如中國發明專利無縫線路應力放散撞軌裝置（申請號：201010242615.7申 請日：2010-08-02 ）所采用的，是由液壓泵、沖擊裝置和撞軌裝置組成的液壓 撞軌裝置；中國實用新型專利液壓撞軌器（申請號：200820112869.5申 請日：2008-04-30）所公開的，

6、是由汽油發動機、油泵總成及油箱、擊發機構、 撞軌滑塊、車架及車輪構成的液壓撞軌裝置，以上兩種液壓撞軌裝置，其不足之 處在于：撞擊力較大，作業速度相對較慢；其次是沒有在作業現場安裝傳感器并 檢測鋼軌的應力放散效果其三是撞擊設備整體較重不利于操作者安裝和運輸, 其四是安裝于鋼軌上的撞軌機無防傾覆裝置，不利于于作業中設備平穩的定位在 鋼軌上。1.2 作品的研究目的及意義高速無縫鐵路在正常工作時其鋼軌處于拉應力狀態，按現行的鋼軌鋪 設方法其沿線拉應力狀態不均勻。本作品涉及一種用于無整鐵路應力放散方法及 其設備，以實現鋪設或維護無縫鐵路時，使其拉應力均勻化，達到鎖定軌溫的目 的。隨著現代鐵道運輸工業的迅

7、猛發展，為完善更高速、更安全的運輸系統，對 鋼軌的各項性能的要求也更高，例如在不同的地理和3候條件下，滿足工況要求 的鋼軌拉應力具體指標值是多少，才能有效地保證行車安全，這就意味著需要更 安全高效應力放散裝置投入使用。因此，我們的研究對于確保無遂鐵路的行車安 全及人身財產安全等，具有特別現實的意義。31第2章 總體方案的確定就目前鐵路運輸事業發展現狀及相關背景技術，總體的設計方案主要通過分 析系統的工作要求，傳統應力放散方式的優缺點等來確定。2.1系統的工作要求1）應力放散方式;以周期振動式沖擊缸撞擊鋼軌的方式實現鋼軌應力均勻 化。2）本作品所涉及設備的撞擊頻率應根據鋼軌在受到一定拉力作用下的

8、頻率 值設定3）能適應不同地區不同G候對鋼軌撞擊頻率的要求。4 ）夾緊裝置夾緊可靠安全。5 ）確保作業時設備的穩定性。6 ）整個設備質量輕，體積小。以機-電液一體化的自動工作模式代替人 工操作，降低勞動強度，提高工作效率與質量。為確保設計的可靠性與先進性，應考慮一下幾點：1）設備的撞擊力及頻率的大小的確定；2）合理設計G液增壓缸的工作循環；3 ）應力放散質量效果檢測方法的確定。2.2 傳統的應力放散方式參照圖2.1A所示，為確保鐵軌的剛度和直線度，每500m無就鐵路（現工 程上常采用的應力放散作業距離）一端用高強螺栓鎖緊，一端通過液壓缸對其施 加400t拉力，由于鐵軌與砧木間的摩擦力的存在，鐵

9、軌內部應力呈現如圖2.1B 中L1所示“左（遠離拉伸端）低右（靠近拉伸端）高”的分布規律。鐵軌在這 種應力條件下受到外界環境（如機車碾壓，撞擊，候變化等）的影響，軌溫會 上升，根據熱漲冷縮原理，鐵軌溫升會導致其內部產生壓應力，當壓應力達到一 定程度，就會抵消掉鐵軌內部原有的拉應力，尤其是在拉應力較小的一端，會產 生壓應力失穩。為了確保鐵軌良好的工作狀態，陷在此段鐵路250m處進行應力放散作業。 選擇250m處作業原因有二：L根據拉應力的線性分布規律，在鐵路中段施加 與拉應力同向的沖擊力，可平衡兩側拉應力，使其呈現如圖2.1B中L2所示的 應力狀態；2.由于本作品所涉及的應力放散方法主要是基于激

10、振原理，而激振效 果在300m以外就相對較弱了，因此選擇250m也較為合適。放散作業完畢后, 鐵軌內部應力均勻化，如圖2.1B中L2所示狀態，并且仍能保證鐵軌處于拉應 力狀態下，這種應力狀態既能保證鐵軌的剛度和直線度，又能抵消鐵軌因外界環 境影響所產生的壓應力，避免了壓應力失穩的不良現象。圖2.1A鋼軌拉伸萬法示意圖a 拉伸前；b拉伸后Md圖2.1B 400t拉力作用下鐵軌內應力分布規律示意圖2.3 系統的設計理論基礎本設計基于激振原理，利用沖擊式液增壓缸周期性撞擊夾具，產生一系列 的縱波傳遞能量使鐵軌應力均勻化，激起鋼軌的共振態，使鋼軌的應力均勻化。值得說明的是：雖然激振原理廣泛應用于機械.

11、醫療.石油化工.土木工程 等領域，但采用縱波激振技術用于無舞鋼軌應力放散方式上未有先例，這是本作 品最核心的創新點。原理流程圖如下：）活塞一沖擊各+行氣液圖2.2原理流程圖2.4 系統的組成部分本作品涉及了一種無維鐵路應力放散方法及其設備。新型無曜鐵路應力放散 方法是以周期振動式或液增壓的方式實現沖擊式撞軌動作，并利用檢測控制系統 實時觸鋼軌應力狀態，以完成整個應力放散作業。如圖2.3所示：該專用設備 主要由行走小車，沖擊單元，夾緊裝置以及檢測控制系統四部分組成。其中，沖 擊式液增壓缸（沖擊單元），夾具和檢測控制系統合理安放在小車車體上。整 個作業過程先沿線均勻布置檢測元件，以便鋼軌應力等數據

12、的采集，再將車體安 放于鋼軌上，并用夾具夾緊鋼軌，通過G源作用與控制，使沖擊式G液增壓缸端 部的力錘以周期振動方式瞬間沖擊夾具，并利用夾具夾緊鋼軌，帶動鋼軌產生沿 線方向的微位移直至檢測系統顯示滿足工況要求的應力值為止，從而實現鋼軌拉 應力均勻化的目的。本作品可快速高效地完成無維鐵路應力放散作業，檢測控制 系統的設置使整個放散作業質量更高，精確度更好。又由于小車體積小，質量輕, 自動化程度高，大大減少了作業人員的數量和勞動力。它是一種可以廣泛應用于 無催鐵路鋪設和維護時應力放散作業的新型方法及專用設備。2.5 主要技術參數的設定圖2.3系統組成圖經上海調研得到相關設計參數如下：1）人工撞軌頻率

13、為0.3L0Hz;2 ）小車能夠產生的撞擊力約為30kN ;3 ）小車車體與夾具總重400kg ;4）車體總長3m ,竟0.3m。經實地考察，結合工人意見，應力放散裝置可做如下改進：1）應力放散效率及質量應提高；2）車體總重應適當減輕，體積相應減小；3 ）裝備結構應得到優化。結合調研情況與現有技術水平，進行了相關理論分析與模擬驗算。第3章 相關參數及結構的模擬仿真驗算通過對方案的初步設想與實地考察，確定了設備的總體方案有一定的實際使 用意義，為了進一步驗證設計的準確可靠性，本章將從實體建模，模態分析和動 力學、運動學仿真三個方面來分析。3.1 三維實體模型建立根據系統原理設計及采樣參數分析，應

14、用solidworks建立裝置的三維模 型。主要包括車體、夾具等零部件的裝配及沖擊動作循環的動畫模擬。裝備的總 體三維模型圖如圖3所示：圖3.1總體三維模型圖3.2 撞軌頻率模態分析參照圖3.2所示，為了使沖擊式1液增壓缸產生滿足鐵軌澧振頻率要求的沖 擊力，利用ANSYS軟件對鋼軌頻率進行了一系列模態分析，圖3.2顯示的是前 4階的模態分析情況。由表1可見，隨著階數的增加，頻率逐漸增大。結合現有 應力放散設備的工作頻率和相關的撞軌系統在各階模態下的響應情況分析實驗,得出符合該作品專用設備的激振頻率值為0.3L0Hz,需施加的激振力約為1216kN。第一階第二階第三階第四階圖3.2鐵軌撅率4階模

15、態分析圖表3.1鋼軌各階頻率分布情況階次第一階第二階第三階第四階頻 率0.310.390.510.63(Hz)3.3 運動學及動力學仿真運用solidworks進行運動學仿真，運用AN SYS進行動力學仿真。由仿真 結果顯示，采用此設計結構及模態分析的激振頻率，調整各項參數值，裝置能夠 完成設計要求的撞擊動作，無運動干涉，并達到所需的放散效果。通過裝置三維模型的建立，撞軌頻率模態分析及相關運動學及動力學仿真分 析，按以下參數設計較為合理：1）沖擊式G液增壓缸G源壓力0.60.8MPa （以0.6MPa進行計算）；2 ）增壓缸預定位行程20mm ,沖擊行程20mm。缸筒內徑：80mm ;活塞桿直

16、徑：40mm3）小車總重：80 100kg。第4章設備總體設計根據相關軟件的分析結果及初步參數的確定，設備的總體設計相應成 型，主要從功能分析和結構設計來描述。4.1 功能分析本設備主要包括小車車體，沖擊式液增壓缸，夾緊裝置和檢測控制系統四 大部分組成。夾緊裝置通過螺栓固定在車體上，利用銷釘對其定位，以防止作業 過程中夾緊裝置受到過大的撞擊力而產生歪斜影響作業質量。沖擊式液增壓缸 用缸體支撐架支撐，并用螺栓緊固于車體上，同樣，為了防止作業過程中沖擊缸 產生的強大沖擊力使缸體發生滑移、歪斜，亦用銷釘對缸體進行定位。同時，為 了確保沖擊式G液增壓缸內力錘撞擊過程的平穩性，在缸體與夾具體之間設計了

17、導向支撐塊，防止力錘彎曲和飛出。檢測控制系統安放在側板上，由氣動三大件 和鋼軌應力監測單元組成，為了方便人工操作，側板安裝在車體兩邊，并預留有 足夠的操作調整空間，格各控制元器件均布兩側，這樣不僅美觀，而且能使車體 兩側受力平衡。4.2 結構設計S4.1設備總體結構實體模型圖圖4.1A設備主視示意圖1 把手；2 側板；3夾緊裝置；4 -導向塊;5 -沖擊式G液增壓缸；6小車車體；7 -檢測控制系統；8 -車體拖運輪；：9 小車行走輪 圖4.1B設備俯視示意圖10 -行走輪輪軸；11 -夾具緊固螺栓；12 -導向塊緊固螺栓；14 -缸體支撐架；15 -檢測系統支撐架緊固螺栓第5章 各功能部件的詳

18、細設計根據實際工作情況和總體方案的要求，設備由小車車體、沖擊式G液增壓缸、 夾緊裝置、檢測控制系統組成。本章對各功能部件的詳細設計主要從功能分析和 結構設計兩方面進行論述。5.1 小車車體的設計(1)功能分析行走小車的車體由槽鋼加工而成，小車包含有行走輪，車體拖運輪，防覆輪 和小車把手幾個部分。行走輪支撐并帶動整個設備在鋼軌上行走，把手和拖運輪 方便車體在地面上的運輸，防覆輪可以平衡車體的傾覆力矩，以保證作業時小車 的平穩性。(2)結構設計圖 5.1A圖 5.1B圖5.1防覆輪裝配結構示意圖1、7-軸承墊圈；2、6防覆輪；3、10. 17. 25 -緊釘螺釘；4、24 一軸套；5、23防覆輪軸

19、；6、22-拖運輪；7、8、20、21-側板螺栓；9、 19 側板；11 把手；12、 16 行走輪軸承；13、 15 -行走輪;14 -行走輪 軸；18 .小車車體5.2 沖擊單元的設計(1)功能分析沖擊式1液增壓缸是整個設備的核心部件，它與公知的液增壓原理的最大 不同在于：此缸增設了一個腔體一一沖擊G缸，在相同的G源壓力下，此沖擊 缸能起到很大的增力作用，沖擊力可達到未設沖擊缸時的10倍左右，極大的 提高了沖擊效率。本作品所述的沖擊式G液增壓缸有七個密閉容腔，分別為兩個 液壓油液腔和五個壓腔，其中沖擊壓腔，起到沖擊增力的作用。在控制源 作用下，該部件可以完成錘頭回位-預定位-沖擊的自動工作

20、循環，能適應滿足工 況要求的沖擊力和工作頻率的要求，以提高撞軌效率和質量。(2)原理分析Mpa ,使G體瞬間沖入缸VI內，壓力作用于整個活塞桿c的最大橫截面積 上，起到極大的增力作用，從而推動活塞桿使細桿端由油液腔m通過連接小孔 進入口油液腔，并將兩油液腔II和m分離，活塞桿桿頭擠壓油液腔II內的油液,由于油液的剛度較G體好得多，在受壓過程中會產生靜壓力，并直接作用于沖擊 桿a上，當油液靜壓達到一定值后，將推動沖擊桿產生瞬間的強大沖擊力，以完 成剩下的20mm的沖擊行程（實現沖擊動作1此時行程閥5開啟，控制換向 閥12左位Y1開通的G體經行程閥5排入大】中，使換向閥12處于右位（彈 簧復位 G

21、體經換向閥12右位一方面分別經單向閥7和單向閥9由i/o4 口和 i/o5 口進入I腔和V腔，同時推動沖擊桿a和活塞桿c往回走，另一方面，1 體經單向閥4使換向閥2右位Y2開通，則VII腔內的3體經換向閥502右位 排出，VI腔內的1體從i/o2 口排出，IV腔內的】體經換向閥512右儂咄， II腔內多余的油液可直接回油箱。以此完成了一個周期的撞擊動作。撞擊頻率可 通過調整兩行程閥5、6之間的距離來選定。如此反復循環以上動作，便可達到 周期振動式撞擊鐵軌的目的。并且整個過程只需人力開啟1源13和啟動開關11 即可，操作方便，作業質量也得到了極大的保證。-13 F圖5.2沖擊式1液增壓缸工作原理

22、圖 1 缸體；2、12 三位五通換向閥；3、8 節流閥；4、7、9、10 單向閥； 5、6 行程控制閥；11 -手動換向閥；131源；14 空過濾器；15 減 壓閥；16或壓表；17油霧器 (3)結構設計參照圖5.3所示，沖擊式1液增壓缸包括沖擊力錘5 ,活塞9和增力活塞桿 13。缸內分成7個腔，腔8為油液腔，其它腔充入的是體。G體腔和油液腔 8由沖擊力錘5隔開，兩油液腔由帶孔法蘭盤3連接，依次類推，法蘭盤用以隔 離相鄰的兩腔體。為了確保缸體的密封性，在每個法蘭盤與缸體4接觸的地方 安裝密封圈10 ,法蘭盤內側安裝Y型密封圈。活塞9 ,增力活塞桿13和沖擊 力錘5圓周也安裝相應的緩沖墊110該

23、沖擊式G液增壓缸的特色在于設計了沖 擊G缸14 ,它能起到很大的增力沖擊作用，且利用G液配合作用，達到更好的 沖擊效果，又由于沖擊過程是循環進行的，沖擊頻率由調節G體回路中的兩行程 閥間的距離來調定，從而實現了沖擊力錘5周期振動式的沖擊撞軌動作。- a 4 、： G 7 8 9 1: 11 上 、 '工圖5.3沖擊式1液增壓缸結構圖1 錘頭；2緊釘螺釘；3 -法蘭盤；4 缸體；5沖擊力錘；6 -導向片;7油口 8油液腔；9 活塞；10 密封圈;11 -緩沖墊；12G口； 13 增力沖擊桿；14 -沖擊缸表5.1沖擊式G液增壓缸的工作參數二源壓力（MPa ）0.6 0.8預定位行程（mm

24、）20.0沖擊行程（mm）20.0沖擊壓力（MPa ）2.4-3.2撞擊力（kN ）12.0-16.0具體計算：氣源壓力為0.6MPa , G缸內徑D為80mm ,活塞桿直徑d為40mm。活塞的總行程L為40mm （分為預定位行程和沖擊行程1所以G缸內徑的截面面積 4=乂/乂。2=5.024乂10-3/,活塞桿的截面面積4）=1乂笈乂"2 = A10444下圖是沖擊式G液增壓缸的簡圖如圖5.4所示：oli/o2 i/oA圖5.4 液增壓缸的簡圖將缸體分為7個腔，如上圖所示，d腔進1,活塞2推動油液使活塞桿1 運動20mm。此時，錘頭已經靠緊夾具上的砧座，即完成了 20mm的預定位 行

25、程。d腔的長度設為L,根據體積相等原則。L4 =x20mm=26.6mm , 取為27mm ,末端預留3mm ,以便油 A -2液流動和緩沖，故d腔的總長度為30mm。當沖擊缸g達到沖擊所需壓力后，g腔中的體將推動活塞桿3向前運動 實現沖擊動作，這里當我們考慮活塞桿1的和活塞2的回程時，將發現活塞桿1 回程到位之后，活塞2回程不到位(因為回程時a腔和c腔的通流截面相等， 而活塞桿1需要回程20mm ,活塞2則需要回程27mm 所以在活塞桿3進 入密封前將b腔和c腔的油液隔開)，活塞2需要先回程S = (27-20) =7mme 因為活塞桿1上的錘頭已經靠緊夾具，其不可以有位移，所以活塞桿3向前

26、運 動時擠壓的油液將推動活塞2向左運動7mm，此時活塞桿3需要運動的距離為 T Ax- L. = -x /mm = 2 vnmA0當活塞桿3的端部進入密封，b腔和c腔的油液被隔開，便開始增壓，由 于沖擊動作，活塞桿3再向前運動將使油液壓縮，產生高壓。液體的可壓縮性方程;（一般 P 取 700MPa lOOOMPa）代入計算可知，此時當活塞桿3再向前運動1mm,將使油液壓強達到3.6MPa 0所以我們給其準備5mm的行程空間。即f腔的長度為L2 = （21+5）=26mm。a腔的長度為20mm的預定位行程加上10mm的預留量，總和30mm。考慮運動周期以及前面的計算，將沖擊腔（即g腔）的長度定為

27、40mm。因為我們由ANSYS分析得出來的頻率為0.3HZ左右，所以周期T為3.33Se將周期分為三個部分（預定位時間，蓄能沖擊時間和回程時間），可根據 這三個部分耗G量的比值來分配時間，計算可以知道時間分別為0.7s 2.0sVq. = = 0.15L/5 = 9L/min0.6se流量 /o這里計算的是理論流量，實際流量要比此值大，實際流量q=（L2L5）q=13.5 ,單位為L/min。由q=A V來計算進排G口管徑（V為G體速度，一般取為10 25m/s）, 綜合考慮取進排口管徑為6.5x10mm （ 6.5mm為內徑，10mm為外徑當活塞桿3的端部進入密封后，開始增壓，由平衡條件知：

28、P（，）A1=P（液）A2，所以P （液）=4x0.6=2.4MPao于是沖擊式液增壓缸 產生的沖擊力由于沖擊慣性等原因, 油液將受一定的壓縮，所以實際產生的力比這個計算值要大。5.3夾緊裝置的設計（1）功能分析夾緊裝置主要由夾具體，三個夾緊活塊，三根夾緊螺桿，三個鎖緊螺母， 一個砧座組成，主要是采用螺旋鎖緊的方式，能夠實現比現行使用的楔形塊夾緊 更大的增力比，并且更方便夾具的松緊，再配套力矩扳手使用，能更好地控制旋 緊力，從而滿足撞擊力所需的夾緊力要求，解決了現行方法需要依靠工人經驗估 測夾緊力的問題。(2)結構設計參照圖5.5A所示，夾緊裝置包括夾具體605，側面活塊L17 ,上活塊12

29、和砧座18。夾具體用6、13和與之對稱的四個螺栓緊固于車體上。夾具體對鐵 軌的夾緊是先用兩側螺栓3、15 ,上面螺栓10的對鐵軌進行螺旋夾緊，然后再 用鎖緊螺母9、4、14鎖緊相應螺栓，由于作業所需的夾緊力較大，若直接在夾 具體上打螺栓孔，多次使用后夾具體必會有變形和磨損，就需要將整個夾具體都 更換掉，這樣很浪費財力和人力。為了避免這樣的問題出現，本夾緊裝置設計了 活塊1、17、12和襯套2、16、80其中側面活塊1、17設計成如圖5.5A所 示帶支撐腳的形狀，插入如圖5.5C所示的窄槽23內，這樣不僅保證了活塊插 入夾具體后的豎直方向的定位，而且在夾緊的過程中，窄槽23對活塊1、16 的支撐

30、腳有約束作用，產生附加的夾緊轉矩，鞏固夾緊效果。用螺栓10使上活 塊11與長螺栓610底部形成松連接(活塊12受壓緊力時，螺栓11仍為松動 狀態)，解決了上活塊的安放問題。襯套2、16和8的設計則避免了直接在夾具 體上攻螺紋而帶來的受力變形磨損后不易更換的問題。襯套內壁攻螺紋，外壁則 設計成如圖5.5D所示的形狀，上下兩邊銃平，與如圖5.5C所示夾具體上的通 槽21嚙合，以防止松、緊螺栓時襯套的周向轉動，其它外表面仍保持襯套原有 的圓柱面，可減少加工量。此外，為了防止夾具體5因多次撞擊受損，在夾具體5受沖擊力的一側安裝如圖5.5B所示的砧座18 ,砧座略比夾具體端面突出, 可減少砧座變形對夾具

31、體的影響。拆卸時扭松砧座18上的內六角螺栓19 ,即可頂開砧座，進行更換。整個裝夾過程是先將裝有砧座的夾具體放在鐵軌上，再 將兩側活塊插入夾具體與鐵軌之間的空間內，定位好，用專用的力矩扳手按調定夾緊力旋緊三個螺栓1。、3、15,并旋緊鎖緊螺母4、9、14,即可完成撞擊前 的夾緊工作。作業完成后，松開螺母4. 9. 14和螺栓3. 10. 15,抽出側面活塊1. 17,利用活塊上的鏈條懸掛于夾具體上。具體計算：增壓后油液的壓強增大，產生的對夾具的沖擊力將大于12KN,且考慮安全問題，取安全系數S為2.5 ,靜摩擦系數f=0.150.20。f , F=2.5xl2kN所以總夾緊力為15OkNo因為

32、夾緊力由5跟噱栓共同產生的，所以每根螺栓需要產生的夾緊力為3OKNo校核夾緊螺栓的強度：%1.3xl20xl034x162x10-6=93.7MPa <400MPa經校核，夾緊噱栓的強度是符合工況要求的。圖5.5A夾緊裝置主、左視圖1B172 c 一pp圖5.5C夾具上軸套2的套頭外形圖圖5.5B夾具體左視圖1、12、17 -夾緊活塊；2、8、16 軸套；3、9、15、25 -鎖緊螺栓；4、9、14 -鎖緊螺母；5 -夾具體;6、 12、 11. 19. 24 -緊固螺栓；7、 22-緊¥丁螺釘；1第6章檢測控制系統的設計為了使應力放散效果更佳，對工作循環控制更準確，檢測控制系

33、統的設計 是十分關鍵的，本章分別從檢測系統和控制系統兩方面來介紹。6.1 檢測系統的設計應力檢測裝置主要用應力傳感器檢測間隔相同的每段鋼軌在放散作業過程 中的應力變化狀態，通過所測應力值（各段應變片所示應力值是否相等；應力值 的絕對大小與當地鋼軌滿足工況要求的應力指標進行比較）來確定應力放散作業 是否達到放散要求，實現對整個放散作業過程的實時監測與控制。相比現行劃線法而言測量更精確。應力值圖6.1檢測控制原理圖6.2 控制系統的設計控制系統主要包括沖擊式1液增壓缸各1動元件對沖擊動作的控制協調及 撞擊頻率的調節。已有技術中有用到電控的，但控制不穩定，影響系統的動作精 度。具體動作如下：如圖6

34、2所示，開通源13，使壓縮空G經過空與過濾器14，減壓閥15 , 油霧器17進入控制回路。開啟手動換向閥11,由于此時缸內元件處于起始位 置，沖擊桿a的桿頭壓住行程閥6 ,使其開啟，行程閥5未開啟，則源體通 過手動換向閥11上位進入行程閥6控制二位五通1動換向閥12左位Y1開通, G源體通過此換向閥，一方面通過i/ol 口直接進入G液增壓缸的IV腔推動活 塞b向左緩慢運動，并利用II和III腔內油液的不可壓縮性，同時推動沖擊力錘 a向左推進，以完成預定位行程；另一方面，由于此時進入二位五通換向閥2右 位的體流量少，不足以使其右位開通，此時換向閥2處于左位，1體通過單 向閥10 ,經過二位五通換

35、向閥2的左位，由i/o3 口進入VII腔。由于沖擊缸 VII的調定壓力為0.6Mpa , VI腔內的G體已由i/o2 口排出，預定位過程中，沖擊缸VII內的壓力小，僅通過連接VI腔和VII腔的小孔作用于活塞桿c上很 小的面積處，不足以推動活塞桿c向左運動所以活塞桿c仍處于靜止狀態。沖擊 桿a完成預定位行程的同時，VII腔內的壓力升高至調定值0.6Mpa ,使體瞬 間沖入缸VI內，壓力作用于整個活塞桿c的最大橫截面積上，起到極大的增力 作用，從而推動活塞桿使細桿端由油液腔III通過連接小孔進入II油液腔，并將 兩油液腔II和皿分離，活塞桿桿頭擠壓油液腔II內的油液，由于油液的剛度較 體好得多，在

36、受壓過程中會產生靜壓力，并直接作用于沖擊桿a上，當油液靜 壓達到一定值后，將推動沖擊桿產生瞬間的強大沖擊力，以完成剩下的20mm 的沖擊行程。此時行程閥5開啟，控制換向閥12左位Y1開通的G體經行程閥 5排入大】中，使換向閥12處于右位。1體經換向閥12右位一方面分別經單 向閥7和單向閥9由i/o4 口和i/o 5 口進入【腔和V腔，同時推動沖擊桿a和 活塞桿c往回走，另一方面，G體經單向閥4使換向閥2右位Y2開通，則VII 腔內的1體經換向閥502右位排出，VI腔內的1體從i/o2 口排出，IV腔內的 體經換向閥512右位排出，口腔內多余的油液可直接回油箱。以此完成了一 個周期的撞擊動作。如

37、此反復循環以上動作，便可達到周期振動式撞擊鐵軌的目 的。并且整個過程只需人力開啟G源13和啟動開關11即可，操作方便，作業 質量也得到了極大的保證。撞擊頻率通過調整兩行程閥5和6之間的距離來調 定。、:Q 21415 、17圖6.2沖擊式與液增壓缸工作原理圖1 缸體；2、12 三位五通換向閥；3、8 節流閥；4、7、9、10 單向閥； 5、6 行程控制閥；11 -手動換向閥；131源；14 空G過濾器；15 減 壓閥；16或壓表；17-油霧器第7章本設備應力放散工作流程41圖7應力放散工作流程圖設計體會從2010年3月至今，歷時一年多的作品設計終于結束了。這一年多來，我 們對設計的點點滴滴都深

38、有體會：初期的選題也是一個尋找志同道合者共進步的過程。我們的小組成員都是學 機電一體化的，在專業知識的學習過程中，我們感到只學習理論知識對于解決實 際工程問題是很不夠用的，為了積累實戰經驗，提高自己的動手能力，決定做科 研項目的想法讓我們走到了一起。為了選擇有利民生，有現實推廣價值意義的項 目，我們查閱報紙，收看新聞，發現我國的高鐵事業發展十分迅速，尤其是無縫 鐵路應用的推廣，大大促進了高鐵運輸行業的發展。通過調查，我們還發現不少 鐵路局對鐵路鋪設及維護的設備需求量較大，就目前國內外相關技術及國內工程 實際應用上來看，在這一方面還有相當大的空缺。為此，我們對設計一種能夠應 用于無整鐵路鋪設及維

39、護的設備產生了極大的興趣。深知此項目的挑戰性極大, 但勇者無畏，我fij毅然開始了設計之路。一個人的能力總是有限的，因此設計需要集聚團隊的智慧與力量才有希望取 得成功。我們團隊成員分工合作，各展所長，設計，繪圖，計算，實地考察 分工明確，工作效率得到了保障，這讓我們體會到了團隊精神的重要性，為著同 一個目標，相互幫助，相互支持，才得以讓每一個人有堅持下來的決心與信心。 設計過程中，通過對大量斐料的查閱，收集，自己動手設計，制作，實驗，將實 際與理論相結合，我們各方面能力都得到了很大的提高。并且在指導老師的耐心 指導下，我們的設計理念更加科學，實際工程經驗也更加豐富，尤其是在思考問 題的方式和做

40、事態度上，體會到了粗心懶惰是不可能有任何收獲的。思考問題既 要有遠見，又要細致入微，通過不斷地思考推敲，與指導老師，與合作者交流想 法，總會有新的發現與收獲。這次設計的體驗是我們一生的財富。相信在今后的 人生路上，它恪指引我們走得更高更遠。針對本次設計作品，我們總結下了一年多里我們對整個作品的相關認識及思 考，主要從以下幾個方面體現：1功能擴展及發展前景1）用無線電控開關替換增壓缸中的手動換向閥，當應力傳感器顯示為滿足 工況要求的應力值時，開關自動關閉。2）G液增壓缸內增設液控閥，可使增壓缸的工作壓力調定更準確可靠。3）具有自主知識產權的國產化鋪軌輔助裝備，對于確保無整鐵路的行車安 全及人身財

41、產安全等，具有特別的現實意義。2設計優點1）行走小車由行走輪支撐并帶動整個設備在鋼軌上行走，把手和拖運輪方 便于小車的搬運，防覆輪可以平衡小車的傾覆力矩，以保證作業時小車的平穩。2）沖擊式G液增壓缸利用較低的G源壓力，通過沖擊G缸沖擊活塞桿及G 液近十倍的增壓，提高了沖擊效率，它將液增壓缸3s左右積蓄的能量瞬間釋 放，形成強大的撞擊力，并且周期振動式的撞擊，使能量以縱波的形式傳遞疊加, 在滿足沖擊力要求的條件下，激起鋼軌的共振態，達到更好的應力放散效果。3）夾緊設備主要是采用螺旋鎖緊的方式，能夠實現比現行使用的楔形塊夾 緊更大的增力比，夾具易松緊，如與力矩扳手配套使用，能更好地控制旋緊力， 從

42、而滿足撞擊力所需的夾緊力要求，解決了現行方法需要依靠工人經驗估測夾緊 力的問題。4）檢測控制系統包括應力檢測和工作頻率調定，實現了對整個放散作業過 程的實時監測，相比現行劃線法而言測量更精確。5 ）小車的重心低，質量小，集夾緊設備，撞擊單元和檢測控制系統于一體, 體車質量只有80Kg ,相比現行設備約400Kg輕了很多。3主要創新點1）利用潴振原理，用沖擊式餐液增壓缸自帶的沖擊錘沿鋼軌縱向撞擊與鋼 軌緊固的夾具，在周期性沖擊載荷作用下，激起鋼軌的共振態，并使振動波沿鋼 軌縱向傳播，實現較長范圍的鋼軌應力均勻化。2）以應力傳感器現場檢測鋼軌的應力放散效果；3）采用"人"字型夾

43、緊設備，各易損件可方便更換，夾緊動作可靠易行， 整機設備重量輕；4）防傾覆設備保證小車工作時不向側面傾覆等試驗研究。本作品所涉及的主要創新點，已申報國家發明專利和實用新型專利，其專利 申請號和名稱為：201110104822.0無罹鋼軌激振法應力放散裝置、201120125378.6無維 鋼軌的澧振應力放散裝置。雖然這次作品設計已經結束了，但我們深刻地感受的到需要學習與提高的地 方還很多，今后我們還要更多地接觸這種有意義的實踐設計，繼續努力，不斷提 升自己。同時，也希望我們的作品所涉及的技術在無維線路的實際應用中得到推 廣和應用，努力促進科技成果的轉化，為具有自主知識產權的鋪軌設備國產化做出應有的貢獻。參考文獻1廣鐘沿，高慧安.鐵路無縫線路M.北京:中國鐵道出版社，2005 :1167 ,386420.2谷爰軍.鐵路無轉線路M.北京：中國鐵道出版社，2004 : 99 137.3戴春陽.鐵路線路百問百答M.北京：中國鐵道出版社，2009 : 5-30.4雷曉燕.鐵路軌道結構數值分析方法M