1、2.2 总体设计主要内容内容包括：系统原理方案构思；结构方案构思；总体布局与环境设计；主要参数及技术指标确定。2.2.1 系统原理方案构思遵循“简单为最优”原则，原理方案如下：动力源传动系统驱动、走行及工作装置（外加一套控制调节系统） 。2.2.2 结构方案构思多用途作业车属于工程机械的范畴，因此，结构上同样由以下几大部分构成：a.动力装置如图 2.1图 2.1 动力装置b.内燃机、电动机，尤其是内燃机中的柴油机，常用来作为工程机械的动力装置。本设计中，拟采用柴油机作为总动力装置，用来为作业车的走行和工作装置的作业提供动力。柴油机类型的选择则以工作装置的需要为主要依据来选择转速、功率来确定型号
2、，再根据其安装尺寸来具体布置。c.传动系用以保证作业车的行走传动。有机械传动、液力机械传动、液压传动、电传动之分。传动系由分动箱、主离合器、液力变矩器、变速箱、万向节与传动轴、驱动桥等组成。本设计拟采用液压传动。d.行走系用以在其上装工程机械各个部件与保证行走式工程机械在地面上行进。有轮胎式、轨行式、履带式、步行式行走装置之分。轮胎式由机架、悬架、桥壳与轮胎、轮辋等组成。履带式由机架、履带架、四轮一带等组成。轨行式由机架、转向架、轮对等组成。步行式由机架、步行装置等组成。由于钢轨作业车的作业对象是钢轨，因此，作业车在钢轨上行走是最方便的，因此我们选择轨行式行走系。e.转向系用以保证行走式工程机
3、械行走时的转变行走方向。轨行式由轨道引导转向。f.制动系用以保证行走时的减速与停止。轨行式机械常装以机车车辆的制动装置与制动系统。g.工作装置主要实现以下功能：1. 钢轨打磨；2. 轨枕捣固；3.钢轨探伤；4. 限界保持；5. 清扫； 6.除雪； 7.照明；8.吊轨收轨2.2.3 总体布局方案选择与论证a.确定工作装置的形式、驱动方式与布置（1）多用途作业车总的工作形式：根据铁路线路养护和维修的作业要求，参照国内外大型养路作业机械的作业流程和铁路线路维修规则中的作业要点，设计了两种方案：方案一示意框图如图 2.2： 图 2.2 车体结构图该总体方案参照接触网维修作业车的设计，采用单一作业车进行
4、作业，如图所示：有内燃机布置的一端为作业车的前端，除雪装置布局在作业车的前端，限界保持装置布置在作业车的中部，钢轨打磨、 轨枕捣固、清扫、钢轨探伤、钻孔切断等功能在作业车后端的工作装置轮换平台实现；吊轨收轨、照明等功能通过吊机及上面布置的照明装置实现；物料堆放室布置在控制室的后面，各种工作装置、工具、钢轨及其他一些物品存在此处。作业车的动力由内燃机提供，前后各布置一个。内燃机驱动发电机，发电机驱动泵；内燃机驱动分动箱，提供作业车走形动力。前后各布置一台内燃机，前面的提供一般情况下的牵引和运输动力；后面的内燃机起保险的作业，当前面的内燃机出故障时，由它提供走形的动力，负责把作业车拖出作业区间，以
5、免影响线路的正常使用。该作业车的核心技术是工作装置轮换平台的实现。它涉及各个工作装置动力源及安装平台的提供。首先，这些工作装置中，有的需要液压驱动，有的则是电力驱动，工作装置轮换平台需要为他们提供正常工作时的动力源的接口，即当每个工作装置需要工作时，通过一个通道把工作装置从物料堆放室运输到工作装置轮换平台，在把工作装置连接到工作装置轮换平台提供的动力接口，即可开始工作。其次，各个工作装在固定时需要共用一个平台，这就需要分析各种装置的特性进而涉及最理想的安装平台。方案二示意框图如图 2.3：图 2.3 头对头连挂图 2.4 钢轨作业方案图该方案采用两作业车连挂进行作业，共分为两种连挂方式，图 2
6、.4 为实现吊轨收轨功能，图 2.3 为除了吊轨收轨功能之外所有的功能实现示意框图。在吊轨收轨时，中间连挂两辆一定规格的轨道平车，用于存放钢轨，吊机布置位置，参照接触网维修车，布局在车尾左端位置，两辆车采用相同的布局。吊轨道时，两作业车的吊机同时工作，各吊钢轨的一端，把钢轨放在轨道平车合适的位置上。在实现其他功能时，待工作的作业装置存放在号作业车的平板上，限界保持、清扫、除雪等工作装置工作时固定在多用途车所在的区域，他们共用一个安装平台，形成统一的标准，方便拆卸；钢轨打磨、轨枕捣固、钢轨探伤等工作装置直接作用在作业的对象上，由人辅助操纵，作业车提供动力来源。作业装置如果需要电力驱动，即从作业车
7、上面牵引出电线接到工作装置上，作业车需装载一个适当规格的变压器，以适合不通的电压要求；作业装置如果需要液压驱动，即从作业车上面牵引出液压油管接到工作装置上，不同的作业装置需要不同的压力，作业车液压系统需要满足这个条件。同时作业车需提供 0-5Km/h 的低速走形速度，配合作业的工作装置完成作业。结论：通过对以上两种总体方案的分析，我们得到：对于第一种方案来说，首先作业车配备两台内燃机，由于作业车选用的内燃机性能都非常好，出故障的概率很小，这样另外一个内燃机需要长时间的闲置，这样维护的费用很高，另外本身存在折旧，从经济性的角度考虑很不使用。其次，作业车本身存放钢轨及其他一些物品，这样作业车的长度
8、就会很大，转弯时就困难一些，本身的重量也会很大，对牵引力和牵引功率都有很高的要求。再次，工作装置轮换平台的技术可能在实现的过程中，技术难度很大，即使实现了，作业车的成本也会很高，这样就与原本经济灵活的出发角度相悖。对于第二种方案来说，首先，采用两个连挂出行，如果一辆作业车出故障时，则另外一辆提供动力，把车拖出作业区间，此外该方案运作灵活，高效。因此，作业车的总体方案采用方案二。（2）作业车各工作装置功能实现分析a）吊轨收轨：吊机位置的分析如图 2.5：图 2.5 吊机位置分析图 2.6 吊机位置布局示意图中的、表示吊机图 2.5、图 2.6 分别展示了吊机两种布置方式，在图 1 中，吊机布置在
9、车尾中间的位置，这样对整个作业车的稳定性有很大的帮助，但是在调运其他的工作装置时，吊机运动的范围较大，对吊机的性能要求更高，另外吊机在尾部的正中间，这样占据了车板一定的空间，不利于物品的存放。在图 2.6 中，吊机的位置参照接触网维修作业车吊机的布置，布局在车尾左边的位置，这样不仅不会影响到操作室工作人员的视野，在吊轨的时候运动的范围也叫小，另外让出中间的位置可以让出空间存放物品。因此，吊机的位置采用图 2.6 的方案。布局在车尾左端位置，两辆车采用相同的布局。b）调运钢轨转弯是可行性分析图 2.7 调运钢轨可行性分析示意图：弧线表示转弯时列车弯曲的形状表示最小转弯半径 500m，圆心角为 弦
10、的长度 L 表示在选用的轨道平车参数下，转弯时所允许的钢轨的理论长度。轨道平车规格 （长度包含车钩，高度为车钩距离地14208920面） 。 5m.弧 度L20sin28轨长 25因此，当轨道平车规格 （长度包含车钩，高度为车钩距1409离地面） ，转弯时可以正常通过。b. 发动机的布置发动机的布置应综合考虑其对传动系布置、机械重心位置、附着重量、机械总体稳定性的影响。发动机尽可能远离驾驶室。c. 传动装置及其布置拟定传动方案时，在满足各种作业情况要求的前提下，应尽可能缩短传动路线，减少传动件及特种传动件，尽可能选用传动效率高的传动零部件，而且各传动副的传动比应在允许范围之内。此处还应考虑操纵
11、方便，维护方便，制造工艺好，成本低，工作可靠等因素。传动方案拟定之后，布置传动装置时应因地制宜，综合考虑整机总体性能的一致性及操纵、维修、保养方便，工作安全可靠，离地间隙等因素。2.3 总体设计主要参数及依据（1） 作业车性能参数1.作业要求：0-5km/h 的低速走行速度2.最高运行速度：90km/h3.主要参数：轮对与钢轨的滚动摩擦系数 0.054.爬坡能力 走形坡度 18 ；作业坡度 12。5.通过最小曲线半径：指配用某种型式转向架的车辆在站场或厂、段内调车是所能安全通过的最小曲线半径。该车能通过的最小曲线半径为 500m。6.每延米轨道载重：是车辆设计中与桥梁、线路强度密切相关的一个指
12、标，同时又是能否充分利用站线长度、提高运输能力的一个指标，其数值是车辆总质量与车辆全长之比。该作业车延米轨道载重为 3t8t 符合设计要求。（2）.车体的设计尺寸必须在机车车辆限界范围之内，如图 2.8： 图 2.8 机车车辆限界机车车辆限界基本轮廓。电气化铁路干线上运用的电力机车。列车信号装置限界轮廓。* 电力机车在距轨面高 3501250mm 范围内为 1675mm。（3） 车辆尺寸参数1.多用途作业车车体总体尺寸1350030004500（长，宽，高；单位：毫米）(1)车体全宽 由于多用途作业车采用轨行式行走系，所以车体全宽主要依据标准轨距来确定。标准轨距为 1435mm，故初取机体全宽
13、为 3000mm。 (2)车体全长机体全车长是由车体上个系统部件的大小及其布置形式来确定的。根据实际情况的考虑，初取机体全长 13500mm。(3)车体全高机体全高由机架及吊机高度决定。由于多用途作业车最高的部分是吊机，铁路的限界高度为 5.6m 左右，作业时，要求工作装置距离接触网 1m 之外，因此机体全高初取为 4500mm。2.车辆定距：即转向架中心间距，此多用途作业车为 7200mm。3.转向架固定轴距：不论是二轴转向架还是多轴转向架，同一转向架最前位轮轴中心线与最后位轮轴中心线之间的距离，此多用途作业车为 2400mm。4.机体重量机体总重主要是根据钢铁的密度和机体的尺寸粗略估计。钢
14、铁密度 3/9.7mt机体的当量体积估算如下： 3V13.54.02.645m所以总重为 ，估算机体总重为 30t。.628tM其中在不装配其他工作装置的情况下，只考虑永久固结在车体上的装置，重量约为 18t，其他工作装置的重量合计约为 12t，其中除雪装置 2.5t，钢轨打磨装置 3t，轨枕捣固 0.5t，清扫装置 3.5t，限界保持 2.0t，钢轨探伤0.5t。5.车钩中心线距轨道面高度:简称车钩高。它是指车钩钩舌头外侧面的中心线至轨道面的高度。列车中机车与各个车辆的车钩高基本一致，是保证正常传递牵引力及列车运行时不会发生脱钩事故所必需的。我国规定新造或修竣后的空车标准车钩高为 880mm
15、；其他国家由各自的历史条件决定了其使用的车钩高。6.地板面高度：地板面距轨道面的高度与车钩高一样，均指新造或修竣后空车的数值。它将受到两方面的制约，一是车辆本身某些结构刚度的限制，如车钩及转向架下心盘面的高度等；另一方面又与站台高度的标准有关，如货物站台高度 1.1m，通用货车车种的地板面应与站台高度相适应，以便装卸。旅客列车便于人员在各车厢间通过，通过台处渡板距轨面高度均为 1333mm，各种客车地板面距轨面高度也大致相近。此多用途作业车为 1450mm。各作业装置功能实现方式及安装方案设计3.1 铁路多用途作业车组成及作业方案3.1.1 多用途作业车标准车体组成及各部分功能根据总体设计要求
16、，既能能实现多种功能，又属于小型养护和维修范畴的自动化机械设备，该作业车包括以下工作装置：1. 钢轨打磨；2. 轨枕捣固；3.钢轨探伤；4. 限界保持；5. 清扫； 6.除雪； 7.照明；8.吊轨收轨。如图所示，该作业车工作系统主要包括两个部分，临时安装的部分（包括1、2、3、4、5、6）和永久固定在车体上的部分（包括 6、7） 。永久固定在车体上的部分和车体我们称为多用途作业车的标准车体（如图 3.1） ，当临时安装的部分和车体固定的时候都涉及与车体的安装问题。多用途作业车车体是该作业车的核心部分，由操作室，车架，转向架，吊机，卷扬机等几部份组成，是动力来源和承载负荷的核心部件。吊机是整车与
17、各工作装置之间的纽带，各种工作装置的调运和钢轨的调运均需要吊机的工作。工作装置不工作时将从车体上拆卸下来，摆放在作业车的中部，每个工作装置质量都很大，例如，铲雪机构的推雪板的重量是 3t 左右，单凭人力是不太可能从车体上搬运到工作部位的，故安装吊机是必要的。图 3.1 铁路多用途作业车车体吊机吊装的范围是从工作平台的摆放各种工作机构的位置到机构的安装位置。整车的长度是 13.5 米，司机室占用了 5 米。其余的 8.5 米是工作平台，工作平台的一部分是用来摆放各种工作装置的，车尾部用于安装吊机和各种设备的安装装置。所以吊机的起吊装置的吊装范围定为 56 米。该作业车的吊机还有另外一个很重要的用
18、途，在捣固和打磨装置工作时，捣固装置本身的走形动力由人力提供，但是这两个装置的工作动力都由主车体提供的液压动力，由于捣固和打磨装置的走行与主车体的走形不同步，这就需要提供动力的液压管路有一定的伸缩性，如果把油管直接放在地面则会增加油管的磨损，此时借助吊机的滑轮组，把油管布置在吊机上，则会很好的进行油管的伸缩，以保证给捣固和打磨装置提供动力。照明装置：采用 YM500D 囟钨灯，额定电压 380v，额定功率 1000w，装置借助液压机构可实现 360 度旋转，以便在 200m 外的工作区域达到照明要求。动力源：该作业车车体将提供铁路多用途作业车牵引和各个工况的所有动力，内燃机后面连接分动箱，分动
19、箱与发动机、液压泵、发电机相连接，以提供多用途作业车需要的各种不同类型的动力。承载负荷：除了承载车体本身的重量之外，还要承载车体的装备重量，即各种工作装置与车体安装后总的重量，这就要求车体有足够的强度要求。3.1.2 作业方案及系统布局在整车之间的设计中，我们准备采用两车挂接的方式。两车挂接，在工作时将两辆多用途作业车连挂出去工作，主要原因有以下几点：（1）两车连挂，防止了在作业过程中，一车发生故障而停止作业的的状况发生，在一车发生状况时，另一车可以完成作业及运输任务。有效的避免因车体故障影响运输的弊端。（2）在设计中，我们有运输钢轨的功能，在两车都设有吊机的情况下，可以更有效率的完成把钢轨从
20、路基搬运到平板车的任务，以及从平板车上卸下钢轨的任务。（3）铁路养护作业是双方向的，两车挂接，有效的完成了这一任务，当作业车向右行驶时，右车可以做牵引车用；作业车向左行驶时，左车可以做牵引车用。这样，避免了繁琐的转头工作。捣固装置：该捣固装置每两台连为一组，每台停占一根钢轨。在通常情况下，两台捣固机同时使用。作业完成后，在本设计中利用吊机迅速调离轨道，或停在路肩上，或吊回多功能作业车的工作平台，不侵占铁路建筑限界，不影响列车的运行，捣固机的主要工作部件的运动由液压操纵，结构简单，操作方便，捣固质量较好，效率较高，搬运由于有多功能作业车吊机的协助比较方便。作业车系统的总体布局如图 3.2：图 3
21、.2 多用途作业车系统总体布局铁路多用途作业车打磨装置：采用单边外轨打磨， ，结构简单，便于操作，该方案采用加紧轮驱动，既能克服巨大的切削反力又能提供足够的驱动力，在需要更换车道时，用起重机构起吊完成，由主车的起吊机构牵引油管为打磨车提供所需的液压油，打磨车走行速度为 100m/h。而基础车时断时续的跟着打磨车前进，所以油管有一定的伸缩空间。打磨车在完成工作时，由起吊装置装回运输平台。集成的工作装置如图 3.3：图 3.3 集成的工作装置除雪装置：在需要进行铲雪作业时能及时装在多用途作业车上赶到除雪路段进行除雪作业，在闲置时可以把工作装置拆卸下来，保留动力部分安装其他工作装置进行铁路上的其他作
22、业。探伤装置：选用 GCT-8 型钢轨超声波探伤仪，是全新数字化手推车式钢轨超声波探伤设备。适于探测国产和进口的 43kg/m75kg/m 钢轨母材中存在的各种缺陷，是新一代实用、可靠的钢轨探伤设备。该仪器在国内首次实现了 7 通道加 B 超检测的检测方法和钢轨母材、焊缝检测一机两用的功能，并具有自动增益控制和对外部探头的自动检测功能，标志着国内同类仪器的领先水平。外特性简洁、易懂，操作简单，专业性、实用性和可靠性强，功能及配置先进，充分尊重探伤人员的使用习惯。它将极大的加强缺陷的检出能力，同时抑制特定噪波的显示仪器能对探头的灵敏度偏低、耦合状态不好、探头故障等情况进行自动检测并提示。仪器在自
23、动增益控制状态下工作时，可自动根据钢轨的材质、探头的性能等现场实际情况进行自动增益的调整，使仪器达到最佳的探伤状态。减少了人工调整灵敏度不当造成漏查和误报。一般情况下，两车的作业方式采取头对头的方式， ，向左行驶时，右车做牵清扫工作装置打磨工作装置除雪工作装置探伤工作装置捣固工作装置吊机工作装置照明工作装置界限保持装置引机车，左车倒行。如图 3.4：图 3.4 一般作业两车连挂方式铁路多用途作业车的工作装置（如图 3.6）将安装在车体的尾部，这种连接将左右两车的尾部空出，正好安装工作装置。主要的工作装置有除雪、捣固、打磨、探伤、限界保持和清扫。这种挂接方式中，左右两车均可做牵引机车用，向左运行
24、工作时，左车安装工作装置，右车做牵引机车，左车倒档行驶。两车挂接处将以车钩连接，车钩是用来实现机车和车辆或车辆和车辆之间的连挂，传递牵引力及冲击力，并使车辆之间保持一定距离的车辆部件。吊收钢轨为多用途作业车的特殊工况，此时两车采取尾对尾的方式，中间连挂两辆一定规格的轨道平车，用于存放钢轨。如图 3.5：图 3.5 吊收钢轨连挂方式图 3.6 铁路多用途作业车总体装配3.3 清扫、除雪、限界保持装置功能的实现及与车体的安装3.3.1 清扫功能的实现方式据铁道部统计，目前我国每年生产大约一亿只以上的快餐饭盒，铁道部门使用的饭盒绝大多数都被旅客们丢弃在铁路沿线两侧。随着中国经济的高速发展和民众生活消
25、费水平的大幅度提高，铁路列车客运量激增。从列车上丢弃的“白色垃圾”已经成为给铁路带来严重污染的一大公害，列车飞驰，垃圾飞逝在一些地方甚至成了连绵数里的污染带。治理白色垃圾改善生活环境已经到了刻不容缓的时候。目前的清扫机械主要集中在公路清扫方面，公路清扫车的发展已经相当成熟，而铁路沿线清扫车的发展却相当滞后，为了填补这一空白，多功能作业车具有清扫的功能意义重大。清扫方案：图 3.8 清扫方案用转子对垃圾的冲击，使其离开地面，同时清除盒、桶等常见一次性容器中残留的水等渣滓，减轻其重量，再利用高速气流将其吸进垃圾箱。垃圾收集机构：如果按照常规的固定的拦网保护排风扇，则垃圾将被吸附在网上解决方案：利用
26、垃圾箱是密闭空间，里面没有大的气流，垃圾再里面将会再自身重力的作用下落到垃圾箱底部的现象，所以我们用带状拦网，将垃圾从开始堆积的排风口输送到气流极弱的垃圾箱上方，垃圾将自动落下:图 3.9 清扫解决方案所以我们选择类似传送带方式的拦网收集清扫起来的垃圾。3.3.2 工作装置与车体的安装由于清扫装置是临时安装的部件，因此要充分考虑可拆性及便于安装、运输方便。清扫装置总重 3.5t，安装的强度校核也是其中很重要的一部分，这部分将由设计清扫装置的人员详细介绍，清扫装置与车体的安装如图 3.10，安装部分的局部放大图将在图号为 TYC-00-05 的图纸中详细表示：图 3.10 清扫装置与车体的安装除
27、雪，限界保持等工作装置的安装位置与清扫的安装位置相同，只是他们的安装采取的联结方式要根据各自的特点选取最合适的方式，以保证安全性及拆装的灵活性。图 3.11 清扫夹紧装置3.4 打磨、捣固、探伤装置功能的实现及与车体的安装3.4.1 打磨功能的实现及安装打磨机的总体方案设计中主要考虑的是在打磨过程中，整体打磨车的稳定性，使打磨小车能均匀走行，并与基础车达到同步。打磨方案见图 3.12：图 3.12 打磨装置1-支重轮 2-夹紧装置 3-刀盘驱动机构 4-车身在能满足前进动力的基础上采用单边外轨打磨， ，结构简单，便于操作，该方案采用加紧轮驱动，既能克服巨大的切削反力又能提供足够的驱动力，在需要
28、更换车道时，用起重机构起吊完成，符合设计要求。图 3.13 捣固作业由主车的起吊机构牵引油管为打磨车提供所需的液压油，打磨车走行速度为 100m/h。而基础车时断时续的跟着打磨车前进，所以油管有一定的伸缩空间。打磨车在完成工作时，由起吊装置装回运输平台。打磨装置与钢轨的夹紧方式如图 3.14图 3.14 打磨装置与钢轨的夹紧夹紧原理：液压缸推动夹紧板在铰接的作用下，使夹紧轮夹紧钢轨，而夹紧轮安装在夹紧板的内部，使能够得到足够的反力，在走行打磨时，挡板提供一个横向的力用以克服夹紧轮在轨道上的摩擦力，防止夹紧装置倾斜或受力过大而断裂。且这样的机构设计能是液压缸发挥最大推力，是夹紧装置能牢固的夹在钢轨上。液压马达固定在车架上由一个马达箱将马达装入，在行进中马达能稳定的提供动力，所以在整体车都能固定在钢轨上。捣固，探伤等工作装置的安装位置与打磨的工作方式相同，只是他们的安装采取的联结方式要根据各自的特点选取最合适的方式，以保证安全性及工作的灵活性。图 3.15 探伤装置与车体的安装
