自1995年鋼軌打磨車(chē)引入中國(guó)以來(lái)，其在既有線和高鐵線路表現(xiàn)出來(lái)的能力和作用日益受到業(yè)內(nèi)的認(rèn)可和推廣，在國(guó)內(nèi)高鐵線路日益發(fā)達(dá)的當(dāng)下，鋼軌打磨車(chē)更是成為了高鐵鋼軌維護(hù)的不二之選。目前國(guó)內(nèi)鐵路系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)線路的鋼軌維護(hù)工作主要由HARSCO及其合作單位出品的PGM96C鋼軌打磨車(chē)承擔(dān)，經(jīng)過(guò)十多年的運(yùn)用和積累，為全國(guó)線路的平穩(wěn)、安全、高效運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

隨著PGM96C鋼軌打磨車(chē)運(yùn)用的不斷深化和推進(jìn)，部分設(shè)備在使用中出現(xiàn)打磨小車(chē)導(dǎo)向輪踏面光帶蛇形變形的問(wèn)題，與其同時(shí)出現(xiàn)的是鋼軌打磨質(zhì)量的不穩(wěn)定（比如鋼軌光帶蛇形變形、波磨等），對(duì)此，我們從機(jī)械結(jié)構(gòu)和液壓原理兩個(gè)方面初步探討，并希望借此拋磚引玉，以進(jìn)一步提升設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性。

一、機(jī)械結(jié)構(gòu)

PGM96C鋼軌打磨車(chē)的作業(yè)小車(chē)由3個(gè)單元拼接而成，每個(gè)單元上安裝有8臺(tái)打磨電機(jī)，即每臺(tái)作業(yè)小車(chē)共有24個(gè)打磨電機(jī)，如圖一所示：

圖一

作業(yè)小車(chē)共有4個(gè)導(dǎo)向輪，所有打磨電機(jī)和框架的重量由這4個(gè)導(dǎo)向輪承擔(dān)，但這些重量并不是平均分布的，從圖一中可以簡(jiǎn)單看出，中間兩個(gè)導(dǎo)向輪對(duì)承受的重量約是兩邊導(dǎo)向輪的一倍，其大概的承載力分配如圖二所示：

圖二

在正常情況下，作業(yè)小車(chē)導(dǎo)向輪下放至鋼軌后處于自由狀態(tài)，即作業(yè)小車(chē)提升油缸上下腔體處于連通狀態(tài)，油缸對(duì)小車(chē)不產(chǎn)生升降的作用力，只有作業(yè)小車(chē)自身的重量作用于導(dǎo)向輪。從承載力大概的分布來(lái)看，1區(qū)和4區(qū)導(dǎo)向輪所承載的重量大約是2區(qū)和3區(qū)的一半左右。

每臺(tái)打磨電機(jī)配有一個(gè)進(jìn)給油缸作為其升降的動(dòng)力來(lái)源，在打磨作業(yè)時(shí)，進(jìn)給油缸的下壓力由各個(gè)比例閥控制。當(dāng)打磨鋼軌頂面區(qū)域時(shí)，進(jìn)給油缸帶來(lái)的下壓力垂直于鋼軌表面，繼而會(huì)形成對(duì)作業(yè)小車(chē)的托舉力作用于框架上，類(lèi)似于液壓千斤頂?shù)淖饔?，此時(shí)導(dǎo)向輪承受的重量相應(yīng)減少。當(dāng)進(jìn)給油缸下壓力足夠大時(shí)，由于1區(qū)和4區(qū)的導(dǎo)向輪承載的重量較少，可能會(huì)連同框架被一起抬高，使導(dǎo)向輪懸空，這在進(jìn)給油缸下壓力達(dá)到最大狀態(tài)時(shí)尤為明顯。雖然現(xiàn)在的打磨車(chē)均已在1區(qū)和4區(qū)的導(dǎo)向輪處加裝配重塊，不過(guò)加裝的重量可能還是不足以抵抗來(lái)自進(jìn)給油缸的提升力。

導(dǎo)向輪受進(jìn)給油缸的作用產(chǎn)生懸空效應(yīng)時(shí)，其懸空的高度受打磨電機(jī)的角度、進(jìn)給油缸的下壓力大小以及砂輪厚度共同影響，并不懸空在固定的高度。圖三是正常狀態(tài)下的輪軌接觸狀態(tài)，圖四是導(dǎo)向輪被略微抬高后的狀態(tài)，圖五是導(dǎo)向輪被明顯抬高后的狀態(tài)，圖五這種狀態(tài)易引起掉道。

圖三

圖四

圖五

      從圖四和圖五的導(dǎo)向輪狀態(tài)中可以看出，當(dāng)左右側(cè)打磨電機(jī)的角度不一致時(shí)，會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)向輪的一側(cè)被抬高的情況，此時(shí)疊加電機(jī)下壓打磨時(shí)對(duì)與鋼軌之間形成的相互推力和由于曲線上下股的高度差而產(chǎn)生的側(cè)向重力的影響，被抬高的導(dǎo)向輪易存在橫移竄動(dòng)，與鋼軌接觸的導(dǎo)向輪就會(huì)產(chǎn)生少量的側(cè)滑。隨著這種側(cè)滑的不間斷出現(xiàn)，導(dǎo)向輪踏面就容易產(chǎn)生蛇形運(yùn)動(dòng)的光帶。

二、液壓原理

作業(yè)小車(chē)提升油缸控制閥是常見(jiàn)的兩位四通換向閥，其線圈在未得電時(shí)，油缸的下腔體通過(guò)該閥與回油管連接，而上腔體是直接與回油管連接的，如圖六和圖七所示。因此，當(dāng)作業(yè)小車(chē)導(dǎo)向輪落到鋼軌上后，控制閥失電的情況下，提升油缸的上下腔體都與回油管連接，使作業(yè)小車(chē)處于自由懸浮狀態(tài)。

圖六

圖七

打磨電機(jī)的上下動(dòng)作動(dòng)力來(lái)源是進(jìn)給油缸，當(dāng)作業(yè)開(kāi)始后，激活閥和比例閥得電，其閥芯動(dòng)作后，將進(jìn)給油缸的上腔體油路與液壓泵引來(lái)的壓力管連通，此時(shí)進(jìn)給油缸的上下腔體同時(shí)受液壓泵壓力的作用，如圖八所示，左側(cè)油路是磨頭未激活的狀態(tài)，右側(cè)油路是磨頭激活下壓打磨時(shí)的狀態(tài)。

圖八

由壓力與壓強(qiáng)的關(guān)系公式F=P*A可知，單位面積上受到的壓強(qiáng)越大，相應(yīng)的壓力越大。油缸的上下腔體內(nèi)遇油面的面積是不同的，因此雖然進(jìn)給油缸上下腔體同時(shí)接受來(lái)自液壓泵的液壓力，但上腔體的壓力略高于下腔體，從而使活塞緩緩向外伸出，這也是打磨電機(jī)在下壓時(shí)動(dòng)作平緩的原因。

打磨電機(jī)的下壓力是通過(guò)比例閥控制的，其控制精度與打磨質(zhì)量息息相關(guān)。正常情況下，控制系統(tǒng)根據(jù)電機(jī)電流的反饋值對(duì)比例閥進(jìn)行閉環(huán)控制，能將打磨質(zhì)量維持在一個(gè)良好水平，但當(dāng)控制閥閥芯卡滯時(shí)，會(huì)出現(xiàn)閥芯無(wú)法根據(jù)控制系統(tǒng)的電壓調(diào)整產(chǎn)生實(shí)時(shí)變化，其表現(xiàn)形式就是電機(jī)的電流功率條來(lái)回波動(dòng)幅度偏大，繼而引起打磨后的鋼軌表面有細(xì)微的凹凸差異，這種差異隨著時(shí)間的流逝將逐漸明顯，可能形成波磨及蛇形光帶等問(wèn)題，這種情況在使用非原裝部件時(shí)尤為明顯。

在上述基礎(chǔ)上，還可以引申出另一種較為隱蔽但可能影響打磨質(zhì)量的問(wèn)題，即導(dǎo)向套的磨損對(duì)打磨質(zhì)量產(chǎn)生影響。常規(guī)導(dǎo)向套的內(nèi)襯材質(zhì)是銅，導(dǎo)向桿是鋼材，這兩者在上下動(dòng)作過(guò)程中必然存在磨擦，由于材質(zhì)的原因，銅受摩擦后的消耗遠(yuǎn)大于鋼材。在一些使用多年的老車(chē)上可以觀察到，許多電機(jī)在下壓到最下端以及從最下端開(kāi)始上升的一瞬間，電機(jī)整體會(huì)產(chǎn)生左右方向上的側(cè)晃抖動(dòng)，如圖九所示：

圖九

      上述間隙較小時(shí)并不會(huì)產(chǎn)生明顯影響，當(dāng)間隙擴(kuò)大到一定程度時(shí)，比例閥在快速控制進(jìn)給油缸下壓力的過(guò)程中，可能由于磨石與鋼軌之間的反作用力導(dǎo)致電機(jī)在打磨過(guò)程中出現(xiàn)左右連續(xù)快速晃動(dòng)，如圖十所示，目前并不排除這種情況對(duì)打磨質(zhì)量造成負(fù)面影響（如產(chǎn)生波磨或鋼軌表面刮痕凌亂等）的可能性。

圖十

      綜上所述，當(dāng)打磨小車(chē)處于下放狀態(tài)時(shí)，小車(chē)自身的重力作用于導(dǎo)向輪，使其更穩(wěn)定地在鋼軌上行走，但當(dāng)磨石與鋼軌頂面區(qū)域接觸并且進(jìn)給油缸的下壓力過(guò)大時(shí)，可能會(huì)使作業(yè)小車(chē)部分導(dǎo)向輪懸空，繼而形成打磨后的鋼軌光帶以及導(dǎo)向輪踏面光帶蛇形變形現(xiàn)象。

針對(duì)上述問(wèn)題，目前更多的是采用人為干預(yù)的方式盡可能減少或避免上述現(xiàn)象的產(chǎn)生，以下是部分可能的辦法，其它方法可逐步梳理和總結(jié)：

1、在兩頭導(dǎo)向輪處加裝配重塊，目前已實(shí)施，但從現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用實(shí)際情況來(lái)看，其加裝的重量還是達(dá)不到預(yù)期的效果。

2、作業(yè)小車(chē)兩頭的8臺(tái)電機(jī)（圖二中的1區(qū)和4區(qū)）角度盡量避開(kāi)鋼軌頂面區(qū)域，比如-5°~15°之間（這個(gè)角度區(qū)域根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整）。如果確實(shí)無(wú)法避開(kāi)這些角度，則可以考慮降低功率，具體的安全功率范圍應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)做測(cè)試后確定。

3、比例閥閥芯采用質(zhì)量可靠的原裝部件，非原裝部件在使用初期可能沒(méi)有明顯的問(wèn)題，但由于其制造工藝和材質(zhì)等問(wèn)題往往在使用一段時(shí)間后就出現(xiàn)卡滯等問(wèn)題，影響作業(yè)質(zhì)量的同時(shí)還會(huì)帶來(lái)安全隱患。

4、按操作手冊(cè)的要求定期更換液壓油，并且在更換時(shí)應(yīng)將各管路內(nèi)的液壓油一并排出，同時(shí)還應(yīng)清洗油箱，避免液壓油受到污染。

5、發(fā)現(xiàn)有電機(jī)功率條不穩(wěn)定時(shí)及時(shí)排查原因并處理。

6、建議不定期檢查電機(jī)升降時(shí)的側(cè)晃現(xiàn)象，并據(jù)此制訂檢修計(jì)劃，及時(shí)更換相關(guān)部件。