CN116852492A - 无砟轨道板三轴振动成型系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的无砟轨道板三轴振动成型系统，包括四个z向振动装置、旋转台座、振动平移装置、弹簧减震器、x向振动装置、轨道板模具和定位升降柱，所述的振动平移装置中部设有旋转台座，旋转台座上固定有z向振动装置和x向振动装置，z向振动装置对称分布在轨道板模具的底面四角，x向振动装置对称分布在轨道板模具沿y向的两侧面端部，所述的定位升降柱对称安装在轨道板模具底部。本发明的无砟轨道板三轴振动成型系统组成结构简单，通过对轨道板模具施加三轴振动激励，可使混凝土在轨道板模具中分布更加均匀，在提升振捣成型效率的同时大幅提高无砟轨道板成型质量，与传统单轴振动成型系统及方法相比具有更好地工况适应性。

Description

无砟轨道板三轴振动成型系统及方法

技术领域

本发明涉及高铁无砟轨道板生产领域，具体为一种无砟轨道板三轴振动成型系统及方法。

背景技术

目前，基于钢筋混凝土结构建造的无砟轨道板是我国高铁基建领域的新发展成果，已在全国范围内广泛使用。无砟轨道板的预制过程包括清模、安装预埋件、张拉、振动成型、蒸养、放张、脱模、水养和轨道板检测等复杂工序，其中，振动成型工艺是将铺设好钢筋网的轨道板模具转移至激振器上进行振捣处理，去除混凝土中夹杂的气泡，提升混凝土与钢筋网结合的密实程度，使模具中混凝土分布更加均匀，进而有效提高无砟轨道板的最终成型质量。

为了提高混凝土在轨道板模具中的振捣均匀性，现有无砟轨道板振捣成型技术通常在模具底部均匀布置若干振动电机作为激振器，但是该方法对模具施加自下而上的单轴振动激励，存在振动效率低、安装人工投入大、振动过程不可控和工艺效果差等问题，易导致混凝土内有大量的气泡残留，影响混凝土的密实性，进而影响轨道板的成型质量。为此，中国专利201611256789.2设计了一种高速铁路无砟轨道板流水机组生产线振动成型装置，该装置通过振动电机的自动快速拆装解决了无砟轨道板成型过程中存在的效率低及安装人工投入大等问题。中国专利202011416859.2设计了一种轨道板独立式振动台，该振动台通过液压动力源控制系统驱动动作缸及振动电机，实现轨道板振动成型过程的智能控制，进而有效提升工艺效果。但是，上述方法及装置只能实现对轨道板模具的单轴振动激励，对模具内混凝土振捣的均匀性提升效果有限，轨道板的成型质量不高，单轴振动还会导致远离振动电机安装位置的混凝土出现蜂窝麻面现象，进一步降低轨道板的最终成型质量。此外，由于无砟轨道板成型中混凝土向模具内不同部位逐渐浇筑过程中的上料速度不一致问题的影响，各激振器安装的模具部位通常还存在负载不均问题。为此，无砟轨道板振捣成型过程需由传统单轴振动激励模式提升为三轴振动激励模式，进而通过调节三轴振动的频率和轨迹，对负载变化的轨道板模具施加特定频率及维度更高的振动激励，使混凝土在模具中分布更加均匀，提高混凝土与钢筋网结合的密实性，在提升振捣成型效率的同时大幅提高无砟轨道板的成型质量。

发明内容

为有效解决传统轨道板单轴振动成型过程中存在的振动效率低、振动过程不可控及振捣工艺效果差等问题，本发明提出一种可给模具内的混凝土施加三个维度振动力的高均匀性及高质量无砟轨道板三轴振动成型系统及方法。

所述的无砟轨道板三轴振动成型系统包括四个z向振动装置、旋转台座、振动平移装置、弹簧减震器、x向振动装置、轨道板模具和定位升降柱，所述的振动平移装置中部设有旋转台座，旋转台座上固定有振动装置，所述的振动装置包括四个z向振动装置和x向振动装置，所述的四个z向振动装置对称分布在轨道板模具的底面四角，所述的x向振动装置对称分布在轨道板模具沿y向的两侧面端部，所述的轨道板模具沿x向两侧面对称设置四个y向振动接口，该振动接口用于将旋转后的x向振动装置与轨道板模具连接，所述的定位升降柱对称安装在轨道板模具底部，用于轨道板模具沿z向的定位。所述的振动平移装置用于调整旋转台座的位置，所述的旋转台座用于调整x向振动装置的方向，所述的z向振动装置用于给轨道板模具提供z向的振动力，所述的x向振动装置用于给轨道板模具提供x向和y向的振动力，所述的位于旋转台座上的弹簧减震器用于对x向振动装置进行辅助支撑，进而避免大质量x向振动装置产生侧向倾覆，增加整体装置的工作安全性。

所述的振动平移装置包括底座、平移台、连接头和四组液压缸。所述的底座上设有相互垂直的两条十字槽，固定在平移台上的旋转台座可沿着十字槽移动。所述的四组具有相同结构的液压缸对称分布在平移台的四个侧边，所述的平移台位于底座上方，平移台的四个侧边设有用于安装连接头的圆孔，所述的连接头与对应液压缸的缸杆端部接触。所述的液压缸均由外部液压系统进行控制，当y向的两组液压缸不工作，仅有x向两组液压缸的缸杆由外部液压系统控制以相同的速率反向运动时，平移台在相应的缸杆推动下沿着十字槽中的x向凹槽移动；当x向的两组液压缸不工作，仅有y向两组液压缸的缸杆由外部液压系统控制以相同的速率反向运动时，平移台在相应的缸杆推动下沿着十字槽中的y向凹槽移动。

所述的旋转台座包括立柱、水平台、旋转伺服电机、小齿轮、齿轮盘和气缸，所述的立柱固定在振动平移装置中的平移台中部通孔内，立柱可在振动平移装置的作用下沿着底座的十字槽移动，所述的水平台上方设有相互啮合的小齿轮和齿轮盘，所述的齿轮盘通过轴承安装在水平台上。所述的齿轮盘可绕水平台转动，其边缘对称设有四个用于锁紧气缸的定位孔，所述的水平台侧方固定有用于锁紧齿轮盘的气缸。当旋转台座工作时，旋转伺服电机驱动小齿轮旋转，进而带动齿轮盘旋转。当齿轮盘旋转90°后，位于齿轮盘上的x向振动装置的工作方向由x向转为y向，此时，气缸的缸杆在外部气动系统驱动下进入齿轮盘上的定位孔，齿轮盘可靠锁紧。

所述的z向振动装置包括z向伺服电机、z向传动系统、z向凸轮系统、z向振动板和z向底板，所述的z向伺服电机固定在z向底板上，所述的z向传动系统主要由两个z向带轮组成，该带轮用于将z向伺服电机的扭矩传递至z向凸轮系统。所述的z向凸轮系统固定在z向底板上方，所述的z向振动板固定在z向凸轮系统上方，z向凸轮系统中的凸轮可推动上方的z向振动板往复运动。z向振动装置工作时，z向伺服电机首先收到来自控制系统的转速信号，然后由z向伺服电机通过z向传动系统将扭矩传递给z向凸轮系统，z向凸轮系统中的凸轮旋转产生的往复振动力即可通过z向振动板传递给轨道板模具。

所述的x向振动装置包括x向伺服电机、x向传动系统、x向凸轮系统、x向振动板、x向底板和x向折板，所述的x向伺服电机固定在x向底板上，所述的x向底板右边固定有x向折板，所述的x向传动系统主要由两个x向带轮组成，该带轮用于将x向伺服电机的扭矩传递至x向凸轮系统，所述的x向凸轮系统固定在x向底板左侧，所述的x向振动板左侧固定有锁紧装置，所述的x向振动板固定在x向凸轮系统左侧，x向凸轮系统中的凸轮可推动x向振动板往复运动。x向振动装置工作时，x向伺服电机首先收到来自控制系统的转速信号，然后由x向伺服电机通过x向传动系统将扭矩传递给x向凸轮系统，x向凸轮系统中的凸轮旋转产生的往复振动力即可通过固定在x向振动板上的锁紧装置传递给轨道板模具。

结合上述三轴振动成型系统的结构以及工作原理，进一步对三轴振动成型系统产生三轴振动激励信号，完成对无砟轨道板三轴振捣成型工艺过程的具体步骤描述如下：

步骤一：首先通过转运小车将轨道板模具运送到定位升降柱上方，定位升降柱上升完成轨道板模具沿z向的定位，然后分别将与z向和x向设定的振动波形对应的凸轮分别安装在四个z向凸轮系统和四个x向凸轮系统中，轨道板模具两侧的振动平移装置分别推动x向振动装置朝向模具侧边运动，进而将轨道板模具与四个x向振动装置连接，然后四个x向振动装置中的x向振动板分别与轨道板模具锁紧，定位升降柱下降到与轨道板模具分离。

步骤二：四个z向振动装置中的z向伺服电机和x向振动装置中的x向伺服电机同时执行复位程序，使得四个z向振动装置和x向振动装置中的z向凸轮系统和x向凸轮系统中的凸轮转到所设定的初始位置，然后各自的z向伺服电机和x向伺服电机将相应的凸轮分别转动设定初始角度，通过调节凸轮初始角度实现z向和x向振动波形初相位的有效调节。

步骤三：四个z向振动装置中的z向伺服电机和四个x向振动装置中的x向伺服电机同时以设定的转速工作，通过传动系统驱动对应的z向凸轮系统与x向凸轮系统运动，凸轮系统中的凸轮推动相应的振动板产生z向振动力和x向振动力。其中，四个z向振动装置中的z向伺服电机转速与转向均相同，以保证四个z向振动装置产生同步z向振动力；位于模具y向两侧面的x向振动装置中伺服电机的转速相同、转动方向相反，以保证模具y向两侧面的x向振动装置产生方向相反的x向振动力，进而分别将振动力作用在轨道板模具两侧，使模具沿x向以设定的振动轨迹运动。与此同时，由于所述的x向振动装置各自的x向折板下方与对应的z向振动装置中的z向振动板固连，z向振动板产生的z向振动力可通过x向折板传递到x向振动装置中，此时，所述的无砟轨道板三轴振动成型系统即同时产生z向和x向的两轴同步振动。

步骤四：当z向与x向振动工艺结束后，定位升降柱上升到轨道板模具底部，x向振动装置中的x向振动板与轨道板模具取消锁紧状态，然后轨道板模具两侧的振动平移装置分别推动x向振动装置朝向远离模具的方向运动，进而将四个x向振动装置中的x向振动板与轨道板模具分离。

步骤五：旋转台座中的旋转伺服电机开始工作，四个x向振动装置在对应旋转台座的作用下绕z轴旋转，使四个x向振动装置均由x向转为y向，并分布于轨道板模具沿x向的两侧面端部，接着将所有x向凸轮系统中的凸轮更换为与y向设定的振动波形所对应的凸轮，然后轨道板模具两侧的振动平移装置推动x向振动装置朝轨道板模具的方向运动，使x向振动装置分别与轨道板模具上的y向振动接口连接，进而将x向振动装置中的x向振动板与轨道板模具锁紧，定位升降柱下降到与轨道板模具分离。

步骤六：x向振动装置中的x向伺服电机执行复位程序，使各自对应的x向凸轮系统中的凸轮转到所设定的初始位置，然后各x向伺服电机将相应的凸轮转动设定初始角度，通过调节凸轮初始角度可实现y向振动波形初相位的有效调节。

步骤七：x向振动装置中的x向伺服电机以设定的转速开始工作，通过x向传动系统驱动x向凸轮系统运动，凸轮系统中的凸轮推动各自的x向振动板产生y向振动力。其中，位于模具x向两侧面的x向振动装置中的x向伺服电机的转速相同、转动方向相反，以保证模具x向两侧的x向振动装置产生方向相反的y向振动力，进而分别将振动力作用在轨道板模具两侧，使模具沿y向以设定的振动轨迹运动。

步骤八：当y向的振动工艺结束后，振动平移装置分别推动x向振动装置朝向远离模具的方向运动，进而将四个x向振动装置中的x向振动板与轨道板模具分离，三轴振捣成型工艺过程结束。

本发明的有益效果在于：所述的无砟轨道板三轴振动成型系统结构简单，通过对轨道板模具施加三轴振动激励，可使混凝土在轨道板模具中分布更加均匀，在提升振捣成型效率的同时大幅提高无砟轨道板成型质量；此外，采用控制伺服电机的转速以及更换凸轮结构等方式可实现三轴振动成型系统产生的三轴振动频率及轨迹等参数的有效调节，进而使三轴振捣成型过程更好地适应混凝土浇筑过程的变负载工况，提升三轴振动成型系统的适用范围。

附图说明

图1为无砟轨道板三轴振动成型系统结构示意图；

图2为振动平移装置结构示意图；

图3为底座结构示意图；

图4为平移台结构示意图；

图5为旋转台座结构示意图；

图6为齿轮盘结构示意图；

图7为振动装置与旋转台座整体结构示意图；

图8为z向振动装置结构示意图；

图9为x向振动装置结构示意图；

图10为无砟轨道板三轴振动成型系统简化工作原理图；

图11为凸轮系统基本工作原理图；

图中，1-z向振动装置；2-旋转台座；3-振动平移装置；4-弹簧减震器；5、6、7、8-x向振动装置；9-轨道板模具；10-定位升降柱；11-z向伺服电机；12-z向传动系统；13-z向凸轮系统；14-z向振动板；15-z向底板；21-立柱；22-水平台；23-旋转伺服电机；24-小齿轮；25-齿轮盘；251-定位孔；26-气缸；261-缸杆；31-底座；311-十字槽；312-x向凹槽；313-y向凹槽；32-平移台；33-连接头；331-圆孔；34、35、36、37-液压缸；51-x向伺服电机；52-x向传动系统；53-x向凸轮系统；54-x向振动板；541-锁紧装置；55-x向底板；56-x向折板；91-y向振动接口。

具体实施方式

参照附图，进一步对本发明说明如下：

如图1所示的无砟轨道板三轴振动成型系统包括四个z向振动装置1、旋转台座2、振动平移装置3、弹簧减震器4、x向振动装置5、x向振动装置6、x向振动装置7、x向振动装置8、轨道板模具9和定位升降柱10，所述的振动平移装置3中部设有旋转台座2，旋转台座2上固定有振动装置，所述的振动装置包括四个z向振动装置1和x向振动装置5、6、7、8，所述的四个z向振动装置1对称分布在轨道板模具9的底面四角，所述的x向振动装置5、6、7、8对称分布在轨道板模具9沿y向的两侧面端部，所述的轨道板模具9沿x向两侧面对称设置四个y向振动接口91，该振动接口用于将旋转后的x向振动装置与轨道板模具9连接，所述的定位升降柱10对称安装在轨道板模具9底部，用于轨道板模具9沿z向的定位。所述的振动平移装置3用于调整旋转台座2的位置，所述的旋转台座2用于调整x向振动装置的方向，所述的z向振动装置用于给轨道板模具9提供z向的振动力，所述的x向振动装置用于给轨道板模具9提供x向和y向的振动力，所述的位于旋转台座2上的弹簧减震器4用于对x向振动装置进行辅助支撑，进而避免大质量x向振动装置产生侧向倾覆，增加整体装置的工作安全性。

如图2所示的振动平移装置3包括底座31、平移台32、连接头33和液压缸34、35、36、37。如图3所示的底座31上设有相互垂直的两条十字槽311，固定在平移台32上的旋转台座2可沿着十字槽311移动。如图2和图4所示，所述的四组具有相同结构的液压缸34、35、36、37对称分布在平移台32的四个侧边，所述的平移台32位于底座31上方，平移台32的四个侧边设有用于安装连接头33的圆孔331，所述的连接头33与对应液压缸的缸杆端部接触。所述的液压缸34、35、36、37均由外部液压系统进行控制，当液压缸35和液压缸37不工作，仅有液压缸34和液压缸36的缸杆由外部液压系统控制以相同的速率反向运动时，平移台32在相应的缸杆推动下沿着十字槽中311的x向凹槽312移动；当液压缸34和液压缸36不工作，仅有液压缸35和液压缸37的缸杆由外部液压系统控制以相同的速率反向运动时，平移台32在相应的缸杆推动下沿着十字槽311中的y向凹槽313移动。

如图5所示的旋转台座2包括立柱21、水平台22、旋转伺服电机23、小齿轮24、齿轮盘25和气缸26，所述的立柱21固定在振动平移装置3中的平移台32中部通孔内，立柱21可在振动平移装置3的作用下沿着底座31的十字槽311移动，所述的水平台22上方设有相互啮合的小齿轮24和齿轮盘25，所述的如图6所示的齿轮盘25通过轴承安装在水平台22上。所述的齿轮盘25可绕水平台22转动，其边缘对称设有四个用于锁紧气缸26的定位孔251，所述的水平台22侧方固定有用于锁紧齿轮盘25的气缸26。当旋转台座2工作时，旋转伺服电机23驱动小齿轮24旋转，进而带动齿轮盘25旋转。当齿轮盘25旋转90°后，如图5和图7所示，位于齿轮盘25上的x向振动装置5的工作方向由x向转为y向，此时，气缸26的缸杆261在外部气动系统驱动下进入齿轮盘25上的定位孔251，齿轮盘25可靠锁紧。

如图8所示的z向振动装置1包括z向伺服电机11、z向传动系统12、z向凸轮系统13、z向振动板14和z向底板15，所述的z向伺服电机11固定在z向底板15上，所述的z向传动系统12主要由两个z向带轮组成，该带轮用于将z向伺服电机11的扭矩传递至z向凸轮系统13。所述的z向凸轮系统13固定在z向底板15上方，所述的z向振动板14固定在z向凸轮系统13上方，z向凸轮系统13中的凸轮可推动上方的z向振动板14往复运动。z向振动装置1工作时，z向伺服电机11首先收到来自控制系统的转速信号，然后由z向伺服电机11通过z向传动系统12将扭矩传递给z向凸轮系统13，z向凸轮系统13中的凸轮旋转产生的往复振动力即可通过z向振动板14传递给轨道板模具9。

如图1所示，所述的x向振动装置5、6、7、8具有相同的结构和工作原理，以x向振动装置5为例说明如下：如图9所示，x向振动装置5包括x向伺服电机51、x向传动系统52、x向凸轮系统53、x向振动板54、x向底板55和x向折板56，所述的x向伺服电机51固定在x向底板55上，所述的x向底板右边固定有x向折板56，所述的x向传动系统53主要由两个x向带轮组成，该带轮用于将x向伺服电机51的扭矩传递至x向凸轮系统53，所述的x向凸轮系统53固定在x向底板55左侧，所述的x向振动板54左侧固定有锁紧装置541，所述的x向振动板54固定在x向凸轮系统53左侧，x向凸轮系统53中的凸轮可推动x向振动板54往复运动。x向振动装置5工作时，x向伺服电机51首先收到来自控制系统的转速信号，然后由x向伺服电机51通过x向传动系统52将扭矩传递给x向凸轮系统53，x向凸轮系统53中的凸轮旋转产生的往复振动力即可通过固定在x向振动板54上的锁紧装置541传递给轨道板模具9。

如图10所示为无砟轨道板三轴振动成型系统简化工作原理图，结合图1和图10，进一步对所述的三轴振动成型系统产生三轴振动激励信号，完成对无砟轨道板三轴振捣成型工艺过程的具体步骤描述如下：

步骤一：首先通过转运小车将轨道板模具9运送到定位升降柱10上方，定位升降柱10上升完成轨道板模具9沿z向的定位，然后分别将与z向和x向设定的振动波形对应的凸轮分别安装在四个z向凸轮系统和四个x向凸轮系统中，轨道板模具9两侧的振动平移装置分别推动x向振动装置5、6、7、8朝向模具侧边运动，进而将轨道板模具9与四个x向振动装置连接，然后四个x向振动装置中的x向振动板分别与轨道板模具9锁紧，定位升降柱10下降到与轨道板模具9分离。

步骤二：四个z向振动装置1中的z向伺服电机和x向振动装置5、6、7、8中的x向伺服电机同时执行复位程序，使得四个z向振动装置和x向振动装置5、6、7、8中的z向凸轮系统和x向凸轮系统中的凸轮转到所设定的初始位置，然后各自的z向伺服电机和x向伺服电机将相应的凸轮分别转动设定初始角度，通过调节凸轮初始角度实现z向和x向振动波形初相位的有效调节。

步骤三：四个z向振动装置1中的z向伺服电机和四个x向振动装置5、6、7、8中的x向伺服电机同时以设定的转速工作，通过传动系统驱动对应的z向凸轮系统与x向凸轮系统运动，凸轮系统中的凸轮推动相应的振动板产生z向振动力和x向振动力。其中，四个z向振动装置中的z向伺服电机转速与转向均相同，以保证四个z向振动装置产生同步z向振动力；x向振动装置5、6与x向振动装置7、8中伺服电机的转速相同、转动方向相反，以保证x向振动装置5、6与x向振动装置7、8产生方向相反的x向振动力，进而分别将振动力作用在轨道板模具9两侧，使模具沿x向以设定的振动轨迹运动。与此同时，由于所述的x向振动装置5、6、7、8各自的x向折板下方与对应的z向振动装置中的z向振动板固连，z向振动板产生的z向振动力可通过x向折板传递到x向振动装置中，此时，所述的无砟轨道板三轴振动成型系统即同时产生z向和x向的两轴同步振动。

步骤四：当z向与x向振动工艺结束后，定位升降柱10上升到轨道板模具9底部，x向振动装置5、6、7、8中的x向振动板与轨道板模具9取消锁紧状态，然后轨道板模具9两侧的振动平移装置分别推动x向振动装置朝向远离模具的方向运动，进而将四个x向振动装置中的x向振动板与轨道板模具9分离。

步骤五：旋转台座2中的旋转伺服电机开始工作，其中，x向振动装置5、7在对应旋转台座2的作用下绕z轴顺时针旋转90°，x向振动装置6、8在对应旋转台座2的作用下绕z轴逆时针旋转90°，四个x向振动装置5、6、7、8均由x向转为y向，并分布于轨道板模具沿x向的两侧面端部，接着将所有x向凸轮系统中的凸轮更换为与y向设定的振动波形所对应的凸轮，然后轨道板模具9两侧的振动平移装置3推动x向振动装置朝轨道板模具9的方向运动，使x向振动装置5、6、7、8分别与轨道板模具9上的y向振动接口91连接，进而将x向振动装置5、6、7、8中的x向振动板与轨道板模具9锁紧，定位升降柱10下降到与轨道板模具9分离。

步骤六：x向振动装置5、6、7、8中的x向伺服电机执行复位程序，使各自对应的x向凸轮系统中的凸轮转到所设定的初始位置，然后各x向伺服电机将相应的凸轮转动设定初始角度，通过调节凸轮初始角度可实现y向振动波形初相位的有效调节。

步骤七：x向振动装置5、6、7、8中的x向伺服电机以设定的转速开始工作，通过x向传动系统驱动x向凸轮系统运动，凸轮系统中的凸轮推动各自的x向振动板产生y向振动力。其中，x向振动装置5、8与x向振动装置6、7中的x向伺服电机的转速相同、转动方向相反，以保证x向振动装置5、8与x向振动装置6、7产生方向相反的y向振动力，进而分别将振动力作用在轨道板模具9两侧，使模具沿y向以设定的振动轨迹运动。

步骤八：当y向的振动工艺结束后，振动平移装置分别推动x向振动装置5、6、7、8朝向远离模具的方向运动，进而将四个x向振动装置中的x向振动板与轨道板模具9分离，三轴振捣成型工艺过程结束。

进一步，所述的步骤三及步骤七中伺服电机设定转速n_x的选取规律计算过程如下：

首先，假设在某种工况下，x向设定的目标振动输出波形为，式中，A_x为振幅，f_x为振动频率，t为时间，δ_x(t)为x向的凸 轮随时间变化的转动角度，φ_x为初相位。基于此，x向伺服电机转动角速度可表示为：，式中，i_x为x向传动系统的传动比。然后，通过x向伺服电机的转动角速度 即可计算得到其转速n_x为：。可见，伺服电机的转速n_x与振动频率 f_x之间为函数关系，可通过控制x向伺服电机的转速来调节x向的振动频率。由于z向振动装 置的工作原理与x向振动装置相同，可按照相同计算过程推导出无砟轨道板三轴振动成型 系统中z向伺服电机的设定转速。

进一步，所述的步骤一中z向与x向设定振动波形对应的凸轮以及步骤五中y向设定振动波形对应的凸轮均不相同，其凸轮轮廓的设计过程如下：

(a)：首先，假设x向设定的目标振动输出波形同样为S_x(δ_x(t))，为说明凸轮轮廓的设计过程，可建立如图11所示的凸轮系统基本工作原理图，该图与图9中的x向凸轮系统53对应，其中，e为凸轮系统对应滚子安装的偏心距、r₀为凸轮的基圆半径、r_r为滚子半径、θ为滚子所在位置的法线与x向夹角、δ_x(t)为凸轮随时间变化的转动角度，S为凸轮轴上的切点到对应凸轮基圆上一点的距离。根据相对运动原理，机构中各构件间的相对运动保持不变，进而可以将凸轮视为静止构件、滚子视为绕凸轮轴心的旋转构件，当凸轮视为静止时，滚轮中心的运动轨迹即为凸轮的理论轮廓线。基于此，当x向凸轮系统中的凸轮转过如图11所示的δ_x(t)角度时，x向振动板对应产生的位移为S_x(δ_x(t))，由此可确定滚子中心在A点的坐标(x，y)，即凸轮的理论廓线方程为：

(1)

由图11中几何关系可知：，进一步代入式(1)可得

(2)

(b)：进一步，由于实际工作过程中，凸轮轮廓与滚子的接触点在滚子圆周上，因 此，基于式(2)，结合图11中的几何关系可计算出凸轮的实际工作廓线上B点的坐标， 即凸轮的实际工作廓线方程为：

(3)

(c)：最后，按照上述步骤计算得到的凸轮实际工作廓线方程，即可设计出x向设定振动波形对应的凸轮轮廓。同理，可进一步推导出无砟轨道板三轴振动成型系统中y、z向设定振动波形对应的凸轮实际工作廓线方程，进而设计出y、z向对应的凸轮结构。基于设计的各凸轮结构，可进一步制造完成相应的凸轮系统，进而通过更换步骤一及步骤五中对应的凸轮即可实现x、y、z向振动波形的有效调节。

本发明所述的无砟轨道板三轴振动成型系统结构简单，通过对轨道板模具施加三轴振动激励，可使无砟轨道板成型中混凝土振捣更加均匀，在提升振捣成型效率的同时大幅提高无砟轨道板成型质量。此外，采用控制伺服电机的转速以及更换凸轮结构等方式可实现三轴振动成型系统产生的三轴振动频率及轨迹等参数的有效调节，进而使三轴振捣成型过程更好地适应混凝土浇筑过程的变负载工况，提升三轴振动成型系统的适用范围。

说明书实施例所记载的内容仅仅是对发明构思实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (6)

1.无砟轨道板三轴振动成型系统，包括四个z向振动装置、旋转台座、振动平移装置、弹簧减震器、x向振动装置、轨道板模具和定位升降柱，所述的振动平移装置中部设有旋转台座，旋转台座上固定有振动装置，所述的振动装置包括四个z向振动装置和x向振动装置，所述的四个z向振动装置对称分布在轨道板模具的底面四角，所述的x向振动装置对称分布在轨道板模具沿y向的两侧面端部，所述的轨道板模具沿x向两侧面对称设置四个y向振动接口，该振动接口用于将旋转后的x向振动装置与轨道板模具连接，所述的定位升降柱对称安装在轨道板模具底部，用于轨道板模具沿z向的定位。所述的振动平移装置用于调整旋转台座的位置，所述的旋转台座用于调整x向振动装置的方向，所述的z向振动装置用于给轨道板模具提供z向的振动力，所述的x向振动装置用于给轨道板模具提供x向和y向的振动力，所述的位于旋转台座上的弹簧减震器用于对x向振动装置进行辅助支撑，进而避免大质量x向振动装置产生侧向倾覆，增加整体装置的工作安全性。

2.根据权利要求1所述的无砟轨道板三轴振动成型系统，其特征是：所述的振动平移装置包括底座、平移台、连接头和四组液压缸。所述的底座上设有相互垂直的两条十字槽，固定在平移台上的旋转台座可沿着十字槽移动。所述的四组具有相同结构的液压缸对称分布在平移台的四个侧边，所述的平移台位于底座上方，平移台的四个侧边设有用于安装连接头的圆孔，所述的连接头与对应液压缸的缸杆端部接触。所述的液压缸均由外部液压系统进行控制，当y向的两组液压缸不工作，仅有x向两组液压缸的缸杆由外部液压系统控制以相同的速率反向运动时，平移台在相应的缸杆推动下沿着十字槽中的x向凹槽移动；当x向的两组液压缸不工作，仅有y向两组液压缸的缸杆由外部液压系统控制以相同的速率反向运动时，平移台在相应的缸杆推动下沿着十字槽中的y向凹槽移动。

3.根据权利要求1所述的无砟轨道板三轴振动成型系统，其特征是：所述的旋转台座包括立柱、水平台、旋转伺服电机、小齿轮、齿轮盘和气缸，所述的立柱固定在振动平移装置中的平移台中部通孔内，立柱可在振动平移装置的作用下沿着底座的十字槽移动，所述的水平台上方设有相互啮合的小齿轮和齿轮盘，所述的齿轮盘通过轴承安装在水平台上。所述的齿轮盘可绕水平台转动，其边缘对称设有四个用于锁紧气缸的定位孔，所述的水平台侧方固定有用于锁紧齿轮盘的气缸。当旋转台座工作时，旋转伺服电机驱动小齿轮旋转，进而带动齿轮盘旋转。当齿轮盘旋转90°后，位于齿轮盘上的x向振动装置的工作方向由x向转为y向，此时，气缸的缸杆在外部气动系统驱动下进入齿轮盘上的定位孔，齿轮盘可靠锁紧。

4.根据权利要求1所述的无砟轨道板三轴振动成型系统，其特征是：所述的z向振动装置包括z向伺服电机、z向传动系统、z向凸轮系统、z向振动板和z向底板，所述的z向伺服电机固定在z向底板上，所述的z向传动系统主要由两个z向带轮组成，该带轮用于将z向伺服电机的扭矩传递至z向凸轮系统。所述的z向凸轮系统固定在z向底板上方，所述的z向振动板固定在z向凸轮系统上方，z向凸轮系统中的凸轮可推动上方的z向振动板往复运动。z向振动装置工作时，z向伺服电机首先收到来自控制系统的转速信号，然后由z向伺服电机通过z向传动系统将扭矩传递给z向凸轮系统，z向凸轮系统中的凸轮旋转产生的往复振动力即可通过z向振动板传递给轨道板模具。

5.根据权利要求1所述的无砟轨道板三轴振动成型系统，其特征是：所述的x向振动装置包括x向伺服电机、x向传动系统、x向凸轮系统、x向振动板、x向底板和x向折板，所述的x向伺服电机固定在x向底板上，所述的x向底板右边固定有x向折板，所述的x向传动系统主要由两个x向带轮组成，该带轮用于将x向伺服电机的扭矩传递至x向凸轮系统，所述的x向凸轮系统固定在x向底板左侧，所述的x向振动板左侧固定有锁紧装置，所述的x向振动板固定在x向凸轮系统左侧，x向凸轮系统中的凸轮可推动x向振动板往复运动。x向振动装置工作时，x向伺服电机首先收到来自控制系统的转速信号，然后由x向伺服电机通过x向传动系统将扭矩传递给x向凸轮系统，x向凸轮系统中的凸轮旋转产生的往复振动力即可通过固定在x向振动板上的锁紧装置传递给轨道板模具。

6.根据权利要求1所述的无砟轨道板三轴振动成型系统，其特征是：所述的三轴振动成型系统产生三轴振动激励信号，完成对无砟轨道板三轴振捣成型工艺过程的具体步骤为：

步骤一：首先通过转运小车将轨道板模具运送到定位升降柱上方，定位升降柱上升完成轨道板模具沿z向的定位，然后分别将与z向和x向设定的振动波形对应的凸轮分别安装在四个z向凸轮系统和四个x向凸轮系统中，轨道板模具两侧的振动平移装置分别推动x向振动装置朝向模具侧边运动，进而将轨道板模具与四个x向振动装置连接，然后四个x向振动装置中的x向振动板分别与轨道板模具锁紧，定位升降柱下降到与轨道板模具分离。

步骤二：四个z向振动装置中的z向伺服电机和x向振动装置中的x向伺服电机同时执行复位程序，使得四个z向振动装置和x向振动装置中的z向凸轮系统和x向凸轮系统中的凸轮转到所设定的初始位置，然后各自的z向伺服电机和x向伺服电机将相应的凸轮分别转动设定初始角度，通过调节凸轮初始角度实现z向和x向振动波形初相位的有效调节。

步骤三：四个z向振动装置中的z向伺服电机和四个x向振动装置中的x向伺服电机同时以设定的转速工作，通过传动系统驱动对应的z向凸轮系统与x向凸轮系统运动，凸轮系统中的凸轮推动相应的振动板产生z向振动力和x向振动力。其中，四个z向振动装置中的z向伺服电机转速与转向均相同，以保证四个z向振动装置产生同步z向振动力；位于模具y向两侧面的x向振动装置中伺服电机的转速相同、转动方向相反，以保证模具y向两侧面的x向振动装置产生方向相反的x向振动力，进而分别将振动力作用在轨道板模具两侧，使模具沿x向以设定的振动轨迹运动。与此同时，由于所述的x向振动装置各自的x向折板下方与对应的z向振动装置中的z向振动板固连，z向振动板产生的z向振动力可通过x向折板传递到x向振动装置中，此时，所述的无砟轨道板三轴振动成型系统即同时产生z向和x向的两轴同步振动。

步骤四：当z向与x向振动工艺结束后，定位升降柱上升到轨道板模具底部，x向振动装置中的x向振动板与轨道板模具取消锁紧状态，然后轨道板模具两侧的振动平移装置分别推动x向振动装置朝向远离模具的方向运动，进而将四个x向振动装置中的x向振动板与轨道板模具分离。

步骤五：旋转台座中的旋转伺服电机开始工作，四个x向振动装置在对应旋转台座的作用下绕z轴旋转，使四个x向振动装置均由x向转为y向，并分布于轨道板模具沿x向的两侧面端部，接着将所有x向凸轮系统中的凸轮更换为与y轴设定的振动波形所对应的凸轮，然后轨道板模具两侧的振动平移装置推动x向振动装置朝轨道板模具的方向运动，使x向振动装置分别与轨道板模具上的y向振动接口连接，进而将x向振动装置中的x向振动板与轨道板模具锁紧，定位升降柱下降到与轨道板模具分离。

步骤六：x向振动装置中的x向伺服电机执行复位程序，使各自对应的x向凸轮系统中的凸轮转到所设定的初始位置，然后各x向伺服电机将相应的凸轮转动设定初始角度，通过调节凸轮初始角度可实现y向振动波形初相位的有效调节。

步骤七：x向振动装置中的x向伺服电机以设定的转速开始工作，通过x向传动系统驱动x向凸轮系统运动，凸轮系统中的凸轮推动各自的x向振动板产生y向振动力。其中，位于模具x向两侧面的x向振动装置中的x向伺服电机的转速相同、转动方向相反，以保证模具x向两侧面的x向振动装置产生方向相反的y向振动力，进而分别将振动力作用在轨道板模具两侧，使模具沿y向以设定的振动轨迹运动。

步骤八：当y向的振动工艺结束后，振动平移装置分别推动x向振动装置朝向远离模具的方向运动，进而将四个x向振动装置中的x向振动板与轨道板模具分离，三轴振捣成型工艺过程结束。