自1995年鋼軌打磨車引入中國以來，其在既有線和高鐵線路表現(xiàn)出來的能力和作用日益受到業(yè)內(nèi)的認可和推廣，在國內(nèi)高鐵線路日益發(fā)達的當(dāng)下，鋼軌打磨車更是成為了高鐵鋼軌維護的不二之選。目前國內(nèi)鐵路系統(tǒng)運營線路的鋼軌維護工作主要由HARSCO及其合作單位出品的PGM96C鋼軌打磨車承擔(dān)，經(jīng)過十多年的運用和積累，為全國線路的平穩(wěn)、安全、高效運行奠定了堅實的基礎(chǔ)。

隨著PGM96C鋼軌打磨車運用的不斷深化和推進，部分設(shè)備在使用中出現(xiàn)打磨小車導(dǎo)向輪踏面光帶蛇形變形的問題，與其同時出現(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），對此，我們從機械結(jié)構(gòu)和液壓原理兩個方面初步探討，并希望借此拋磚引玉，以進一步提升設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性。

一、機械結(jié)構(gòu)

PGM96C鋼軌打磨車的作業(yè)小車由3個單元拼接而成，每個單元上安裝有8臺打磨電機，即每臺作業(yè)小車共有24個打磨電機，如圖一所示：

圖一

作業(yè)小車共有4個導(dǎo)向輪，所有打磨電機和框架的重量由這4個導(dǎo)向輪承擔(dān)，但這些重量并不是平均分布的，從圖一中可以簡單看出，中間兩個導(dǎo)向輪對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)小車導(dǎo)向輪下放至鋼軌后處于自由狀態(tài)，即作業(yè)小車提升油缸上下腔體處于連通狀態(tài)，油缸對小車不產(chǎn)生升降的作用力，只有作業(yè)小車自身的重量作用于導(dǎo)向輪。從承載力大概的分布來看，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。

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

導(dǎo)向輪受進給油缸的作用產(chǎn)生懸空效應(yīng)時，其懸空的高度受打磨電機的角度、進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)打磨電機的角度不一致時，會出現(xiàn)導(dǎo)向輪的一側(cè)被抬高的情況，此時疊加電機下壓打磨時對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，與鋼軌接觸的導(dǎo)向輪就會產(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)生蛇形運動的光帶。

二、液壓原理

作業(yè)小車提升油缸控制閥是常見的兩位四通換向閥，其線圈在未得電時，油缸的下腔體通過該閥與回油管連接，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)小車處于自由懸浮狀態(tài)。

圖六

圖七

打磨電機的上下動作動力來源是進給油缸，當(dāng)作業(yè)開始后，激活閥和比例閥得電，其閥芯動作后，將進給油缸的上腔體油路與液壓泵引來的壓力管連通，此時進給油缸的上下腔體同時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的狀態(tài)。

圖八

由壓力與壓強的關(guān)系公式F=P*A可知，單位面積上受到的壓強越大，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，因此雖然進給油缸上下腔體同時接受來自液壓泵的液壓力，但上腔體的壓力略高于下腔體，從而使活塞緩緩向外伸出，這也是打磨電機在下壓時動作平緩的原因。

打磨電機的下壓力是通過比例閥控制的，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)電機電流的反饋值對比例閥進行閉環(huán)控制，能將打磨質(zhì)量維持在一個良好水平，但當(dāng)控制閥閥芯卡滯時，會出現(xiàn)閥芯無法根據(jù)控制系統(tǒng)的電壓調(diào)整產(chǎn)生實時變化，其表現(xiàn)形式就是電機的電流功率條來回波動幅度偏大，繼而引起打磨后的鋼軌表面有細微的凹凸差異，這種差異隨著時間的流逝將逐漸明顯，可能形成波磨及蛇形光帶等問題，這種情況在使用非原裝部件時尤為明顯。

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)量的問題，即導(dǎo)向套的磨損對打磨質(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，這兩者在上下動作過程中必然存在磨擦，由于材質(zhì)的原因，銅受摩擦后的消耗遠大于鋼材。在一些使用多年的老車上可以觀察到，許多電機在下壓到最下端以及從最下端開始上升的一瞬間，電機整體會產(chǎn)生左右方向上的側(cè)晃抖動，如圖九所示：

圖九

      上述間隙較小時并不會產(chǎn)生明顯影響，當(dāng)間隙擴大到一定程度時，比例閥在快速控制進給油缸下壓力的過程中，可能由于磨石與鋼軌之間的反作用力導(dǎo)致電機在打磨過程中出現(xiàn)左右連續(xù)快速晃動，如圖十所示，目前并不排除這種情況對打磨質(zhì)量造成負面影響（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)打磨小車處于下放狀態(tài)時，小車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)域接觸并且進給油缸的下壓力過大時，可能會使作業(yè)小車部分導(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。

針對上述問題，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，目前已實施，但從現(xiàn)場運用實際情況來看，其加裝的重量還是達不到預(yù)期的效果。

2、作業(yè)小車兩頭的8臺電機（圖二中的1區(qū)和4區(qū)）角度盡量避開鋼軌頂面區(qū)域，比如-5°~15°之間（這個角度區(qū)域根據(jù)實際情況調(diào)整）。如果確實無法避開這些角度，則可以考慮降低功率，具體的安全功率范圍應(yīng)在現(xiàn)場做測試后確定。

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有明顯的問題，但由于其制造工藝和材質(zhì)等問題往往在使用一段時間后就出現(xiàn)卡滯等問題，影響作業(yè)質(zhì)量的同時還會帶來安全隱患。

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

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

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