马达和油缸双驱动急加速性能分析与仿真

　　连续式捣固车的广泛使用将在我国铁路维修中发挥巨大作用,如今我国正对连续式捣固车进行大规模国产化研制[1-2]。而现有国产连续式捣固车在使用中存在或多或少的功能或性能方面的不足,为了让整车技术性能达到国际先进水平,并可完全替代进口产品,使其具有显著的社会、经济效益,我们还需要对国产连续式捣固车的结构、电气及液压系统等方面,特别是工作小车的性能[3-4]进行进一步的研究。

　　作者以对工作小车行走加速性能方面进行分析为例,介绍一种新颖的以马达和油缸双驱动车辆急加速的驱动方式。此加速方式不同于双马达或双油缸驱动加速方式,工作小车的急加速以驱动马达和加速油缸共同完成,加速油缸的主要作用是避免车辆启动大扭矩,并提供大的加速度,从而提高急加速性能。同时探讨了此加速方式需要解决的问题,如功率寄生等。

　　1　液压驱动系统原理分析

　　图1为某国产捣固车工作小车液压驱动系统原理简图。本车加速油缸与小车联接在一起(与进口09系列连续式捣固车不同),其回路按功能可分为动力部分、驱动部分和保护部分3部分[5]。其中驱动部分包括比例换向阀6、电液换向阀9、驱动马达11和加速油缸13,其中加速油缸13是通过一个两位四通的电液换向阀9和驱动马达的油路并联在一起。驱动马达的转动速度和方向是比例换向阀通过调节液压油的流量和流向来控制。捣固完成时,在DT3得电的情况下,DT4和DT5得电。流过比例换向阀的高压油分流到驱动马达和加速油缸,在驱动马达的同时推动油缸向前运动,作业小车由静止开始加速到最大速度。随着作业小车速度的加大,需要的驱动力逐步减少,通过小车控制系统控制比例阀电流来减小流量。

　　工作小车主要参数如下:

　　马达齿轮箱速比为3. 94;轮径为840mm;小车重量为20 ;t作业效率为1 500 m/h;每次捣固距离为1. 1 m;整车重量为85 ;t发动机转速为2 000 r/min;驱动马达一个运行周期(工作小车启动到停止)为0. 84 s。

　　主要元件参数如下:

　　油泵排量为196. 7 mL/r;蓄能器容量为64 L;马达排量为315 mL/r,额定转速为500 r/min,额定扭矩为920 Nm,额定压力为20 MPa;油缸缸径为100 mm,杆径为50 mm,行程为1 400 mm。

　　2　存在的问题及解决措施

　　该连续式捣固车在其开天窗施工期间,小车加速性能不高,特别是驱动马达出现快速频繁断轴。以下根据油流和驱动力对驱动系统进行分析。由于工作小车是循环工作,以下以其一次作业为标准进行计算[6]。

　　2.1　驱动马达运力学计算

　　1)所需平均油流: