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铁道建筑Railway Engineering
August ，2010
1995（2010）08-0130-03文章编号：1003-
液压机械手捣固机的研制
杜丽红
（北京来铁科技开发有限公司，北京
100081）
摘要：介绍一种新式小型线路养护机械—液压机械手捣固机，它将道砟捣固作业分成两个步骤，一是机二是依靠捣撑张开的压力定向将道砟拨到轨枕下，完成拨砟预械手捣撑在垂面的弧线振动以实现进砟，
紧和压实捣固。介绍了液压机械手捣固机的机械结构、理论计算和性能特点。关键词：捣固
道砟
机械手
捣撑
+
中图分类号：U215. 43
文献标识码：B
=10L /min ，马达转速n =1800r /min ，偏心块的质量2个偏心块质量m 1=1. 1ˑ 2=2. 2kg ，偏心为1. 1kg ，
块的偏心距L =21mm ，液压机械手捣固机质量m 2=26kg 。
根据圆周运动物体离心力的计算公式为旋转半径，即r =L 。
2
偏心块离心力E 1=（2ˑ 3. 14n ）m 1L =1. 64kN ；
［1］
路基的养护是铁路线路维修的基础工作，铁道线“暗坑”、“吊板”故障的处理，是日常养路路路基中的
维修中的主要工作。目前用于路基维修作业中的小型捣固机械主要有振动棒式捣固镐和直线冲击式捣固镐两大系列产品，这两种机械的工作原理均是以镐头振“均”“坑”动进入道砟，将高处道砟到中。
本文介绍的新型液压机械手捣固机（已获国家专它不同于上述捣固镐，既不利ZL [1**********]8. 7），
是圆周振动捣固，也不是直线冲击捣固，而是将捣固分一是机械手捣撑振动进砟，二是依靠机械为二个过程，
手捣撑张开的推力定向拨动道砟，并预紧压实，实现捣固。其工作原理及应用如下所述。
：离心力
E =（2ˑ 3. 14n ）2mr ，n 为转速，m 为物体质量，r 其中，
机械手进砟力Q =E 1+m 2g =1. 89kN 。1. 2
拨砟捣固
开通捣固液压控制阀，液压泵站供压力油给固定活塞杆的推力使推力凸缘向固在机架内的液压油缸，
定在机架下方的枢纽轴移动，此时，在推力凸缘内的一对啮合的齿轮臂绕齿轮中心转动，并向下方移动，与齿轮臂另一端铰接的机械手捣撑以枢纽轴为转动中心转动，机械手捣撑下端，向两侧张开。当机械手捣撑全部液压缸卸油口自动开启，压力腔的高压油经卸张开时，
油口回流，捣撑停止在最大位置，此时断开液压控制阀，机械手闭合并停止。操作者控制机械手的作用位使道砟定向移动；机械手捣撑的作用力分解置和方向，
为水平分力F 2和垂直分力F 3，水平分力为拨砟的推可预紧拨砟压实捣固，垂直分力有将轨枕向上抬动力，
起的作用。捣固作用力示意见图1。
液压油压力P =8MPa ，液压活塞直径为80mm ，
22
活塞面积A =3. 14（80/2）=5024mm ；
1
1. 1
工作原理
振动进砟
开通进砟液压控制阀，液压泵站给固定在机架内
马达输出轴转动，其主动链轮经的液压马达提供压力，
链条带动，固定在枢纽轴上的被动链轮转动，与之固定在同一枢纽轴上的2个偏心块与被动链轮同速转动，偏心块在转动时产生离心力，整机在离心力及其自重作用下产生振动，而振动下落过程的最大力是偏心块即捣固机械手的进砟力。的离心力与该机自重的合力，
由于离心力的方向是沿偏心块的半径方向，因此该机的振动方向不是直线式上下移动，而是在垂直面上作这样，机械手即不会破碎道砟，又能迅速插弧线运动，入道砟中。
进砟振动作用力理论计算：
设定动力站的液压油压力P =8MPa ，马达流量q
05-06；修回日期：2010-06-12收稿日期：2010-作者简介：杜丽红（1962—），女，河北深泽人，工程师。
液压缸活塞作用力F =PA =40. 2kN ；
F a 平行于齿轮臂，活塞作用力F 分解为F a 和F b ，
F b 垂直于齿轮臂，齿轮臂与水平线夹角为25ʎ ，则
F a =F sin25ʎ =16. 99kN ；F b =F cos25ʎ =36. 43kN
F a 分解为F a 1和F a 2，F a 1垂直于机械手捣撑主动
2010年第8期
液压机械手捣固机的研制
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通液压捣固机构控制阀、减压阀、操作手柄、进出液压油接头构成；②液压缸机构由缸体、上下盖、活塞及活塞推杆构成；③振动机构由液压马达、偏心块、链轮链条构成；④动力机械手机构由推力凸缘、齿轮臂、枢机械手等组成，其中枢纽轴水平布置在机械手纽轴、
操作扶手、减振橡上；⑤机架及扶手由动力传动机架、胶、进出输油管等构成。
液压控制器、液压缸机构、振动机构分别固定在机架内，动力机械手机构安装在机架下端，扶手在机架上见图2
。端。整机自上至下呈丁字形结构，
图1捣固作用示意（单位：mm ）
F a 2平行于机械手捣撑主动臂，臂，则
F a 1=F a cos16ʎ =16. 33kN F a 2=F a sin16ʎ =4. 68kN
F b 分解为F b 1和F b 2，F b 1垂直于机械手捣撑主动F b 2平行于机械手捣撑主动臂，臂，则
F b 1=F b cos16ʎ =35. 01kN F b 2=F b sin16ʎ =10. 04kN
机械手捣撑上主动力为F 1=F a 1+F b 1=51. 34kN ，机械手捣撑上主动力臂长120mm ，被动力臂长240mm ，被动力F 合垂直于被动力臂，捣撑绕枢纽轴转F 合=动，根据力矩平衡原理F 1ˑ 120=F 合ˑ 240，25. 67kN 。
垂直于被动臂的被动力F 合分解为机械手捣撑沿水平方向分力F 2和垂直方向的分力F 3，则
F 2=F 合cos16ʎ =24. 68kN F 3=F 合sin16ʎ =7. 08kN 。
2. 2
性能特点（见表1）
液压机械手捣固机与圆周振动棒式捣固镐、直线冲击式捣固镐相比具有以下特点：
1）定向拨砟、预紧压实捣固，即操作者可以人为地控制道砟捣固的方向。
2）双面捣固效率高，两个捣撑平面与道砟接触，接触面积为（70mm ˑ 300mm ）ˑ 2，捣固作用面积大、效率高。
3）“静态”捣固劳动强度低，液压缸产生的“静态”推力，经动力机构驱动机械手捣撑张开，对道砟产生定向推力，捣固过程无振动。操作者只控制捣固方不承受作用力，有效地降低了劳动强度。向，
4）液压管件采用高质量、平面防尘接头，带压装卸，快捷方便；液压机械手捣固机在捣固时捣撑向上的分力，可直接将轨枕抬高，对于线路捣固非常有利；液压机械手捣固机捣撑进砟时是弧线运动轨迹，不会对道砟形成破碎，不增加后续的清筛工作量。
图2
液压机械手捣固机结构示意
2
2. 1
结构及性能
液压机械手捣固机的结构
液压机械手捣固机由液压控制器、液压油缸及活
振动机构、动力机构、机架及扶手等组成：①液压塞、
控制器由二位二通液压振动进砟机构控制阀、二位四
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表1
项
目
冲击式捣固镐
1（2）4kN 21Hz
铁道建筑August ，2010
几种捣固机性能对比
振动棒式捣固镐
1（>2）3kN 100Hz
1. 64kN
25Hz >20kN 垂直捣撑平面液压机械手捣固机
2（1）
作业工位（次数）捣固激振力进砟激振力激振频率捣固静压力捣固方向捣固面积进砟方式机械噪声
镐头50mm ˑ 20mm 上下方向插入
109dB
镐钎﹤ 50mm ˑ 202mm
水平面圆周轨迹
90dB
捣撑﹤（70mm ˑ 300mm ）ˑ 2
垂直面弧线轨迹72dB （进砟时）
3使用情况
1）弧线振动进砟速度
液压机械手捣固机是利用2个偏心块绕水平方向
即可完成，这样逐轨枕空间的轨道一侧只需捣固一次，
“暗坑”一将范围内的道砟进行捣固，可快速排除此故障。由于机械手捣撑垂直向上的分力，具有将接触物提升的作用，对轨枕抬起效果明显，不用起道机亦可直液压机械手捣固机又可进行方枕接捣固作业。另外，作业。
4）动力稳定，安全可靠
液压机械手捣固机采用成熟的液压技术，其进砟、捣固动力强大，工作效率高，性能稳定，安全可靠。由于操作者远离动力源，有效减少了动力源尾气和噪声对人的危害。液压机械手捣固机的捣撑推力有将轨枕向上抬起的作用，不用起道机可直接作业，消除了养护这对线路行车安全意义很大。作业的安全隐患，
的枢纽轴转动时产生的离心力而振动。而离心力的方向是沿着旋转轴的径向方向，因而振动是非上下直线而是在垂直平面上的弧线轨迹运动，弧线式振动运动，
加大了振动振幅，操作时，自动进砟效果明显，进砟效率得以提高。
2）“静态”拨砟捣固效率
液压机械手捣固机的捣固动力是液压缸推动机械手而产生的推力，进入轨枕道砟内的两个机械手捣撑人为控制道砟移动方向，推动道砟向其两侧方向移动，
使捣撑的推动力把捣撑外侧的道砟压向轨枕下悬空的空隙处，经捣固作业的轨枕过车后回落很小；由于液压机械手捣固机的作业是在两轨枕之间同时对两根轨枕2kN 的推力可使捣固快速完成，进行定向拨砟压紧，
工作效率至少提高2倍，而液压机械手捣固机所用液压动力源只有现有捣固镐功率的一半。
3）快速处理“吊板”、“三角暗坑”故障
“吊板”、“三角暗坑”处理线路常见的等轨枕与道砟悬空病害时，操作者确定具体悬空位置后，起动液压泵站，接通液压管路，将液压机械手捣固机置于要捣固开通振动操作手柄，机械手捣撑快的两个轨枕中间处，
使捣撑尖直接插入道砟中，当机械手捣撑全部速振动，
进入道砟后，松开操作手柄，振动停止，完成进砟；此时开通捣固操作手柄，捣撑张开，当捣撑张开距离最大时，捣撑张开的捣固力也最大，捣撑的定向推力将道砟拨砟预紧，压实捣固。每个压向两根轨枕下的悬空处，
4结语
液压机械手捣固机工作原理新颖、结构简单、工作
质量可靠，同时降低了操作人员的劳动强度，该捣固机的研制将推动小型线路养护机具的不断创新。
参
2007. 出版社，
［2］32型连续式捣固车拨道原理分析［J ］. 铁道建蒋刚. D09-2008（10）：107-109. 筑，
［3］32型捣固车系统精度的措施［J ］. 铁道建畅建民. 提高D08-2009（9）：109-111. 筑，
［4］32型捣固车测量走行方式的改造方案［J ］. 铁张利杰. D08-2006（4）：80-81. 道建筑，
考
文
献
［1］. 北京：化学工业成大先主编. 机械设计手册（第四版）［M ］
（责任审编白敏华）