一种用于铁路养护机械走行的液压系统的设计

2015-04-16北京二七轨道交通装备有限责任公司工程机械研发中心北京100070

液压与气动 2015年2期

， (北京二七轨道交通装备有限责任公司工程机械研发中心，北京　100070)

引言

铁路钢轨在使用时间长以后，会产生不同程度的损害，如剥离、磨耗、肥边、焊缝凹陷及鱼鳞裂纹等。对钢轨进行打磨修复，可以使钢轨恢复良好的工作状态。同时，对新铺铁路钢轨还需要进行防御性打磨，以延缓产生损害的时间，如图1所示。

图1　钢轨打磨前后对比

打磨装置安装在作业车上，作业车在铁路钢轨上行走，随着作业车的行走，打磨装置上的砂轮对钢轨进行连续打磨。作业车行走牵引是由机车来担当。六节作业车由一台机车牵引，组成整列车，该列车为GMC-96B型钢轨打磨列车。目前GMC-96B钢轨打磨列出车已在铁路养护中批量运用。

根据作业车上打磨装置的工作特性，要求作业车的运行时速度，也即用来牵引的机车速度低，速度范围为3～15 km/h，并且速度平稳恒定，即精度要高，速度误差为：5 km/h(含)以下为±0.5 km/h；5 km/h以上为设定速度±10%。

设定速度的±10%，并且速度无级可调。因此机车作业时的动力传递采用了低速负荷特性好、调速性能好、结构简单、易于布置的液压传动。

1　液压系统的功能

机车的动力源为柴油机，通过液压传动以及传动比合适的变速箱，将动力传递到前、后两个转向架上的6对车轮上，从而使车轮旋转，牵引列出运行。动力传递路线见图2。

图2　动力传递路线

柴油机扭矩传递给分动箱的输入轴，再通过分动箱驱动液压泵，两个液压泵通过高压油将扭矩传递给液压马达，液压马达驱动经减速箱及转向架上的齿轮箱，将扭矩传递给各车轮。前后转向架各有3对车轮，共6对车轮。

铁路线路路况是变化的，经常有坡道，坡道会产生坡道阻力，因此机车的负载随不同路况也是变化的。液压系统除了在负载大时能牵引列车外，还应该控制使保持速度精度。

2　液压系统设计

液压系统的主回路就是液压泵驱动液压马达的工作油路，另外还有冷却回路，阀组回路等。

系统工作压力设定为40 MPa。采用闭式回路。调速采用变量泵-变量马达的容积调速回路，以满足大负载和相对来说较高速度的要求。马达的转速=流量/排量，所以通过改变马达的流量和排量，来控制马达的转速。

2.1　液压马达的选型计算

已知条件为，最大坡度33‰，机车重量P=1380 kN，作业车总重量G=4800 kN，打磨附加阻力Q=40 kN，车轮直径(半磨耗)1.013 m。终端驱动齿轮箱的传动比为4.087。

由此算出驱动整列车的马达所承受的最大扭矩为32 kNm。当列车速度为15 km/h时，马达转速超过3000 r/min。由于扭矩大、转速高，需要选用高速大扭矩马达，并且配以减速箱，将马达转速降低，扭矩加大。同时，结合车的结构，以及液压产品样本，经过计算，选定采用4个马达来驱动，每个马达的实际扭矩850 N·m，可选用排量160 cm3的马达。

根据流量公式：Q=Vn/ηMV[2]，计算每个马达最大流量约为200 L/min。

2.2　液压泵的选型计算

根据柴油机转速1720 r/min，分动箱传动比1.396，计算出泵的转速约2400 r/min。

泵的选型根据马达的工况，已经根据负载扭矩，计算出系统的流量，系统采用闭式回路，考虑上最大流量和系统的泄漏，计算出一个泵的排量：

2.3　液压泵、马达型号

根据排量，考虑到在运用的可靠行，泵、马达选型型号及主要技术参数见表1。

表1　泵和马达主要技术参数

液压泵为斜盘结构轴向柱塞变量泵，流量无级调节，输出流量可为从零到最大值，带比例电磁铁，采用EP电气控制。当泵的斜盘摆过中位，即可改变液压油的流向，从而改变马达的转向，也就是改变车轮转向，使列车按不同的方向改变。泵内设有压力切断阀限制系统压力，设定值40 MPa。每个高压侧配有防止系统压力过载溢流阀，设定值为 42.5 MPa；还配有内置补油泵和补油溢流阀，补油压力由补油溢流阀限制，设为2.5 MPa。

液压马达为斜轴结构轴向柱塞马达，排量从零到最大无级可调，旋转方向双向可逆，对应列车不同运行方向，带比例电磁铁，采用EP电气控制，带有冲洗和补油阀。

2.4　液压阀选型

液压阀用于控制液压油的流向，压力，流量等。系统压力、液压泵和马达确定后，可以根据各阀的功能[3]，按需要，依据压力和流量，选用液压阀。

系统的液压阀选用的液压阀型号及主要技术参数见表2。

表2　液压阀型号及压力

2.5　液压系统回路

液压系统原理图见图3。

1、2.液压泵　3～6.液压马达　7.溢流阀　8、9.液压方向阀 10.顺序阀　11.梭阀　12、13.电磁方向阀　14、15.分流集流块图3　液压系统原理图

系统采用了2个液压泵，4个液压马达，以及5个液压阀。另外，采用了分流集流块，对系统的流量进行均衡分配。

1) 主油路

带有压力的液压油从2个泵流出后在一个分流集流块合流，再同时分到4个液压马达，经液压马达释放能量后，汇集在另一个分流集流块，回到2个液压泵，开始新的工作循环。采用分流块的目的是使2个泵的液压油汇集后再流向4个马达，使流向各马达的流量基本均衡，并且可以互相补偿压力，从而使各马达转速基本一致，以保证各个车轮的转速一致，6对车轮旋转的同步性得到保证，则牵引力得到充分发挥行驶速度更加稳定。

2) 补油及冷却回路

每个液压泵内置的补油泵从油箱吸油，对系统进行补油，同时带走系统产生的热量，从泵的壳体内流出，经液压油冷却器冷却后，回到液压油箱。同时补充泄漏引起的流量损失。另外，液压马达带有内置的冲洗阀，将一定流量的热油经冲洗阀，从马达壳体泄出，也带走系统的部分热量。

3) 液压阀组回路

当列车作业走行时，阀组不动作；当实施制动时，电气控制的液压泵的电磁铁断电，液压泵不再向液压马达供油；但这时由于惯性，列车仍未停止，马达仍在转动，会反带液压泵旋转，为保护液压泵和向液压马达继续供油，列车实施制时阀组同时动作，通过液压泵的控制油口，使液压泵继续向回路供油，直到液压马达停止转动，列车停止为止。