電液轉(zhuǎn)轍機(jī)防反彈裝置控制與研究

謝根寶

（太原電務(wù)器材廠，山西 太原 030001）

1 概述

轉(zhuǎn)轍機(jī)做為道岔轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中一個重要的設(shè)備，其穩(wěn)定性、可靠性顯得尤為重要。電液轉(zhuǎn)轍機(jī)是我國鐵路道岔中使用量很大的一種機(jī)型，目前我國提速道岔多采用ZYJ7型電液轉(zhuǎn)轍機(jī)。

2 電液轉(zhuǎn)轍機(jī)防反彈裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理

ZYJ7型電液轉(zhuǎn)轍機(jī)油路系統(tǒng)為閉式回路，通過電動機(jī)帶動油泵正反轉(zhuǎn)輸出液壓油，控制油缸的左右動作，轉(zhuǎn)轍機(jī)工作到位，電動機(jī)斷電，油泵停止工作，油缸停止運(yùn)動，轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)機(jī)械鎖閉，鎖閉狀態(tài)，見圖1。

圖1 轉(zhuǎn)轍機(jī)鎖閉原理示意圖

在鎖閉狀態(tài)時要求油缸禁止不動，但是由于列車通過道岔時產(chǎn)生一定頻率的振動。若液壓系統(tǒng)中出現(xiàn)液壓油內(nèi)泄現(xiàn)象時，油缸連帶可向反方向位移。當(dāng)位移大于3 mm時開閉器打開，表示電路斷開，系統(tǒng)報(bào)警。針對這一問題，可以在油缸推板下方與動作桿配合的間隙處設(shè)計(jì)增加一套彈簧鎖閉機(jī)構(gòu)來解決油缸反向竄動，見圖2。

圖2 彈簧鎖閉機(jī)構(gòu)示意圖

在轉(zhuǎn)轍機(jī)運(yùn)行過程中，鋼珠落入凹槽時，即為轉(zhuǎn)轍機(jī)鎖閉狀態(tài)；鋼珠不在凹槽時，即為轉(zhuǎn)轍機(jī)轉(zhuǎn)換狀態(tài)，鋼珠落入另一側(cè)凹槽時，即為轉(zhuǎn)轍機(jī)反方向鎖閉狀態(tài)。

3 影響轉(zhuǎn)轍機(jī)解鎖壓力的原因分析及其控制方法

轉(zhuǎn)轍機(jī)轉(zhuǎn)換過程中，鋼珠爬出凹槽的過程即是轉(zhuǎn)轍機(jī)解鎖時狀態(tài)。根據(jù)電動液壓轉(zhuǎn)轍機(jī)技術(shù)要求，轉(zhuǎn)轍機(jī)解鎖壓力不得大于6 MPa，不帶負(fù)載動作時（即空動壓力）的壓力不大于3.0 MPa。因此若要實(shí)現(xiàn)彈簧鎖閉機(jī)構(gòu)的作用，必須要求轉(zhuǎn)轍機(jī)解鎖壓力保持在3.5～5.5 MPa范圍。

通過分析影響解鎖壓力的原因分為：

（1）油缸組與動作桿組配合間隙。

（2）碟形彈簧通過鋼珠對于油缸組的阻力。

（3）油缸組與動作桿組運(yùn)動時的摩擦阻力。

下面文章將以ZYJ7型轉(zhuǎn)轍機(jī)為例，分別對上述3個原因進(jìn)行研究和分析。

3.1 轉(zhuǎn)轍機(jī)油缸動作桿裝配間隙尺寸鏈計(jì)算

3.2 碟簧受力分析及計(jì)算

圖3 鋼珠受力分析矢量圖

由圖 3 得出 T=F×sinα2。

sinα2與位移的關(guān)系見圖4。

圖4 sinα2與位移關(guān)系曲線

而對合組合碟簧由i個相同規(guī)格碟簧組成見圖5，在不計(jì)摩擦力時：

FZ=F，F(xiàn)Z與變形量fZ對應(yīng)的組合碟簧負(fù)荷

fZ=i·f，f單片碟簧的變形量

HZ=i·H0，H0單片碟簧自由高度

圖5 對合組合碟簧負(fù)荷曲線

根據(jù)圖4、圖5示意關(guān)系阻力T最大產(chǎn)生在位移2.4處，此時 α=36.87°，sinα2=0.36。

文章選用碟簧A18-1 GB/T1972-2005，19片對合組合使用，根據(jù)碟簧計(jì)算公式。

碟簧負(fù)荷：

μ=0.3，泊松比K1K4計(jì)算系數(shù)t碟簧厚度。

計(jì)算得出，碟簧組每壓縮0.1 mm，壓力增加約23 N。

表1是19片碟簧為一組，在壓縮至不同高度時的負(fù)荷值，碟簧組自由高度為26.6。表中數(shù)據(jù)證明碟簧組的壓縮位移量與負(fù)荷之間的正比關(guān)系。

動作桿組鋼珠裝配高度為3.3，油缸組與動作桿組的配合間隙為0.06～0.834，因此鋼珠在解鎖過程中壓縮量是2.466～3.24。文章以220動程電液轉(zhuǎn)轍機(jī)油缸為例，油缸橫截面積4.525 2 cm，轉(zhuǎn)轍機(jī)每升高壓力1 MPa，需要阻力453N，其空動壓力為2.0～2.5 MPa，解鎖壓力需控制到3.5～5.5 MPa，需增加1.5～3.0 MPa，取中間值為2.25，因此轉(zhuǎn)換阻力T=1019N。通過sinα2得出F=2830N，即每組碟簧力F=1 415 N。

3.3 摩擦阻力影響

文章通過對轉(zhuǎn)轍機(jī)裝配后跟蹤統(tǒng)計(jì)，摩擦阻力對轉(zhuǎn)轍機(jī)壓力影響低于0.5 MPa，推出摩擦阻力最大226.5 N。

綜上所述，可得出每組碟簧力應(yīng)為1 188.5 N，解鎖過程中碟簧力只增加656 N。因此碟簧組裝配于動作桿組時應(yīng)有一定的預(yù)緊壓力1 188.5-656=532.5 N。保證動作桿組裝配完畢后的碟簧預(yù)緊力532.5 N，即可控制轉(zhuǎn)轍機(jī)的解鎖壓力。控制轉(zhuǎn)轍機(jī)解鎖力的關(guān)鍵在于控制其動作桿組碟簧組裝配壓力。

表1 碟簧組負(fù)荷實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 實(shí)際效果

在轉(zhuǎn)轍機(jī)生產(chǎn)過程中，針對不同機(jī)型，只需計(jì)算出轉(zhuǎn)轍機(jī)每提高1 MPa所需阻力，即可確定動作桿組碟簧的裝配預(yù)緊力。同時通過對車間生產(chǎn)過程的跟蹤記錄，解鎖壓力范圍控制可精確到0.5 MPa，即可保證實(shí)際生產(chǎn)要求。

5 結(jié)束語

這次研究為筆者精確控制電液轉(zhuǎn)轍機(jī)壓力指標(biāo)提供了可靠的理論依據(jù)，提高了轉(zhuǎn)轍機(jī)的裝配合格率，對電液轉(zhuǎn)轍機(jī)質(zhì)量的提高起到非常重要的作用。

[1]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.11.

[2]GB/T 1972-2005碟形彈簧.

[3]張功學(xué).理論力學(xué).西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008.02.