杭州市地铁集团有限责任公司运营分公司 310016
摘要：基于钢轨打磨车恒压加载系统的原理，对打磨力波动的原因进行分析；针对恒压加载系统打磨力波动的问题，提出采用反馈控制实现减小打磨力波动的方案；对三通比例减压阀控缸系统进行数学建模和特性分析；完成基于AMEsim的系统建模和仿真。
关键词：钢轨打磨；打磨力波动；三通比例减压阀；抑制方法
一、打磨作业原理及打磨力波动原因
（一）打磨机构液压加载系统原理与特点
1、加载系统
钢轨打磨机构液压加载系统，是钢轨打磨机构的最主要的工作单元，且每节钢轨打磨车上都装备了多台打磨小车。其系统的组成部分主要有：定量泵、冷却器、恒压变量泵、卸荷阀组、三通比例减压阀、开关阀、蓄能器和液压油缸等组成。
2、加载系统工作原理
液压加载系统具有：未运作时锁定、开始运作时压下打磨机构、运作时提供打磨力和运作结束时提升打磨机构。锁定状态：在系统为收到打磨命令时，其所有的电磁铁都未供电，恒压变量泵的油源将进入液压油缸的无杆腔，而有杆腔将与油箱连接，打磨机将被升到高位，机械被锁定，进而打磨砂轮与钢轨未能接触。压下打磨机构：液压打磨系统中加入了开关球阀，其作用的是为了避免工作人员的错误操作。在开关阀通电且指示灯亮起的情况下，液压加载系统才能执行打磨命令。并且在得到打磨命令后，三通比例减压阀通电，恒压变量泵的油源进入液压油缸的有杆腔，无杆腔压力形成背压，进而保证打磨机进行平稳的打压。在打磨砂轮与钢轨接触之后，打磨机停止打压，无杆腔的压力上升到指定压力。打磨运作状态：液压油缸的位置随着打磨机构的位置扰动而变化，其油缸技能进行排油，又能进行补油，且通过三通比例减压阀来控制电流大小，进而设置轨道的打磨力。运作结束提升打磨机构：在系统解除打磨命令或是遇到电磁阀故障失电时，恒压变量泵的油源将进入液压油缸的无杆腔，进而有杆腔接通邮箱，打磨机构被抬起，进而停止打磨钢轨作业。
3、加载系统特点
液压油缸的两腔是进行独立加载作业的。恒压变量泵加蓄能器是加载系统的主力油源，液压泵的输出特性得到了进一步的改善。三通比例减压阀是作为钢轨打磨机构液加载系统的最佳加载阀，其动态特性能进一步的影响打磨力的稳定性。
（二）钢轨打磨力波动影响因素
1、打磨砂轮受力。在进打磨作业时，打磨机的转速为 3600r/min，由于钢轨表面不平滑，从而导致打磨砂轮受力复杂，其液压油缸的输出力、打磨机构的惯性力以及打磨机构偏转的角度和摩擦阻力等都将影响打磨力。
2、打磨力中液压油缸输出力波动的影响分析。在进行打磨作业的过程中，由于液压油缸筒的运动，进而使得有杆腔和无杆腔的腔容体积变化，进而影响两腔压力的变化，导致液压油缸输出力的变化。打磨机构的位置变动是液压油缸压力的主要影响因素，压力波磨的波度越大其产生的压力值就越大；波磨频率越打，其造成的波动频率就越高。
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3、打磨力中打磨机构惯性力波动影响分析。两腔压力是液压油缸输出力的决定性因素，油缸位置的变化将直接影响输出压力，进而导致打磨存在波动。同时，由于现有加载技术对打磨力干扰的忽视，钢轨打磨速度的进一步的提高将直接影响打磨机构的惯性力，从而影响打磨力形成加大的波动。
二、三通比例减压阀控缸系统特性
（一）三通比例减压阀线性电流减压增益
1、三通比例减阀先导级采用的是力控制型的比例电磁铁，具有水平位移减力的特性。能进一步的忽略比例控制放大器的内阻，比例电磁铁的滞环和铁磁涡流引起的纯滞后。
2、三通比例减压阀的先导压力是由液压系统的的液压半桥来实现的，其流量稳定器和先导锥阀是液压半桥的组成部分。
3、当锥阀用作先导阀时，其阀芯开度小。
（二）三通比例减压阀控缸系统频响特性
三通比例减压阀控缸系统的频响反馈效果在进行反馈控制时是极其重要的，其系统的幅频特性差将造成补偿精度不足，从而导致相频特性差补偿的滞后性。
经过实验分析系统的幅频增益在频率小于10Hz范围内时， 其相频增益变化不大，系统稳定，满足波磨率在0.8-3.2Hz范围内的要求。
三、仿真结果及分析
在AMEsim仿真中直接用恒压源代替恒压泵，忽略液压缸空行程直接将其位置设置于波磨中心处，用弹簧阻尼模拟钢轨，信号系统模拟波磨，基于打磨力闭环反馈控制的恒压加载钢轨打磨系统模型分析可得出以下结论：采用反馈控制时打磨力在运行0.2 s后才会稳定在期望值附近，这种延时作用是由阀控缸反馈系统的响应决定的；随着波磨频率增大，打磨力波动越大，频率为3 Hz时，打磨力波动率已达到30%以上，此时打磨力波动过大，使打磨效果变差；在低频率时通过反馈控制可以使打磨力波动率下降10%以上，使打磨力稳定，有利于打磨作业。
（一）主动加载动态特性仿真
将位置扰动信号的值设置为0，有杆腔的长度设置为200mm，阶跃信号设置值为800mA，阀后的管道长度为0.5m，直径为10mm，其他参数设置不变，分贝对节流器等效开关进行0.2mm，0.3mm,0.4mm,0.5mmd的仿真模拟。进而得出，在三通减压阀的输出压力稳定，且其他条件不变的情况下，节流器的开度越大，液压加载系统的响应越快，压力调节量大且曲线震荡明显。
（二）被动加载动态特性仿真
有杆腔的长度设置不变，节流器开度为0.3mm，阶跃信号，阀后管道长度与直径不变，其其他参数设置不变的情况下，波磨频率为8HZ波磨深度为2mm，进行仿真模拟，进而得出在有杆腔压力波动较小的情况下，在钢轨波磨的扰动下，三通比例减压阀能有效地控制无杆腔的压力，打磨机构的随跟性能好，在其参数条件不变的情况下，节流器开度越大，其压力波动越小，曲线震荡明显。
参考文献
[1]金学松,郭俊．钢轨打磨技术研究进展[J]．西南交通大学学报，2010(1)：1—11 .
[2]卢军．钢轨打磨列车打磨质量控制[J]．铁道技术监督，2011(1)：26—28.
论文作者:杨勇涛
论文发表刊物:《基层建设》2016年27期
论文发表时间:2017/1/6
标签：钢轨论文; 减压阀论文; 系统论文; 加载论文; 比例论文; 机构论文; 压力论文; 《基层建设》2016年27期论文;