本文闡述了搗固裝置的發展概況，重點論述了搗固裝置激振技術研究現狀，最后，指出了目前存在的問題，并對解決方法進行了探討。

國內外搗固裝置現狀和研究概況

國際搗固車的發展過程經歷了由步進式發展為連續式，單枕搗固到雙枕搗固乃至多枕搗固，單一的搗固模式到多種作業模式，檢測方式由弦線檢測發展到光學檢測，由線路幾何參數相對基準的檢測發展到線路幾何參數絕對基準檢測。搗固技術一直是沿著提高作業效率、提高作業控制精度、提高作業質量的軌跡發展。國外Plasser公司、Matisa公司和Harsco三家公司產品技術已趨成熟，生產的搗固機械大多為重型、高效、多功能等形式。Plasser公司成立于1953年，總部在奧地利，是當今全球最著名的鐵路工程機械制造商之一；是專門從事對鐵路線路、道岔和接觸網的新建、大修與養護作業的機械和車輛的研究、開發、制造和銷售的專業廠家。目前，所制造的D09-32型搗固車采用連續式搗固作業，弦線檢測方式，能以三點或四點法引導作業，其搗固裝置采用偏心軸連桿搖擺式激振方式。Matisa公司是世界著名的大型養路機械制造商，從1945年在瑞士正式成立以來，以生產搗固機馳名世界。振動、夾持搗固法就是它的專利。該公司產品一度壟斷國際市場，行銷世界各地。主要產品有抄平、起撥道搗固機及其他大型養路機械等，目前作業檢測采用光學檢測方式，作業精度高，其搗固裝置采用雙軸橢圓激振方式。Harsco公司是美國專業生產鐵路養路機械，具有100年的歷史，在美國南卡羅來納、密歇根、明尼蘇達、和澳大利亞及英國有生產基地。其主要產品有MARK系列搗固車及其它線路維修車，所制造的搗固車在北美洲擁有大部分市場，目前作業檢測采用光學檢測方式，控制系統采用總性控制技術，其搗固裝置采用水平面扭轉激振方式。有關國外這方面的相關技術多查詢于國外專利，因為在該方面相關的研究文獻及技術資料涉及到企業生存發展，所以相關研究資料鮮有公開。

目前，國外搗固機械的主要發展研究方向如下：（1）向高效率發展。搗固裝置向同時搗固多根軌枕的方向發展以提高作業效率。當今，搗固車作業效率可達2000m/h。（2）向綜合作業發展。搗固車大都設有抄平裝置、起撥道裝置，有的還裝有枕端夯實裝置，故可同時完成多項作業任務。（3）向高精度、自動化發展。大多數搗固車都應用激光抄平、光電轉換、計算機控制搗固起撥道裝置，使線路高度差在0.8～1.0mm。（4）向高運行速度發展。搗固機械在作業時采取不間歇的連續運行方式；區間運行速度可達到80km/h。聯掛列車運行時，允許速度達到100km/h。我國是從20世紀50年代開始使用機械搗固的，搗固機械的發展大致經歷了三個階段：20世紀50～70年代，以電動搗固機為主，依據操縱方式分為手提式和上架式兩種；20世紀70～80年代，發展液壓中小型搗固機，僅適用于新建鐵路或線路大修搗固作業，在列車密度不大的區段亦可用于線路維修；20世紀80～90年代，國內開始引進國外先進技術，制造大型高效綜合作業搗固機械。目前，襄樊金鷹重型工程機械有限公司和昆明中鐵大型養路機械集團有限責任公司通過引進技術、消化吸收再創新，打破國外技術壁壘，開發出了一批具有自主知識產權的新產品，并創立了符合國情的大型養路機械發展模式和技術體系，站在國內鐵路養路機械技術的最前沿，但現有產品關鍵技術和核心元件基本依賴引進。隨著國內對國外三家公司各種搗固車的引進，不同類型搗固裝置的技術理論研究也不斷在深入，主要集中在搗固裝置的振動方式、振動頻率、振幅、結構組成與激振原理等方面。1997年，韓志青分析了D08-32型雙枕搗固車的搗固裝置[3]，搗固鎬振動原理為偏心連桿搖擺式機械強迫振動，方式為簡諧振動[4]，同時論文依據“振動對道床效應”試驗報告認為，振動器與道床道碴的諧振頻率為42Hz。2003年，李毅松和翁敏紅對D09-32型搗固車搗固裝置進行了分析研究，并系統闡述了該搗固裝置的功能特點、結構組成、振動夾持方式以及異步穩壓搗固原理[6]。2005年，高兵、王有虹就CD08-475型道岔搗固車搗固裝置的結構原理進行了總結分析，闡述了異步定壓力搗固原理及其壓實過程，認為搗固鎬頭最佳振動頻率為35Hz，在一定激振力下，軌枕隨搗固頻率的變化而變化，在35Hz左右對軌枕有小幅的提升作用。經驗認為最佳搗固振幅為3～5mm，最佳擠壓時間為0.8～1.2s。2008年，應立軍等介紹了國外搗穩一體化設備研制的新進展。文獻[9]分析了搗固、穩定聯合作業模式的工作原理，文獻同時分析了Matisa搗固裝置的搗實機理，指出采用雙軸橢圓振動的搗固裝置能對道碴產生豎直和水平雙向的振動，能有效提高道碴的密實度，改善道床的穩定性，并對搗固頻率的選擇進行了探討，依據Plasser公司提供的軌枕隨搗固頻率的變化圖得出軌枕的下沉量在60Hz附近最大，高頻率的振動下，道碴流動性強，軌道下沉量明顯，有助于提高軌枕穩定性。在搗固機理方面，趙明華、李夕兵等人用振動波理論來解釋振動機理，闡述了橫波、縱波對道碴的作用。利用振動波理論提出了一種推論：在初始的振動、搗固次數增加時，道碴的密實度有所提高，道碴密實度提高到一定程度后，隨著振動、搗固次數的增加，道碴密實度反而減小。總的來說，國內高校及企業對搗固裝置技術的研究僅停留在對已有搗固裝置的技術參數及結構方面的分析，沒有形成對搗固裝置的技術參數及結構優化理論的指導，更未解決強迫振動加速搗固鎬磨損、搗固鎬振動產生夾持液壓缸擺動和搗固鎬振幅和頻率不能無級可調的問題。

搗固裝置激振形式

激振器是附加在某些機械和設備上用以產生激勵力的裝置，是產生機械振動的重要部件。激振器能使被激物體獲得一定形式和強度的振動，實現振動模擬或利用振動完成搗固、破碎等任務，已廣泛應用于地震模擬、汽車、航空航天、機電系統及其零部件性能和壽命試驗，以及機械搗固、振動破巖和鉆孔等領域。從振動動力元件的工作原理上看，按激勵形式的不同，激振形式分為機械式、電動式、液壓式、電致或磁致伸縮效應式和氣動式等形式?，F有各類振動激振裝備的性能特點如下。（1）機械式：主要分為離心式和直接作用式兩類。離心式機械振動裝置的頻率范圍一般為5～100Hz，負載為50～10000N；直接作用式機械振動裝置的頻率范圍為1～200Hz，可得到很大的推力和較大的振幅。這類振動裝置結構簡單、成本低，但上限頻率較低，廣泛應用于各種低頻振動場合。（2）電動式：能產生復雜的振動波形，具有波形失真度較小、工作頻率范圍大等優點，由于受到固有磁飽和的限制，不易獲得大激振力，此外，設備結構復雜、振動位移有限并需要輔助冷卻裝置，因此，主要應用于振動試驗臺。小型電磁式振動臺的頻率范圍為0～10kHz，大型電動式振動臺頻率范圍為0～2kHz，主要應用于航空、航天及國防等領域。（3）液壓式：廣泛地應用于振動打樁、振動鍛造、振動造型、振動剪切、振動壓實、振動輸送、振動篩、農業機械和振動試驗臺等。（4）電致或磁致伸縮效應式：最新發展的一類微型振動器[19]，能達到極高的振動頻率，可實現超聲振動，振動波形基本不失真，但輸出振幅及功率都很小，目前的振動輔助加工大都采用此類振動器，也成功地應用于非圓車削。（5）氣動式：主要應用于振動臺，與常規電動振動臺相比，氣動式振動臺能夠產生一種超高斯幅值分布的寬帶隨機振動，其振動激勵的最高頻率可達10000Hz，有效頻帶約為20~6000Hz[22-,23]。圖1所示為5類振動裝備振動頻率及振幅范圍比較，激振頻率范圍皆可滿足搗固裝置。不同激振方式各具特點，在一定程度上能滿足不同的需要。下面將闡述應用不同激振技術搗固裝置的工作原理。全球搗固裝置核心技術主要由Plasser，Matisa和Harsco三家國外公司所掌握，它們分別一直沿用其傳統的機械機構來實現搗固鎬的振動，進而夯實搗固石碴，其各自工作原理如下：