內(nèi)燃搗固機(jī)研制報(bào)告VIP

1、無(wú)內(nèi)燃動(dòng)力手持沖擊搗固機(jī)研制報(bào)告一. 選題與立項(xiàng)依據(jù)線路的養(yǎng)護(hù)維修工作主要是日常養(yǎng)護(hù)維修、 經(jīng)常修和大中修，搗固作業(yè)是其中的主要工作對(duì)線路穩(wěn)定至關(guān)重要。 多年來(lái)雖然我國(guó)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(chē)等，然而仍然不能滿足日常養(yǎng)護(hù)維修、經(jīng)常修中涉及搗固作業(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(guò)，搗固枕木時(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，作功達(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”是線路養(yǎng)護(hù)的多年目標(biāo)。為何“洋鎬”至今未被取代

2、主要有以下兩個(gè)原因：一列車(chē)密度大作業(yè)時(shí)間短：隨著列車(chē)密度越來(lái)越大，我國(guó)的繁忙干線上，列車(chē)運(yùn)行的間隔時(shí)間只有 10 分鐘左右， 有的甚至只有 5 分鐘， 過(guò)去常用的的小型液壓搗固機(jī)都無(wú)法上道正常作業(yè)。雖然在 1989 年頒布的鐵路工務(wù)安全規(guī)則的第 2.4.132.4.16 中對(duì)小型液壓搗固機(jī)進(jìn)行了明確的規(guī)定， 但由于列車(chē)運(yùn)行間隔的縮短，小型液壓搗固機(jī)作業(yè)中因不能及時(shí)下道被撞的事故仍時(shí)有發(fā)生。二現(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(lèi)我們對(duì)其逐一分析：1 電動(dòng)撓動(dòng)式搗固機(jī)：以什邡和沈陽(yáng)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 5

3、0Hz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(lèi)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(duì)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(wú)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(tái)）作業(yè)時(shí)，輪番重復(fù)“起動(dòng)”“作功”“停機(jī)”的過(guò)程，負(fù)荷變動(dòng)極大對(duì)發(fā)電機(jī)的損害和要求較高其功率要達(dá) 8KW 以無(wú)上，因此工區(qū)中發(fā)電機(jī)配備的數(shù)量及維護(hù)的問(wèn)題必制約其

4、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。2 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(shì)與內(nèi)燃式兩類(lèi)；又因傳動(dòng)方式不同而分為軟軸式和直動(dòng)式兩類(lèi)，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。3 液壓傳動(dòng)沖擊式搗固機(jī)：該類(lèi)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(guó)史丹利公司的產(chǎn)品（如圖）使用時(shí)配置為每?jī)砂焰€配一液壓站（因液壓站為雙回路） 。工作流量 2024 L/min沖 擊 功 不小于 45J釬 桿 1#釬桿：適合道床搗固外形尺寸 3921151000mm工作壓力 8 MPa整機(jī)質(zhì)量 18

5、kg振動(dòng)頻率 2024Hz液壓站重量：100KG為什麼該類(lèi)產(chǎn)品有效呢？液壓站與液傳動(dòng)不過(guò)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(gòu)成本高達(dá) 20 余萬(wàn)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(tái)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

6、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：無(wú)1做功的方式：隨著 3 型軌枕的大量應(yīng)用花崗巖石碴的使用；將石碴打入枕底的作業(yè)要求，使得采用撓動(dòng)式與振動(dòng)式作功的搗固機(jī)具，失去使用價(jià)值。唯有采用沖擊做功原理的搗固機(jī)具才能勝任。2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 400450MM 的深度搗實(shí)及滿槽和石碴板結(jié)的特殊情況以及道岔?yè)v固等，則沖

7、擊功要大于45J。走訪有經(jīng)驗(yàn)的養(yǎng)路工了解的現(xiàn)場(chǎng)情況，也印證了上述分析。3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。4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。5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(wú)傳動(dòng)直接作功的方式。電傳動(dòng)無(wú)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(zhuān)用的發(fā)電機(jī)否則無(wú)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(wú)難點(diǎn)但存在著較大的機(jī)械損耗。那么直接作功方式

8、是否可取呢？（修公路用的內(nèi)燃沖擊夯即直接作功的方式）關(guān)鍵在于良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無(wú)疑這是功率損耗最小的方法。6使用成本：內(nèi)燃動(dòng)力無(wú)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 1KWH650690g，2.4KW 汽油機(jī)全功率時(shí)每小時(shí)耗油約 1.5L,8 臺(tái)鎬同時(shí)使用日耗油 72L,折合人民幣 237.6 圓(假定汽油 3.3 圓/L),只及使用 8 只史丹利搗固鎬的 1/41/5 成本,無(wú)疑是可行的。7使用效率：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)?25HZ 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

9、也是采用這一沖擊頻率） ，配合45J 的沖擊功每次插入鎬釬 45 次沖擊即可將石碴搗入枕底，同時(shí)將周?chē)氖暾駝?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 3040 秒，具有很高的作業(yè)效率。8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)現(xiàn)實(shí)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)沖擊作功和多功能性。其基本性能參數(shù)為：內(nèi)燃機(jī)功率： 2.4KW沖擊功：4565J沖 擊頻 率： 25HZ燃油消耗率： 1KWH700g全功率耗油： 1.5L小時(shí)整

10、 機(jī)重 量:400MM具備了上述功能,符合上述性能要求的手提內(nèi)燃動(dòng)力沖擊式搗固機(jī)完全適應(yīng)現(xiàn)實(shí)條件下的正線及道岔?yè)v固作業(yè)施工，其具有的多功能性更是勢(shì)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，搗固作業(yè)即可克服列車(chē)間隔短，小型液壓搗固機(jī)上下道時(shí)間長(zhǎng)，易出事故；其它現(xiàn)有搗固機(jī)具效率低下質(zhì)量不高，搗固力不夠，功能單無(wú)一的所有不利因素。二. 設(shè)計(jì)基本思路與主要技術(shù)參數(shù)一內(nèi)燃直接作功原理：內(nèi)燃直接作功原理有別于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)飛輪曲軸連桿氣動(dòng)活塞沖擊錘鎬釬的作功方式。它采用內(nèi)燃機(jī)活塞與氣動(dòng)活塞同氣缸安裝的方式，其作功原理為：內(nèi)燃機(jī)活塞啟動(dòng)活塞沖擊錘鎬釬的作功方式。如圖所

11、示：其優(yōu)點(diǎn)是：1 減少了傳動(dòng)環(huán)節(jié)，功率損失小，輸出功率大。2 省去了氣動(dòng)活塞的單獨(dú)潤(rùn)滑系統(tǒng)。3 減少了整機(jī)的重量。4 提高了可靠性，便于維護(hù)。二免維護(hù)設(shè)計(jì)：為方便現(xiàn)場(chǎng)的使用， 整機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮現(xiàn)場(chǎng)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)：1 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(rùn)滑系統(tǒng)無(wú)（一般啟動(dòng)活塞需單獨(dú)的潤(rùn)滑系統(tǒng)，并定期補(bǔ)充潤(rùn)滑油） 。2 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(mén)與潤(rùn)滑油泵，提高可靠性。3 為提高兩沖程汽油機(jī)的啟動(dòng)性能；同時(shí)為沖擊錘等元件提供潤(rùn)滑，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

12、潤(rùn)滑重錘。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(rùn)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(rùn)滑油道，對(duì)重錘等運(yùn)動(dòng)機(jī)件進(jìn)行潤(rùn)滑，可以至少減去兩個(gè)保養(yǎng)潤(rùn)滑點(diǎn)。4 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(mén)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(mén)拉線式操作方式，是經(jīng)常操作的部位可靠性提高。2整機(jī)的外殼應(yīng)采用鑄鋁結(jié)構(gòu)，經(jīng)得起現(xiàn)場(chǎng)磕碰。3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

13、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(wèn)題，具體實(shí)施后必將研制出一種，適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)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。四. 確定的主要技術(shù)參數(shù)內(nèi)燃機(jī)功率： 2.2KW沖擊功：4565J沖 擊頻 率： 25HZ燃油消耗率： 1KWH700g全功率耗油： 1.5L小時(shí)整 機(jī)重 量:400MM三GT-NR 內(nèi)燃手提式搗固機(jī)研制步驟及方法，與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：1 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：JN*MM*kg*S即：沖擊能作用力與

14、作用距離的乘積作用距離的*質(zhì)量*作功時(shí)間的沖擊能單位：焦耳作用力單位：牛頓作用距離單位：米作功時(shí)間單位：秒2 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(guó)外先進(jìn)機(jī)型無(wú)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：14401650rpm發(fā)動(dòng)機(jī)排氣量：250ML3 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：4 確定磁電機(jī)形式進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。5 做原理驗(yàn)證模型。6 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)。為方便現(xiàn)場(chǎng)的使用， 整機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮現(xiàn)場(chǎng)作

15、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)：（1）用沖擊夯活塞與沖擊夯同氣缸安裝的方式，省去了氣動(dòng)活塞的單獨(dú)潤(rùn)滑系統(tǒng)（一般氣動(dòng)活塞需單獨(dú)的潤(rùn)滑系統(tǒng)，并定期補(bǔ)充潤(rùn)滑油） 。（2）提高兩沖程汽油機(jī)的啟動(dòng)性能；同時(shí)為沖擊錘等元件提供潤(rùn)滑，在氣缸內(nèi)設(shè)計(jì)兩沖程機(jī)油排出通道，通道直通沖擊夯滑道潤(rùn)滑重錘。為使機(jī)油順暢流入沖擊夯滑道，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(rùn)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(rùn)滑油道，對(duì)沖擊夯等運(yùn)動(dòng)機(jī)件進(jìn)行潤(rùn)滑，可以至少

16、減去兩個(gè)保養(yǎng)潤(rùn)滑點(diǎn)。（3）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。（4）采用油門(mén)調(diào)整與化油器一提化設(shè)計(jì)，減少故障點(diǎn)，方便使用與維護(hù)具體形四使用效果及推廣前景四使用效果及推廣前景GT-NR 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(hù)使用， 實(shí)踐證明效果良好，無(wú)具有移動(dòng)方便，操作簡(jiǎn)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(chǎng)使用價(jià)值。 （具體的使用報(bào)告見(jiàn)附件）GT-NR 手提式內(nèi)燃搗固機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)使用中解決了在繁忙干線上搗固作業(yè)無(wú)可靠有效的國(guó)產(chǎn)手提搗固機(jī)的難題，是適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)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

17、機(jī)具。五經(jīng)濟(jì)效益分析GT-NR 手提式內(nèi)燃搗固機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)使用中具有如下優(yōu)點(diǎn)：1 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)?25HZ 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 45 次沖擊即可將石碴搗入枕底，同時(shí)將周?chē)氖暾駝?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 3040 秒，具有很高的作業(yè)效率。2 與使用其他形式的搗固方法相比較費(fèi)效比高。采用兩沖程汽油機(jī)時(shí)平均耗油量為 1KWH650690g，2.4KW 汽油機(jī)全功率時(shí)每小時(shí)耗油約1.5L,8臺(tái)鎬同時(shí)使用日耗油72