摘 要

随着我国经济的发展，交通运输也越发先进，铁道运输作为重中之重，得以飞速发展，相关的铁道养护手段也随铁路事业的整体进步得到了充分发展，从最初的人力养护到小型机械化，再到大型机械化，铁道养护手段发展至今已经有了比较成熟的体系。铁道养护设备的进步是对铁道运输安全，稳定，快速的重要保证，也对铁道的使用寿命有了充足的保证。

铁道捣固机作为铁道养路设备的重中之重，对铁道进行拔道，道砟捣固，夯实道砟，保证了轨道的稳定性和安全性。本文通过对捣固机作业机构进行优化设计和三维建模，完成对捣固机构的进一步改进。

通过对作业机构的各个零部件的手里分析，推导出其运动方程和主要承载构件的受力，接着设计出作业装置各个零件的尺寸，通过使用三维设计软件SOLIDWORKS，对作业装置进行三维建模。

本文设计的铁道捣固机作业装置安全，可靠，其优化设计可以提高其作业效率，并适应更加复杂的工况。

关键词：铁道捣固机；优化设计；受力分析；振动分析。

Abstract

With the development of our country’s economy, transportation has become more advanced. Railway transportation has become a top priority and has been able to develop at a rapid rate. The related railway maintenance methods have also been fully developed with the overall progress of the railway industry, from initial human conservation to small-scale mechanization. From large-scale mechanization to the development of railway maintenance methods, there have been relatively mature systems.The progress of railway maintenance equipment is an important guarantee for the safety, stability and rapidity of railway transportation. It also ensures sufficient service life for the railway.

The railway tamping machine is the top priority of the railway road maintenance equipment. It ties up the railways, secures the roads and reinforces the ballast, ensuring the stability and safety of the track. This dissertation through the optimization of the tamping machine operating mechanism design and three-dimensional modeling, to complete the tamping mechanism further improvement.

Through analysis of the various parts of the operating mechanism, the equations of motion and forces of the main load-bearing components are derived. Then the dimensions of the various parts of the operating device are designed. The three-dimensional modeling of the operating device is performed by using the three-dimensional design software SOLIDWORKS. .

The railway tamping machine operating device designed in this paper is safe and reliable. Its optimized design can improve its operating efficiency and adapt to more complex working conditions.

Key words:railway tamping machine; optimization design; force analysis.

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 国内外研究背景 1

1.3课题研究内容 2

第2章 铁道捣固机概述 4

2.1 铁道捣固机简介 4

2.2铁道捣固机工作原理 4

第3章 传动部件的设计与选择 5

3.1横移油缸的设计 5

3.1.1 液压缸的行程计算 5

3.1.2 缸筒结构 6

3.1.3 活塞杆的导向套，密封和防尘 6

3.2 离合器的选择与设计 8

第4章连接与紧固 9

4.1 连接套设计 9

4.2 联轴器设计 10

第5章轴的设计 11

5.1 轴1的设计 11

5.1.1 概述 11

5.1.2 轴的强度校核 11

第6章振动分析 18

6.1 捣固机振动装置的总体结构 18

6.2 振动装置的数学模型 18

6.3 橡胶衬套的刚度计算 20

6.4 本章小结 21

第7章 环境影响与经济性分析 23

7.1 环保性分析 23

7.2 经济性分析 23

第8章 总结和展望 25

8.1 全文总结 25

8.2 展望 25

参考文献 26

致谢 27

第1章 绪论

课题研究背景

捣固机是一种铁道养路设备，主要运用于铁道线路的维护保养，对铁道轨路进行大中修清筛作业以保持铁路线路的安全通行，捣固机的主要作业对象是道砟，把道砟夯实，提高其密实度，从而保证轨道的通行安全，捣固把道砟夯实主要是消除列车运行时轨道的上下左右偏差，使轨道路线达到线路设计标准和线路维修规则的要求，保证火车的安全高速运行。

虽然铁道捣固机结构有了成熟的技术，但是通过对大型捣固机（主要是0932型捣固车）和小型液压捣固机（主要是XYD-2型液压捣固机）和优缺点分析对比。大型捣固机工作效率高，自动化程度高，工作效率高，工人劳动强度小，但是工作前需要提前审备，并且进行铁路封道，用于辅助准备的时间比较长，比较笨重；小型捣固机灵活性高，适用于中短线路，但是效率低，工人需要把机器搬上搬下，劳动强度比较高，所以本次研究的主要方向是对捣固机的结构进行优化设计，减小工作振动，提高工作效率。

1.2 国内外研究背景

目前我国乃至世界大部分的铁路路基都是采用枕木碎石道床的机构，它的工作方式就是在一定时间内进行捣固作业，将快要被弹出的道砟重新挤压到枕木下并夯实。捣固机便是起着这样的作用。现在世界范围内捣固机发展最先进，走在最前端的是奥地利的Plasser，瑞士的Matisa和美国的Harsco。三家国外公司所拥有的核心技术各有各的优点和缺点。奥地利的Plasser捣固机工作方式是通过偏心轴连杆进行摇摆振动，其加持方式是异步加持。瑞士的Matisa捣固机工作方式采用垂直平面的椭圆振动，其加持方式也是异步加持，美国的Harsco捣固机工作方式采用水平面扭转振动，但是其加持方式不同于以上2个工作方式是同步加持。但是这些捣固机都存在一个严重的问题就是捣固机运行时捣镐振动会带动其他部件振动，即强迫振动，并且捣镐振动频率没办法持续控制，捣固力变动范围太大，这样就会导致捣固机工作时必须考虑振动带来的影响，强迫振动严重影响了持续工作时间，并且对工人操作带来了很大麻烦，导致捣固机工作效率大幅度下降，除此之外，对捣固机内部结构也有很大的危害，会严重降低捣固机的寿命。这也是世界范围内急需解决的问题。

国内捣固机的发展多为引进设备，就是引进以上所述3家公司的捣固机。虽然国内的高校及企业对已以上捣固机的结构，工作方式，流程，性能参数进行了研究分析，并对捣固机工作时捣镐震动时强迫振动的问题进行了探讨，但至今未解决强迫振动导致的机器设备磨损严重，夹持液压缸随之晃动出现漏油以及捣镐振动频率没办法持续控制，捣固力变动范围太大的问题。改善捣固机振动方式，减小捣固机工作振动影响，是提升铁路养护高效性，稳定性，安全性的关键所在，也是今后捣固机发展的方向。

1.3课题研究内容

本次课题的设计对象是横移装置，其基本参数如表1.1：

表1.1技术参数

本次设计的主体在于对捣固机构进行三维建模，并在此基础上生成2D图纸，以实现从三维转二维的建模过程。本次设计的研究内容包括各个零部件受力分析和对机构的整体三维建模，计算部分主要为轴，梁，工作装置的受力计算，而建模部分则是先建立SOLIDWOEKS三维模型，而后生成CAD二维图纸。

主要设计思路是通过设计一个控制捣固作业机构横移的装置来应对更加复杂的工况和效率，通过对原有结构的优化来是减轻捣固机的整机质量，并提高工作效率和各零部件的寿命。总体结构示意图见图1.2，图1.3如下：

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