低地板有轨电车集成式真空注油机的设计研究

彭志强

摘要：本文主要根据客户企业需求设计并制造了针对低地板有轨电车抗折弯系统的集成式真空注油机，分别对集成式真空注油机的五个部分（真空除气系统、加压注油系统、电控系统、抗折弯手动加载系统和推车）进行了介绍，经交付客户企业后，集成式真空注油机的各项性能参数均符合预期性能指标。

关键词：低地板有轨电车;集成式真空注油机;设计

0  引言

低地板有轨电车是目前世界范围内“最绿色”的交通工具之一，可在现有城市道路基础上铺设轨道，与其他车辆共享路权，建设成本仅为地铁和城轨的30%。低地板有轨电车作为一种中等运量的轨道交通系统，以其良好的适用性和设计的灵活性可以满足不同城市、不同区域、不同时期对于公共交通的不同需求。其采用了模块化设计、超级电容供电、抗折弯系统等多项先进技术。其中抗折弯系统用于防止单个车体模块在车辆行驶于直轨和曲轨上、以及驶入和驶出曲线时不必要的位移和运动，主要包括铰接装置、控制液压缸、主控阀块、缓冲液压缸、缓冲阀块、辅助阀块和蓄能器等部件。该系统具有横向减振的功能，可提高列车行驶的舒适性。如果一旦抗折弯系统失效不仅会影响车辆的运行性能，而且还有可能危及车辆和乘客生命安全。

抗折弯系统作为典型的液压装置，影响其正常工作的因素主要在于液压油的质量，而液压油质量主要取决于输送液压油的设备性能好坏。而为液压系统输送液压油的设备主要是注油机，传统注油机是以开放式油箱和普通液压泵为液压系统提供油液，液压油长期暴露在大气中，导致油液中溶解了部分空气。当低地板有轨电车紧急制动时，溶解在液压油中的气体会分离出来，形成“气蚀”现象，直接影响制动效果和列车运行的平稳性。

为了解决“气蚀”现象，并能综合解决抗折弯系统的其他问题，提出‘集成式真空注油机’方案。旨在设计一款能除去液压油中空气、清洗抗折弯系统液压回路、测试抗折弯系统性能的集成式装置，并能通过PLC和工业触摸屏对整个注油机各个模块进行监测和控制。

1  集成式真空注油机的设计

为完成低地板有轨电车抗折弯系统的注油等系列任务，根据厂家要求对产品的要求，设计了针对低地板、城轨专用的集成式真空注油机，包含5个部分：真空除气系统、加压注油系统、抗折弯手动加载系统、电控系统和推车。集成式真空注油机采用模块化设计，既可以单独拆分进行独立的功能测试，又能够通过电控系统对其进行各项数据进行采集和自动化控制，具有集成化，模块化设计、轻量化设计、方便组合拆分、操作简单、使用寿命长、维护成本低等优点。

1.1 真空除气系统

真空除气系统能快速去除液压系统中混入的空气，原理图如图1所示，主要包含交流220V电机、真空泵、过滤器、真空蓄能器、电磁截止阀、快速接头等部件;包含由快速接头、涡轮转子流量计、玻璃管浮子等观察真空除气效果的显示模块，包含9组球阀和快速接头的多路供油模块。系统首先驱动真空泵、真空蓄能器和压力传感器从封闭邮箱中抽取空气，使整个油箱系统中的维持在-1～-0.5bar之间，再由加压注油系统从封闭油箱吸取油液通过快速接头流入涡轮流量计等部件，以可视化的形式显示油管内油液流动形态。

1.2 加压注油系统

加压注油系统主要用于抗折弯系统管路的清洗、排气、注油及加压，原理图如图2所示，主要部件包括由交流220V电机、齿轮泵、吸油过滤器组成的动力部分;由溢流阀、安全阀、单向卸荷阀、发力传感器和压力表组成的压力控制部分;由双位比例节流阀和流量传感器组成的流量控制部分;有温度传感器和液位传感器组成的监测部分。在真空除气系统的作用下，封闭油箱的压力整体处于负压状态，经过除气后的油液在动力部分的作用下，经过压力控制部分和流量控制部分的双重作用后，流入真空除气系统中显示模块和多路供油模块，用于防折弯系统管路的清洗、排气、注油及加压。

1.3 电控系统

电控系统主要用于控制真空除气系统和加压注油系统，具体控制真空除气系统的真空泵启停、吸气开关的开关、自动加油除气的启停/故障的显示报警、注油机各个检测部分的数据采集和反馈;加压注油系统油泵的启停。各个部分通过航空插头来与电控系统进行连接，可以单独进行控制，也可以由PLC行进自动控制。

1.4 抗折弯手动加载系统

抗折弯手动加载系统主要泄漏测试（加压测试）、确定系统刚度、给系统补注少量的液压油以及调整系统运行压力，如图3所示，包含手动加载泵、溢流阀、手动换向阀、旁通节流阀、高压球阀、增速缸等部件。抗折弯手动加载系统可根据实验情况对低地板有轨电车的抗折弯系统进行刚度实验、渗漏实验。

刚度实验和泄漏实验同步进行，首先缓慢轻压手动泵的压杆，将防折彎管路内的压力加压至115～120bar，增速缸作用在抗折弯系统上，以高负载检测抗折弯系统刚度;然后将管路压力稳定在115～120bar之间，稳定1分钟，读取液压压力表的读数P1，3分钟后，再次读取液压压力表的读数P2，要求要求P1-P2≤10bar，最后维持防折弯管路内的压力在110bar以上，目视检查整车防折弯管路的每个液压管接头，确认液压管路没有泄漏。

1.5 推车

由于低地板有轨电车较长，为扩展集成式真空注油机的工作范围，将各部分系统按照一定位置关系集成在推车上，经最终装配完成后，集成式真空注油机如图4所示。

2  总结

与传统注油机相比，集成式真空注油机有如下特点：采用封闭式油箱，隔绝液压油与大气的接触，减少污染物侵蚀液压油;采用负压除气装置，将溶于液压油中的空气抽取出来，提高液压油的质量;集成抗折弯系统测试装置，用于测试完成注油后的抗折弯系统泄露和刚度，确保抗折弯系统能正常工作;采用PLC、工业触摸屏控制和各类型传感器监测注油机的各个系统，如：封闭式油箱的真空度、封闭式油箱的液位传感器、故障报警显示和注油机各个检测部分的数据采集和反馈等，确保注油机各系统的运转都处于监测之下，保证低地板有轨电车的行驶安全。

参考文献：

[1]彭丽军，谭明敏.储能式现代有轨电车防折弯系统简介[J].科技创新与应用，2015（32）：149.

[2]黄江伟，雷新红，等.储能式现代有轨电车防折弯系统试验研究[J].技术与市场，2015，22（05）：26-27，32.

[3]李晶，朱先亮，等.低地板轻轨车液压防折弯系统阻尼特性分析[J].同济大学学报（自然科学版），2017，45（07）：1044-1049.

[4]刘晓兵.机车车辆减振器组装流水线自动注油机研究[J].铁道机车车辆工人，2009（11）：1-4.