CN111719355A - 一种含偏心激振机构的捣固装置及其相应的捣固方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种含偏心激振机构的捣固装置及其相应的捣固方法，所述捣固装置包括激振装置、张合驱动装置，夹持装置，该夹持装置连接于铰接于固定框架，所述激振装置连接所述张合驱动装置，该张合驱动装置连接所述夹持装置，所述激振装置采用偏心轴结构，该偏心轴的轴线所在平面与所述夹持装置的运动平面平行。根据不同动作下的振动伴随情况，所述捣固方法包括两种振动模式：激振装置(1)在工作全程均进行振动；或激振装置(1)在夹持镐(32)接触道床石砟(10)的全过程振动，其他过程不进行振动。本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：采用本发明所述技术方案，用于有砟铁路道床捣固作业，结构简单可靠，工程应用价值高。

Description

一种含偏心激振机构的捣固装置及其相应的捣固方法

技术领域

本发明涉及一种捣固装置，属于铁路养护机械设计与制造技术领域。

背景技术

捣固作业是有砟铁路道床养护的主要工作之一，可有效提高道床稳定性，保证列车行驶安全。目前在铁路养护机械行业，广泛使用的捣固装置结构种类较为单一，部分捣固装置由于结构过于复杂，导致工作可靠性低，工程应用情况不佳。有必要研制一种结构简单可靠，工程应用价值高的捣固装置。

国际申请号为PCT/EP2009/002447的PCT发明专利公开了一种捣固设备，用于捣固枕木部分，其包括两个内部捣固单元和两个外部捣固单元，每个外部捣固单元能相对于导引块绕捣固设备的纵向延伸的枢转销枢转，并连接到旋转驱动件，导引块可移动地连接到横向导引件和横向滑动驱动件。外部捣固单元的捣固工具因此布置在距离捣固设备中心的最大距离处，以捣固轨道的支线导轨，该专利所公开的捣固设备能够达到捣固石砟的目的，但是，其结构复杂，工程应用情况不佳。

发明内容

本发明提供一种含偏心激振机构的捣固装置及其相应的捣固方法，用于有砟铁路道床捣固作业，结构简单可靠，工程应用价值高。

本发明第一方面提供一种含偏心激振机构的捣固装置，包括激振装置、张合驱动装置，夹持装置，该夹持装置连接于固定框架，所述激振装置连接所述张合驱动装置，该张合驱动装置连接所述夹持装置，所述激振装置采用偏心轴结构，该偏心轴的轴线所在平面与所述夹持装置的运动平面平行。

优选的是，所述激振装置包括旋转动力，该旋转动力连接偏心轴，该偏心轴的外侧装有轴套，旋转动力带动偏心轴旋转。

所述旋转动力优选电机或液压马达。

所述轴套优选安装两套，一套采用单层结构，一套采用双层结构，相互嵌套安装，即优选为偏心轴的一侧安装一套单层结构的第一轴套，偏心轴的另一侧安装一套双层结构的第二轴套，该第一轴套与第二轴套呈360度包围于所述偏心轴外侧。

采用单层轴套和双层轴套配合使用的益处为：保证两侧夹持装置在同一平面的同时，轴套受力良好，寿命较高。为了使两侧夹持装置能在一个平面内正常工作，所以设计两个相互交叉嵌套的轴套结构。

所述张合驱动装置一端与所述轴套连接，另一端与所述夹持装置连接，与轴套连接的张合驱动装置的一端的旋转轴线垂直于夹持装置运动平面。

与夹持装置连接的张合驱动装置的一端具有两个运动副，即旋转轴线垂直于夹持装置运动平面和旋转轴线平行于夹持装置运动平面。

所述张合驱动装置两端可伸缩，优选由油缸驱动。

所述激振装置与所述张合驱动装置之间的连接点构成接头一，所述张合驱动装置与所述夹持装置之间的连接点构成接头二。

更优选的是，所述接头二包括横向接头二和纵向接头二，其中，张合驱动装置连接于接头二的横向接头二，夹持装置连接于接头二之纵向接头二。

所述横向接头二转动轴与所述夹持装置的运动平面垂直，所述纵向接头二转动轴与所述夹持装置的运动平面平行。横向接头二使得张合驱动装置与接头二之间相对转动，从而将激振装置产生的振动传递到夹持装置。同时纵向接头二使张合驱动装置可沿纵向接头二的轴线摆动，从而仅将激振装置产生在夹持装置运动平面的运动传递给夹持装置，消除其他方向的运动对夹持装置的影响。

所述夹持装置优选关于所述偏心轴所在的轴线对称布置，对称布置的两个夹持装置分别连接固定框架，该夹持装置与固定框架之间的连接点构成接头三。

所述夹持装置包括夹持臂和夹持镐，夹持镐固定于夹持臂下端，优选夹持镐与夹持臂可拆装连接。夹持臂能够绕接头三的轴线转动，该接头三的轴线优选布置于夹持臂中部。

所述张合驱动装置优选关于所述偏心轴对称布置。

在激振装置与张合驱动装置的共同作用下，所述张合驱动装置、所述夹持装置各自以所述接头一、接头二、接头三的轴线为中心运动，从而使得夹持镐在一定角度范围内做横向摆动及小幅振动，实现石砟向轨枕下方运动，并促进石砟的流动，便于提高捣固作业的效果。

所述激振装置的工作模式分两种，即第一种模式：在工作全程均进行振动的工况，或第二种模式：夹持镐接触道床石砟的全过程振动，其他过程不进行振动。第一种模式控制较为简单，但长时间振动易造成机械结构损坏或寿命降低，第二种模式对机械结构寿命有利，但对激振装置的反复启动能力及启动响应速度有较高要求。

本发明第二方面提供一种偏心激振捣固方法，

步骤S1:将捣固装置置于待捣固路段，开启捣固装置的旋转动力，张合驱动装置在旋转动力带动下驱动夹持装置在竖直平面内低幅高频摆动；

步骤S2:开启下插装置，使捣镐下插进入待捣固轨枕旁边的石砟中；

步骤S3:开启张合驱动装置，驱动接头二大幅摆动，接头二处的摆动通过夹持装置绕接头三转动，传递到了夹持镐端部，从而实现了夹持镐端部的夹持动作；夹持动作持续一段时间；

步骤S4: 待捣固作业完成后，提起下插装置使夹持镐离开石砟，并进入下一作业位置继续作业或驶离作业路段。

优选的是，步骤S1-步骤S3中，夹持装置在接触石砟时旋转动力开启，夹持装置伴随振动；夹持装置离开石砟时，旋转动力切断，夹持装置停止振动，待再次插入石砟开始捣固作业时，旋转动力再次开启。

优选的是，步骤S4中，夹持镐离开石砟后关闭旋转动力，进入下一作业位置开始作业时再次开启。

捣固装置沿下插框架下降，夹持镐插入轨枕下部的道床石砟内，插入时伴随高频振动，有利于夹持镐的下插，插入后张合驱动装置伸出，推动夹持镐作夹持动作，此时依旧伴随高频振动，有利于道床石砟的流动。完成夹持动作后捣固装置提升，同时张合驱动装置收回，夹持镐张开；至此完成一个捣固动作。

所述横向接头二转动轴与所述夹持装置的运动平面垂直，所述纵向接头二转动轴与所述夹持装置的运动平面平行。横向接头二使得张合驱动装置与接头二之间相对转动，从而将激振装置产生的振动传递到夹持装置。同时纵向接头二使张合驱动装置可沿纵向接头二的轴线摆动，从而仅将激振装置产生在夹持装置运动平面的运动传递给夹持装置，消除其他方向的运动对夹持装置的影响。

在激振装置与张合驱动装置的共同作用下，所述张合驱动装置、所述夹持装置各自以所述接头一、接头二、接头三的轴线为中心运动，从而使得夹持镐在一定角度范围内做横向摆动及小幅振动，实现石砟向轨枕下方运动，并促进石砟的流动，便于提高捣固作业的效果。

本发明第二方面所述偏心激振捣固方法采用本发明第一方面所述含偏心激振机构的捣固装置。根据不同动作下的振动伴随情况，其中包括两种振动模式：激振装置在工作全程均进行振动；激振装置在夹持镐接触道床石砟的全过程振动，其他过程不进行振动。第一种模式控制较为简单，但长时间振动易造成机械结构损坏或寿命降低，第二种模式对机械结构寿命有利，但对激振装置的反复启动能力及启动响应速度有较高要求。

本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：采用本发明所述技术方案，用于有砟铁路道床捣固作业，结构简单可靠，工程应用价值高。

附图说明

图1为本发明所述含偏心激振机构的捣固装置的一优选实施例之结构简图；

图2为图1所示实施例作业状态示意图；

图3-图5为图1所示实施例在XY面的运动机构之振动原理简图；

图6-图8为图1所示实施例在XZ面的运动机构之振动原理简图；

图9为图1所示实施例中单层轴套的结构示意图；

图10为图1所示实施例中双层轴套的结构示意图；

图1-图8中数字标记的含义是：

1激振装置 11旋转动力 12偏心轴 13轴套 131轴套一 132轴套二

2张合驱动装置 3夹持装置 31夹持臂 32夹持镐 4固定框架

5接头一 6接头二 61横向接头二 62纵向接头二 7接头三

8下插框架 9轨枕 10道床石砟。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的作业情况做进一步描述。

实施例1.1: 如图1所示为本发明所述一种含偏心激振机构的捣固装置的一优选实施例，其包括激振装置1、张合驱动装置2，夹持装置3。为方便阐述，建立坐标系如图1所示，该坐标系中包括X、Y、Z三维方向，其中X为钢轨延伸的方向，Y为平行与轨枕的方向，Z为竖直方向。

其中激振装置1包括旋转动力11，偏心轴12，轴套13。旋转动力11带动偏心轴12旋转，轴套13安装于偏心轴12外侧。轴套13包括两套，一套采用单层结构，即轴套一131，一套采用双层结构，即轴套二132，两者相互嵌套安装于偏心轴12外侧。

轴套一131、轴套二132的结构如图9-图10，采用单层轴套和双层轴套配合使用的益处为：保证两侧夹持装置在同一平面的同时，轴套受力良好，寿命较高。

张合驱动装置2两端可伸缩，优选为油缸。张合驱动装置2一端通过接头一5与轴套13铰接，接头一5处张合驱动装置2的旋转轴线垂直于夹持装置运动平面（XZ面），张合驱动装置2的另一端通过接头二6与夹持装置3连接，接头二6包括转动轴位于XY平面的横向接头二61和转动轴位于XZ平面的纵向接头二62，故该连接包括两个运动副：即通过横向接头二61进行的铰接，其旋转轴线垂直于夹持装置运动平面（XZ面）；和通过纵向接头二62进行的铰接，其旋转轴线平行于夹持装置运动平面（XZ面）。

夹持装置3包括夹持臂31和夹持镐32，夹持镐32固定安装于夹持臂31下端，优选夹持镐32与夹持臂31可进行拆装。夹持臂31通过接头三7与固定框架4铰接，夹持臂31与接头三7之间旋转轴的旋转轴线垂直于夹持装置运动平面（XZ面）。夹持臂31可绕该旋转轴转动，接头7优选布置于夹持臂31中部。

图3－图8为本发明所述实施例的振动原理运动机构简图。

其中图3－图5为XY面的运动，图3-图5依次表示张合驱动装置2平行于X轴时的状态、偏心轴12转过一定角度的状态以及两个状态的对比。图中“0”表示偏心轴的旋转中心。可以看出，随着偏心轴12的旋转张合驱动装置2发生摆动，同时接头二6沿X轴做往复运动。通过接头二6的往复运动，将振动传递至夹持装置3。

图6-图8为XZ面的运动，图6-图8依次为夹持镐32平行于Z轴的状态、夹持镐32转动一定角度的状态以及两个状态的对比。可以看出接头二6处的运动通过夹持装置3绕接头三7转动，传递到了夹持镐32端部，从而实现了夹持镐32端部的振动。张合驱动装置2的张合运动也通过该方式传递到夹持镐32端部，实现夹持镐32的夹持动作。

结合以上分析以及图2，对本发明所述捣固装置的优选实施例的工作原理及过程说明如下：

一种含偏心激振机构的捣固装置，其安装于下插框架8，该含偏心激振机构的捣固装置可沿下插框架8进行上下运动，进行下插及提升动作。偏心轴12在旋转动力11的带动下旋转，使得轴套13发生强迫振动，继而将振动依次传递，直至夹持镐32端部。张合驱动装置2可做伸缩运动，继而驱动夹持臂31绕接头三7旋转，继而带动夹持镐32做夹持及张开动作。

当该捣固装置进行作业时，捣固装置沿下插框架8下降，夹持镐32插入轨枕9下部的道床石砟10内，插入时伴随高频振动，有利于夹持镐32的下插，插入后张合驱动装置2伸出，推动夹持镐32作夹持动作，此时依旧伴随高频振动，有利于道床石砟10的流动。完成夹持动作后捣固装置提升，同时张合驱动装置2收回，夹持镐32张开。至此完成一个捣固动作。

根据不同动作下的振动伴随情况，本发明/发明提出两种振动模式：

振动模式一：激振装置1在工作全程均进行振动；

振动模式二：激振装置1在夹持镐32接触道床石砟10的全过程振动，其他过程不进行振动。

本发明的特征在于偏心轴12的旋转轴线平行于夹持装置运动平面（XZ面），通过三个接头即接头一5、接头二6、接头三7将偏心轴12产生的振动传递至夹持镐32端部。

实施例2.1: 一种偏心激振捣固方法，其包括依次执行下列1-4的内容：

1:将捣固装置置于待捣固路段，开启捣固装置的旋转动力，张合驱动装置在旋转动力带动下驱动夹持装置在竖直平面内低幅高频摆动；

2:开启下插装置，使捣镐下插进入待捣固轨枕旁边的石砟中；

3:开启张合驱动装置，驱动接头二大幅摆动，接头二处的摆动通过夹持装置绕接头三转动，传递到了夹持镐端部，从而实现了夹持镐端部的夹持动作；夹持动作持续一段时间；

4: 待捣固作业完成后，提起下插装置使夹持镐离开石砟，并进入下一作业位置继续作业或驶离作业路段。

捣固装置沿下插框架下降，夹持镐插入轨枕下部的道床石砟内，插入时伴随高频振动，有利于夹持镐的下插，插入后张合驱动装置伸出，推动夹持镐作夹持动作，此时依旧伴随高频振动，有利于道床石砟的流动。完成夹持动作后捣固装置提升，同时张合驱动装置收回，夹持镐张开；至此完成一个捣固动作。

所述横向接头二转动轴与所述夹持装置的运动平面垂直，所述纵向接头二转动轴与所述夹持装置的运动平面平行。横向接头二使得张合驱动装置与接头二之间相对转动，从而将激振装置产生的振动传递到夹持装置。同时纵向接头二使张合驱动装置可沿纵向接头二的轴线摆动，从而仅将激振装置产生在夹持装置运动平面的运动传递给夹持装置，消除其他方向的运动对夹持装置的影响。

在激振装置与张合驱动装置的共同作用下，所述张合驱动装置、所述夹持装置各自以所述接头一、接头二、接头三的轴线为中心运动，从而使得夹持镐在一定角度范围内做横向摆动及小幅振动，实现石砟向轨枕下方运动，并促进石砟的流动，便于提高捣固作业的效果。

本实施例中激振装置1在工作全程均进行振动。

实施例2.2: 一种偏心激振捣固方法，包括步骤与实施例2.1相同，区别在于：

步骤1-步骤3中，夹持装置在接触石砟时旋转动力开启，夹持装置在XZ平面内振动；夹持装置离开石砟时，旋转动力切断，夹持装置停止振动，待再次插入石砟开始捣固作业时，旋转动力再次开启，捣固作业的同时，夹持装置在XZ平面内振动。

步骤4中，夹持镐离开石砟后关闭旋转动力，进入下一作业位置开始作业时再次开启。

Claims (10)

1.一种含偏心激振机构的捣固装置，包括激振装置(1)、张合驱动装置(2)，夹持装置(3)，该夹持装置(3)连接于固定框架(4)，激振装置(1)连接所述张合驱动装置(2)，该张合驱动装置(2)连接夹持装置(3)，其特征在于：激振装置(1)采用偏心轴结构，该偏心轴的轴线所在平面与夹持装置(3)的运动平面平行。

2.如权利要求1所述的含偏心激振机构的捣固装置，其特征在于：激振装置(1)包括旋转动力(11)，该旋转动力(11)连接偏心轴(12)，该偏心轴(12)的外侧装有轴套(13)，旋转动力(11)带动偏心轴(12)旋转。

3.如权利要求1所述的含偏心激振机构的捣固装置，其特征在于：轴套(13)包括两套，一套采用单层结构，一套采用双层结构，两套轴套相互嵌套安装。

4.如权利要求1所述的含偏心激振机构的捣固装置，其特征在于：张合驱动装置(2)一端与轴套(13)连接，另一端与夹持装置(3)连接，与轴套(13)连接的张合驱动装置(2)的一端的旋转轴线垂直于夹持装置(3)运动平面。

5.如权利要求1所述的含偏心激振机构的捣固装置，其特征在于：激振装置(1)与张合驱动装置(2)之间的连接点构成接头一(5)，张合驱动装置(2)与夹持装置(3)之间的连接点构成接头二(6)。

6.如权利要求1所述的含偏心激振机构的捣固装置，其特征在于：接头二(6)包括横向接头二(61)和纵向接头二(62)，其中，张合驱动装置(2)连接于横向接头二(61)，夹持装置(3)连接于纵向接头二(62)。

7.如权利要求6所述的含偏心激振机构的捣固装置，其特征在于：横向接头二(61)的转动轴与夹持装置(3)的运动平面垂直，纵向接头二(62)转动轴与夹持装置(3)的运动平面平行，横向接头二(61)使得张合驱动装置(2)与接头二(6)之间相对转动，从而将激振装置(1)产生的振动传递到夹持装置(3)。

8.如权利要求1所述的含偏心激振机构的捣固装置，其特征在于：纵向接头二(62)使张合驱动装置(2)可沿纵向接头二(62)的轴线摆动，从而仅将激振装置(1)产生在夹持装置(3)运动平面的运动传递给夹持装置(3)，消除其他方向的运动对夹持装置(3)的影响。

9.如权利要求1所述的含偏心激振机构的捣固装置，其特征在于：夹持装置(3)关于所述偏心轴(12)所在的轴线对称布置，对称布置的两个夹持装置(3)分别连接固定框架(4)，该夹持装置(3)与固定框架(4)之间的连接点构成接头三(7)，张合驱动装置(2)关于偏心轴(12)对称布置。

10.一种偏心激振捣固方法，其包括：

步骤S1:将捣固装置置于待捣固路段，开启捣固装置的旋转动力，张合驱动装置在旋转动力带动下驱动夹持装置在竖直平面内低幅高频摆动；

步骤S2:开启下插装置，使捣镐下插进入待捣固轨枕旁边的石砟中；

步骤S3:开启张合驱动装置，驱动接头二大幅摆动，接头二处的摆动通过夹持装置绕接头三转动，传递到了夹持镐端部，从而实现了夹持镐端部的夹持动作；夹持动作持续一段时间；

步骤S4: 待捣固作业完成后，提起下插装置使夹持镐离开石砟，并进入下一作业位置继续作业或驶离作业路段，

其特征在于：步骤S1-步骤S3中，夹持装置在接触石砟时旋转动力开启，夹持装置在竖直平面内振动；夹持装置离开石砟时，旋转动力切断，夹持装置停止振动，待再次插入石砟开始捣固作业时，旋转动力再次开启，捣固作业的同时，夹持装置在竖直平面内振动。

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