配砟整形车走行齿轮箱换档装置安全分析

方健康

【摘 要】 主要对DPZ-440配砟整形车走行齿轮箱进行了介绍，分析了该走行齿轮箱及其换挡装置的结构和控制，提出了可能存在的安全隐患及解决思路。

【关键词】 走行齿轮箱 换挡装置 安全 配砟整形车

配砟整形车是我国目前使用较广泛的一种大型养路机械。它具有对道床进行配砟、整形和清扫等作用，是铁路新建、大修和维修大型机械化作业中不可缺少的配套机械之一。为实现高速区间运行及低速大推力的作业工况，配砟整形车走行齿轮箱一般均配置一个高速挡位、一个低速档位以及联挂状态时的空挡位。由此可见，走行齿轮箱换挡装置安全、可靠的工作和锁定是配砟整形车非常重要的一个环节。下面以DPZ-440配砟整形车走行齿轮箱换挡装置结构及控制展开分析。

1 DPZ-440配砟整形车走行齿轮箱及其换挡装置

DPZ-440配砟整形车走行齿轮箱采用滑移齿轮变速机构实现高速挡、低速挡及空挡三个位置的转换。这种变速方式具有变速范围大、操作方便，可传递较大功率和转矩，非工作齿轮不啮合，空转损失和磨损小的特点。高速速比为5.935，可实现最大100km/h区间运行速度；低速速比为17.924，可实现0～12km/h的作业运行速度，在进行换挡操作时必须停车。其结构简图见图1，换挡装置结构图见图2。

该走行齿轮箱有三种工况：高速走行时，首先要手动操作空挡锁定销5处于解锁位，并用铜挂锁锁好，然后操作挂挡开关给出电信号使换挡拨动气缸6带动拨叉7再带动双联齿轮向图示右侧移动，这时拨叉定位块4移动到位置Ⅲ，位置Ⅲ处的感应开关送出高速挂挡信号，同时齿轮Z3和齿轮Z4啮合，此时拨叉7在导向杆上被弹簧、钢球组合的定位锁紧机构锁住，马达9的转矩和转速经过Z3→Z4→Z5→Z6降速增扭后驱动车轮轴实现高速走行；低速走行时，与高速位相反，气缸带动拨叉向图示左侧移动，这时拨叉定位块4移动到位置Ⅰ，位置Ⅰ处的感应开关送出低速挂挡信号，同时齿轮Z1和齿轮Z2啮合，拨叉7被定位锁紧机构锁住，马达9的转矩和转速经过Z1→Z2→Z5→Z6降速增扭后驱动车轮轴实现低速走行；当配砟车作为被动车联挂运行时，换挡装置应移动到位置Ⅱ，位置Ⅱ处的感应开关送出空挡信号，拨叉7被定位锁紧机构锁住，这时还应手动操作空挡锁定销5处于锁定位，并用铜挂锁锁好，确保联挂运行过程中，双联换挡齿轮3、花键轴8和液压马达9均不旋转，走行齿轮箱始终处于空挡位。

2 换挡装置存在的问题

根据上述对DPZ-440配砟整形车走行齿轮箱及其换挡装置结构和工作原理的分析，我们可以认识到该走行齿轮箱的设计是简单、可靠的，在空挡位还设计了双重锁定机构确保空挡位的安全锁定保护。但是在实际应用中，目前的换挡装置及控制还是存在空挡位置在锁定销没有插入的情况下，一是在机器低速移动时，由于振动，可能发生空挡位偏移，甚至挂入高速或低速档的问题；二是在机器高速运行时由于齿轮在高速转动，不至于发生挂入高速或低速档的问题，但可能在振动及双联换挡齿轮离心力的作用下造成齿轮间的摩擦伤损。虽然在机器操作时，只要我们严格按操作要求把空挡锁定销锁定就可以杜绝这两个问题，并且在实际运用中这两个问题出现的概率也是非常低的，但是如果出现，将造成液压马达损坏或走行齿轮箱损坏，甚至造成行车安全事故。

对于这两个问题出现的根源，我们需要对换挡装置中主要的换挡拨动气缸及其控制原理进行一下分析。该换挡拨动气缸是一个双级行程气缸，其换挡控制原理见图3。图中，压缩空气通过3个电磁阀的控制使双级气缸分别实现空挡0位、低速挡1位、高速挡2位，仅当1号电磁阀得电时，双级气缸行程处于高速挡2位；当3号电磁阀得电并1号电磁阀延时得电时，双级气缸行程处于空挡0位；仅当3号电磁阀得电时，双级气缸行程处于低速挡1位。由此可知，虽然采用延时处理，使得空挡0位行程得以实现，但是由于气缸的A腔和C腔缸径和压缩空气压力相同，所以空挡位仅处于一个平衡位。虽然在拨叉导向杆上设计了弹簧、钢球组合的定位锁紧机构，但是锁定力也是有限的。由此，我们就不难理解上述可能存在的安全风险了。

3 解决方案

根据上述问题的分析，提出了以下两个解决方案。（1）重新设计双级换挡气缸，将C腔的活塞推力增大至A腔活塞推力的1.5至2倍，确保空挡位的稳定性；（2）对于在用的双级换挡气缸，可考虑在1号电磁阀的进气端管路加装一个减压阀，将进入A腔的压力空气适当减压，使C腔的活塞推力大于A腔活塞推力，确保空挡位的稳定性。

4 结语

从以上对DPZ-440配砟整形车走行齿轮箱及其换挡装置结构及控制的分析，发现了换挡装置可能存在的安全隐患并提出了解决问题的思路，后续将积极开展相关试验并提出更加合理的解决方案为配砟整形车的安全运行提供技术保障。

参考文献：

[1]吕宁生.配碴整形车[M].北京：中国铁道出版社，1998.

[2]常安全，沈源建.DPZ-440型高速配碴整形车走行齿轮箱的开发[J].机车车辆工艺，2007（10）.

[3]成大先.机械设计手册[M].第四版.北京：化学工业出版社，2002.endprint

【摘 要】 主要对DPZ-440配砟整形车走行齿轮箱进行了介绍，分析了该走行齿轮箱及其换挡装置的结构和控制，提出了可能存在的安全隐患及解决思路。

【关键词】 走行齿轮箱 换挡装置 安全 配砟整形车

配砟整形车是我国目前使用较广泛的一种大型养路机械。它具有对道床进行配砟、整形和清扫等作用，是铁路新建、大修和维修大型机械化作业中不可缺少的配套机械之一。为实现高速区间运行及低速大推力的作业工况，配砟整形车走行齿轮箱一般均配置一个高速挡位、一个低速档位以及联挂状态时的空挡位。由此可见，走行齿轮箱换挡装置安全、可靠的工作和锁定是配砟整形车非常重要的一个环节。下面以DPZ-440配砟整形车走行齿轮箱换挡装置结构及控制展开分析。

1 DPZ-440配砟整形车走行齿轮箱及其换挡装置

DPZ-440配砟整形车走行齿轮箱采用滑移齿轮变速机构实现高速挡、低速挡及空挡三个位置的转换。这种变速方式具有变速范围大、操作方便，可传递较大功率和转矩，非工作齿轮不啮合，空转损失和磨损小的特点。高速速比为5.935，可实现最大100km/h区间运行速度；低速速比为17.924，可实现0～12km/h的作业运行速度，在进行换挡操作时必须停车。其结构简图见图1，换挡装置结构图见图2。

该走行齿轮箱有三种工况：高速走行时，首先要手动操作空挡锁定销5处于解锁位，并用铜挂锁锁好，然后操作挂挡开关给出电信号使换挡拨动气缸6带动拨叉7再带动双联齿轮向图示右侧移动，这时拨叉定位块4移动到位置Ⅲ，位置Ⅲ处的感应开关送出高速挂挡信号，同时齿轮Z3和齿轮Z4啮合，此时拨叉7在导向杆上被弹簧、钢球组合的定位锁紧机构锁住，马达9的转矩和转速经过Z3→Z4→Z5→Z6降速增扭后驱动车轮轴实现高速走行；低速走行时，与高速位相反，气缸带动拨叉向图示左侧移动，这时拨叉定位块4移动到位置Ⅰ，位置Ⅰ处的感应开关送出低速挂挡信号，同时齿轮Z1和齿轮Z2啮合，拨叉7被定位锁紧机构锁住，马达9的转矩和转速经过Z1→Z2→Z5→Z6降速增扭后驱动车轮轴实现低速走行；当配砟车作为被动车联挂运行时，换挡装置应移动到位置Ⅱ，位置Ⅱ处的感应开关送出空挡信号，拨叉7被定位锁紧机构锁住，这时还应手动操作空挡锁定销5处于锁定位，并用铜挂锁锁好，确保联挂运行过程中，双联换挡齿轮3、花键轴8和液压马达9均不旋转，走行齿轮箱始终处于空挡位。

2 换挡装置存在的问题

根据上述对DPZ-440配砟整形车走行齿轮箱及其换挡装置结构和工作原理的分析，我们可以认识到该走行齿轮箱的设计是简单、可靠的，在空挡位还设计了双重锁定机构确保空挡位的安全锁定保护。但是在实际应用中，目前的换挡装置及控制还是存在空挡位置在锁定销没有插入的情况下，一是在机器低速移动时，由于振动，可能发生空挡位偏移，甚至挂入高速或低速档的问题；二是在机器高速运行时由于齿轮在高速转动，不至于发生挂入高速或低速档的问题，但可能在振动及双联换挡齿轮离心力的作用下造成齿轮间的摩擦伤损。虽然在机器操作时，只要我们严格按操作要求把空挡锁定销锁定就可以杜绝这两个问题，并且在实际运用中这两个问题出现的概率也是非常低的，但是如果出现，将造成液压马达损坏或走行齿轮箱损坏，甚至造成行车安全事故。

对于这两个问题出现的根源，我们需要对换挡装置中主要的换挡拨动气缸及其控制原理进行一下分析。该换挡拨动气缸是一个双级行程气缸，其换挡控制原理见图3。图中，压缩空气通过3个电磁阀的控制使双级气缸分别实现空挡0位、低速挡1位、高速挡2位，仅当1号电磁阀得电时，双级气缸行程处于高速挡2位；当3号电磁阀得电并1号电磁阀延时得电时，双级气缸行程处于空挡0位；仅当3号电磁阀得电时，双级气缸行程处于低速挡1位。由此可知，虽然采用延时处理，使得空挡0位行程得以实现，但是由于气缸的A腔和C腔缸径和压缩空气压力相同，所以空挡位仅处于一个平衡位。虽然在拨叉导向杆上设计了弹簧、钢球组合的定位锁紧机构，但是锁定力也是有限的。由此，我们就不难理解上述可能存在的安全风险了。

3 解决方案

根据上述问题的分析，提出了以下两个解决方案。（1）重新设计双级换挡气缸，将C腔的活塞推力增大至A腔活塞推力的1.5至2倍，确保空挡位的稳定性；（2）对于在用的双级换挡气缸，可考虑在1号电磁阀的进气端管路加装一个减压阀，将进入A腔的压力空气适当减压，使C腔的活塞推力大于A腔活塞推力，确保空挡位的稳定性。

4 结语

从以上对DPZ-440配砟整形车走行齿轮箱及其换挡装置结构及控制的分析，发现了换挡装置可能存在的安全隐患并提出了解决问题的思路，后续将积极开展相关试验并提出更加合理的解决方案为配砟整形车的安全运行提供技术保障。

参考文献：

[1]吕宁生.配碴整形车[M].北京：中国铁道出版社，1998.

[2]常安全，沈源建.DPZ-440型高速配碴整形车走行齿轮箱的开发[J].机车车辆工艺，2007（10）.

[3]成大先.机械设计手册[M].第四版.北京：化学工业出版社，2002.endprint

【摘 要】 主要对DPZ-440配砟整形车走行齿轮箱进行了介绍，分析了该走行齿轮箱及其换挡装置的结构和控制，提出了可能存在的安全隐患及解决思路。

【关键词】 走行齿轮箱 换挡装置 安全 配砟整形车

配砟整形车是我国目前使用较广泛的一种大型养路机械。它具有对道床进行配砟、整形和清扫等作用，是铁路新建、大修和维修大型机械化作业中不可缺少的配套机械之一。为实现高速区间运行及低速大推力的作业工况，配砟整形车走行齿轮箱一般均配置一个高速挡位、一个低速档位以及联挂状态时的空挡位。由此可见，走行齿轮箱换挡装置安全、可靠的工作和锁定是配砟整形车非常重要的一个环节。下面以DPZ-440配砟整形车走行齿轮箱换挡装置结构及控制展开分析。

1 DPZ-440配砟整形车走行齿轮箱及其换挡装置

DPZ-440配砟整形车走行齿轮箱采用滑移齿轮变速机构实现高速挡、低速挡及空挡三个位置的转换。这种变速方式具有变速范围大、操作方便，可传递较大功率和转矩，非工作齿轮不啮合，空转损失和磨损小的特点。高速速比为5.935，可实现最大100km/h区间运行速度；低速速比为17.924，可实现0～12km/h的作业运行速度，在进行换挡操作时必须停车。其结构简图见图1，换挡装置结构图见图2。

该走行齿轮箱有三种工况：高速走行时，首先要手动操作空挡锁定销5处于解锁位，并用铜挂锁锁好，然后操作挂挡开关给出电信号使换挡拨动气缸6带动拨叉7再带动双联齿轮向图示右侧移动，这时拨叉定位块4移动到位置Ⅲ，位置Ⅲ处的感应开关送出高速挂挡信号，同时齿轮Z3和齿轮Z4啮合，此时拨叉7在导向杆上被弹簧、钢球组合的定位锁紧机构锁住，马达9的转矩和转速经过Z3→Z4→Z5→Z6降速增扭后驱动车轮轴实现高速走行；低速走行时，与高速位相反，气缸带动拨叉向图示左侧移动，这时拨叉定位块4移动到位置Ⅰ，位置Ⅰ处的感应开关送出低速挂挡信号，同时齿轮Z1和齿轮Z2啮合，拨叉7被定位锁紧机构锁住，马达9的转矩和转速经过Z1→Z2→Z5→Z6降速增扭后驱动车轮轴实现低速走行；当配砟车作为被动车联挂运行时，换挡装置应移动到位置Ⅱ，位置Ⅱ处的感应开关送出空挡信号，拨叉7被定位锁紧机构锁住，这时还应手动操作空挡锁定销5处于锁定位，并用铜挂锁锁好，确保联挂运行过程中，双联换挡齿轮3、花键轴8和液压马达9均不旋转，走行齿轮箱始终处于空挡位。

2 换挡装置存在的问题

根据上述对DPZ-440配砟整形车走行齿轮箱及其换挡装置结构和工作原理的分析，我们可以认识到该走行齿轮箱的设计是简单、可靠的，在空挡位还设计了双重锁定机构确保空挡位的安全锁定保护。但是在实际应用中，目前的换挡装置及控制还是存在空挡位置在锁定销没有插入的情况下，一是在机器低速移动时，由于振动，可能发生空挡位偏移，甚至挂入高速或低速档的问题；二是在机器高速运行时由于齿轮在高速转动，不至于发生挂入高速或低速档的问题，但可能在振动及双联换挡齿轮离心力的作用下造成齿轮间的摩擦伤损。虽然在机器操作时，只要我们严格按操作要求把空挡锁定销锁定就可以杜绝这两个问题，并且在实际运用中这两个问题出现的概率也是非常低的，但是如果出现，将造成液压马达损坏或走行齿轮箱损坏，甚至造成行车安全事故。

对于这两个问题出现的根源，我们需要对换挡装置中主要的换挡拨动气缸及其控制原理进行一下分析。该换挡拨动气缸是一个双级行程气缸，其换挡控制原理见图3。图中，压缩空气通过3个电磁阀的控制使双级气缸分别实现空挡0位、低速挡1位、高速挡2位，仅当1号电磁阀得电时，双级气缸行程处于高速挡2位；当3号电磁阀得电并1号电磁阀延时得电时，双级气缸行程处于空挡0位；仅当3号电磁阀得电时，双级气缸行程处于低速挡1位。由此可知，虽然采用延时处理，使得空挡0位行程得以实现，但是由于气缸的A腔和C腔缸径和压缩空气压力相同，所以空挡位仅处于一个平衡位。虽然在拨叉导向杆上设计了弹簧、钢球组合的定位锁紧机构，但是锁定力也是有限的。由此，我们就不难理解上述可能存在的安全风险了。

3 解决方案

根据上述问题的分析，提出了以下两个解决方案。（1）重新设计双级换挡气缸，将C腔的活塞推力增大至A腔活塞推力的1.5至2倍，确保空挡位的稳定性；（2）对于在用的双级换挡气缸，可考虑在1号电磁阀的进气端管路加装一个减压阀，将进入A腔的压力空气适当减压，使C腔的活塞推力大于A腔活塞推力，确保空挡位的稳定性。

4 结语

从以上对DPZ-440配砟整形车走行齿轮箱及其换挡装置结构及控制的分析，发现了换挡装置可能存在的安全隐患并提出了解决问题的思路，后续将积极开展相关试验并提出更加合理的解决方案为配砟整形车的安全运行提供技术保障。

参考文献：

[1]吕宁生.配碴整形车[M].北京：中国铁道出版社，1998.

[2]常安全，沈源建.DPZ-440型高速配碴整形车走行齿轮箱的开发[J].机车车辆工艺，2007（10）.

[3]成大先.机械设计手册[M].第四版.北京：化学工业出版社，2002.endprint