淺議液壓減速頂?shù)膸讉€(gè)技術(shù)問題

何 寧

（哈爾濱鐵路局減速頂研究所, 黑龍江 哈爾濱 1500066）

液壓減速頂工作的穩(wěn)定性是人們所期望的，但是有些技術(shù)問題可能使其工作不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)功能降低或變差，給編組場(chǎng)調(diào)車作業(yè)帶來麻煩。為此，就液壓減速頂?shù)膸讉€(gè)技術(shù)問題進(jìn)行探討。

1 減速頂?shù)挠蜌獗群偷獨(dú)鈮毫栴}

液壓減速頂是依靠液壓油的流動(dòng)來實(shí)現(xiàn)減速頂?shù)母鞣N功能，而且油和氮?dú)庠谟透桌锏捏w積比（油氣比）對(duì)減速頂?shù)墓ぷ餍阅墚a(chǎn)生很大影響，同時(shí)氮?dú)庠谟透桌锏膲毫σ矊?duì)減速頂?shù)男阅墚a(chǎn)生重要影響。它們主要影響三個(gè)技術(shù)指標(biāo)：臨界速度、制動(dòng)功和阻力功。因此，在減速頂組裝過程中，裝入油缸里液壓油的量一定要準(zhǔn)確，這樣才能保證油氣比的精度。另外，組裝時(shí)的充氮壓力也非常關(guān)鍵，氮?dú)獬跏級(jí)簭?qiáng) 不能有明顯偏差。參見圖1。

圖1 油缸里的液壓油和氮?dú)?/p>

1）對(duì)臨界速度的偏差：從臨界速度公式可以看出P0的影響。

式中：γ—液壓油的比重，N/cm3；

C—速度閥流量系數(shù)；

D1—速度閥板外徑，cm；

D0—滑動(dòng)油缸內(nèi)徑，cm；

d—活塞桿直徑，cm；

m—速度閥彈簧數(shù)量，個(gè)；

K—速度閥彈簧剛度，N/cm；

X—速度閥彈簧預(yù)緊壓縮量，cm；

h —速度閥開量，cm；

P—速度閥剛要關(guān)閉時(shí)閥板上表面的壓力，N/cm2；0

A1—速度閥板上表面的受壓面積，cm2；

A2—速度閥板下表面的承壓面積，cm2；

βL—車輪輪緣與減速頂油缸的接觸角，°；

α—減速頂?shù)陌惭b角，°。

P0增加導(dǎo)致臨界速度βL提高。

2）對(duì)制動(dòng)功的影響：

油氣比對(duì)制動(dòng)功有很大影響，如果油多了，氮?dú)怏w積小了，油缸的空走行程變小，做制動(dòng)功的行程增加，使得制動(dòng)功加大；反之，液壓油的量少了，使減速頂?shù)闹苿?dòng)功減小。

3）對(duì)阻力功的影響：

當(dāng)車輪的走行速度低于減速頂?shù)呐R界速度時(shí)，減速頂對(duì)車輪不做功，但也產(chǎn)生一定的阻力，該阻力對(duì)車輪的做功稱為阻力功，阻力功越小越好。但是，油氣比對(duì)阻力功有影響，油的體積增加時(shí)，阻力功加大，充氮壓力偏大時(shí)，同樣阻力功增加。

為了保證減速頂臨界速度準(zhǔn)確、制動(dòng)功不降低、阻力功不增加，在減速頂解體組裝時(shí)，一定要嚴(yán)格控制油氣比和充氮壓力的誤差。

2 減速頂臨界速度的誤差

液壓減速頂?shù)囊粋€(gè)重要技術(shù)指標(biāo)是減速頂?shù)呐R界速度，它決定車輪經(jīng)過減速頂時(shí)，該頂是否對(duì)車輪做功，因此臨界速度是減速頂對(duì)車輪做制動(dòng)功的“開關(guān)”，如果“開關(guān)不靈”，減速頂對(duì)外做功就沒有保證，所以臨界速度是減速頂最主要的技術(shù)指標(biāo)之一。它的誤差大小決定了減速頂做功的準(zhǔn)確性。

每種型號(hào)的液壓減速頂?shù)呐R界速度都規(guī)定了一定的許用誤差±Δ，比如臨界速度是V0，則臨界速度的上限是V0+Δ，下限是V0-Δ。如果減速頂?shù)纳a(chǎn)誤差或使用誤差超出了{(lán)V0+Δ→V0-Δ}的范圍，這就屬于這個(gè)或這批減速頂?shù)呐R界速度不準(zhǔn)確，將給編組場(chǎng)上的調(diào)車作業(yè)帶來不利影響。

從計(jì)算臨界速度的數(shù)學(xué)模型（公式1）中可以分析影響臨界速度誤差的主要因素。

生產(chǎn)誤差：減速頂?shù)乃俣乳y由速度閥板和速度閥彈簧組成。如圖2所示。

圖2 速度閥結(jié)構(gòu)示意圖

而臨界速度的大小主要取決于速度閥板的開量h、速度閥彈簧的剛度K和彈簧預(yù)緊壓縮量X，其次是液壓油的壓力P0等（見公式1）。開量h是指速度閥板下表面與活塞頭部上表面之間的距離，見圖中F2。如果在生產(chǎn)中，上述幾個(gè)參數(shù)沒有達(dá)到設(shè)計(jì)值，組裝時(shí)的開量h不準(zhǔn)，均會(huì)造成減速頂先天性的臨界速度誤差，這當(dāng)然可以通過出廠前的試驗(yàn)加以調(diào)整和修改。

使用誤差：減速頂在運(yùn)用過程中，臨界速度也會(huì)產(chǎn)生誤差。車輪輪緣與油缸的接觸角βL對(duì)臨界速度的誤差產(chǎn)生影響，而接觸角與減速頂?shù)陌惭b高度、軌距的寬度、車輪輪緣的厚度有關(guān)。如果減速頂?shù)陌惭b高度不一致，線路軌距加寬，車輪輪緣變薄，都會(huì)使臨界速度的誤差加大。另外，在使用過程中，隨著時(shí)間的推移，油缸里的液壓油純度不斷下降、黏稠度增加、流動(dòng)性變差，從而導(dǎo)致臨界速度誤差明顯加大；其次是使用時(shí)間越長(zhǎng)，油缸的油氣不可避免地有些滲漏，降低了油氣壓力P0，也會(huì)造成臨界速度的誤差。

臨界速度的偏差越大，對(duì)溜放車輛的速度控制精度越差。例如：一組重車進(jìn)入減速頂區(qū)要求其速度降低到5km/h，可是有些減速頂?shù)呐R界速度誤差大，超過了上限V0+Δ，于是這些減速頂不起制動(dòng)作用，導(dǎo)致車速偏高，容易與前車超速連掛而撞車，甚至發(fā)生事故（脫線或?qū)⑶败囎矇模?。再如：一組輕車進(jìn)入減速頂連掛區(qū)，由于有些減速頂?shù)呐R界速度偏低，低于了下限V0-Δ，本來要求減速頂不做制動(dòng)功，可是有些減速頂起了制動(dòng)作用，造成這組輕車停留在連掛區(qū)中間，溜不到位，也可能使后續(xù)鉤車與其相撞，或者需要調(diào)車機(jī)車下峰整場(chǎng)，從而影響了調(diào)車作業(yè)的時(shí)間，降低了作業(yè)效率。

因此，由于減速頂臨界速度的誤差會(huì)產(chǎn)生以下不良后果：

重車 E1＞∑W 車輛超速連掛，撞車

輕車 E2＜∑W 車輛途停，也可能撞車

式中： E1,E2—鉤車動(dòng)能，

n—減速頂?shù)呐_(tái)數(shù)；

d—減速頂滑動(dòng)油缸內(nèi)徑，cm；

Pe—壓力閥的定壓，N/cm2；

H—減速頂?shù)拇怪惫ぷ餍谐?，H ＝H0cosα，cm；

H0—減速頂油缸沿其軸線的行程，cm；

α—減速頂?shù)陌惭b角，° 。

減小臨界速度誤差首先在出廠前就應(yīng)克服在生產(chǎn)中存在的問題，亦即應(yīng)該是合格產(chǎn)品，至于使用中的誤差是有關(guān)使用部門要注意和解決的問題。

1）減小接觸角的偏差：關(guān)鍵是線路鋼軌的軌距問題，在線路的日常維修中，要求工務(wù)部門加強(qiáng)對(duì)編組場(chǎng)線路維修的重視，盡量避免軌距加寬，不要超過1435+6mm，這樣可以減小車輪的橫動(dòng)量，從而減少了接觸角 的偏離度，進(jìn)而減少臨界速度的偏差。

2）安裝高度問題：減速頂?shù)呐R界速度與減速頂在鋼軌上的安裝高度有關(guān)，據(jù)有關(guān)學(xué)者分析，高度每差1mm，臨界速度就偏差0.04m/s(0.144km/h)。所以在減速頂?shù)木S修過程中，一定要保證安裝高度達(dá)到有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，避免因安裝高度不準(zhǔn)而產(chǎn)生減速頂臨界速度的偏差。

3）避免減速頂油缸油氣的漏泄：在線路上檢查減速頂?shù)臓顟B(tài)時(shí)，一定要注意減速頂?shù)挠蜌鈮毫κ欠癯渥?，發(fā)現(xiàn)油氣不足一定要及時(shí)更換，防止因油氣漏泄產(chǎn)生臨界速度的偏差。

4）減速頂油缸里的液壓油一定要定期更換，保證液壓油的黏度、純度和流動(dòng)性始終處于良好狀態(tài)，這樣才能使臨界速度準(zhǔn)確。

5）避免雙頭螺栓松動(dòng)，因?yàn)樗鼈兯蓜?dòng)會(huì)使安裝角α發(fā)生變化，同時(shí)也使接觸角βL減小，從而導(dǎo)致臨界速度改變。

3 阻力功的影響問題

減速頂?shù)淖枇﹄m然僅是其制動(dòng)功的百分之幾（5%左右），但對(duì)難行車的走行影響卻很大，甚至即使有幾臺(tái)減速頂?shù)淖枇γ黠@偏高，就可以使難行車的速度顯著降低，或者造成車輛途停。這對(duì)調(diào)車作業(yè)的順利進(jìn)行帶來不少麻煩：一是可能無法進(jìn)行下鉤車的溜放；二是可能會(huì)造成鉤車相撞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生輕車脫線事故。為此，必須重視減速頂?shù)淖枇栴}。減速頂?shù)淖匀蛔枇Γú蛔鲋苿?dòng)功時(shí)的阻力）包括氮?dú)鈮嚎s阻力、液流阻力和摩擦阻力，如公式（2）：

式中： Fd—氮?dú)鈮嚎s阻力，N；

F1—液流阻力，N；

Fm—摩擦阻力，N。

它們產(chǎn)生的阻力功：

新出廠的減速頂阻力不會(huì)太大，因?yàn)楦髂Σ粮遍g的潤(rùn)滑好，液壓油的物理性能好。但是經(jīng)過若干時(shí)間后，尤其是維修不佳，減速頂?shù)母鞣N阻力會(huì)明顯增加，特別是液流阻力和摩擦阻力會(huì)顯著上升，從而使減速頂?shù)淖枇Υ蟠笤黾?，?duì)難行車的走行帶來很大困難。

克服阻力功上升的關(guān)鍵是日常維修時(shí)加強(qiáng)對(duì)油缸和殼體間的潤(rùn)滑，降低摩擦阻力，定期更換液壓油，保證液壓油始終有較好的流動(dòng)性。

4 制動(dòng)功的降低問題

有幾種因素會(huì)使減速頂?shù)闹苿?dòng)功降低：安裝高度偏低；油缸油氣漏泄；調(diào)壓螺絲松動(dòng)；壓力閥口密封不嚴(yán)；壓力閥彈簧剛度降低；活塞頭部密封環(huán)不好而上下串油；等等。

一般新減速頂不會(huì)發(fā)生上述問題（安裝高度除外），但使用時(shí)間一久，各方面的問題就都會(huì)出現(xiàn)。減速頂?shù)闹苿?dòng)功包括有氮?dú)鈮嚎s產(chǎn)生的制動(dòng)功、液流阻力制動(dòng)功、壓力閥定壓制動(dòng)功、摩擦阻力制動(dòng)功。當(dāng)然制動(dòng)功的主體是壓力閥定壓產(chǎn)生的制動(dòng)功。如公式（4）為一臺(tái)減速頂?shù)闹苿?dòng)功表達(dá)式：

式中：W0—壓力閥定壓制動(dòng)功

d—滑動(dòng)油缸內(nèi)徑，cm；

P0—壓力閥的定壓，N/cm2；

H—油缸的垂直工作行程，cm。

壓力閥密封不好、壓力閥彈簧老化、調(diào)壓螺絲松動(dòng)以及活塞上下串油，都導(dǎo)致壓力閥定壓制動(dòng)功的降低，這也是制動(dòng)功降低的關(guān)鍵所在。由于減速頂在運(yùn)用過程中，是群體做功，一條線路上安裝了上百臺(tái)減速頂，如果僅有一兩臺(tái)頂?shù)闹苿?dòng)功有所降低，并不會(huì)影響該股道的調(diào)車作業(yè)效果，但若有多臺(tái)減速頂?shù)闹苿?dòng)功下降，將會(huì)造成減速頂系統(tǒng)能力的不足，容易使鉤車超速，這種情況對(duì)調(diào)車作業(yè)的安全和效率均會(huì)產(chǎn)生不良影響。

為了解決這個(gè)問題，應(yīng)加強(qiáng)日常的巡檢和維修，定期更換壓力閥彈簧，定期檢查調(diào)壓螺絲是否松動(dòng)，注意壓力閥體和活塞密封環(huán)的修理與更換等。

5 雙頭螺栓的問題

通常減速頂是通過殼體上的兩個(gè)雙頭螺栓緊固在鋼軌腰上，此時(shí)雙頭螺栓成為“懸臂梁”，受力情況比較惡劣，如圖3所示

圖3 正常情況下螺栓受力情況

它受到的作用力有拉力N，剪切力F和彎矩M，一個(gè)螺栓受到的正應(yīng)力：

NL— 螺栓受到 的拉力，N;

NJ— 螺栓預(yù)緊力, N;

MK— 螺栓受到的彎矩；N·m;

S — 一個(gè)螺栓的橫截面積，m2;

W— 材料的抗彎系數(shù)。

受到的剪應(yīng)力：

Q—螺栓受到的剪切力，N。

根據(jù)二向應(yīng)力狀態(tài)理論，拉伸主應(yīng)力：

再據(jù)螺栓材料的強(qiáng)度極限σb計(jì)算出螺栓的安全系數(shù)。通過計(jì)算，有的型號(hào)減速頂，螺栓的安全系數(shù)是偏小的。

如果有一個(gè)螺栓松動(dòng)，另一個(gè)螺栓的受力情況更惡劣，如圖4。

圖4 螺栓松動(dòng)后的受力情況

由于螺栓松動(dòng)，增加了螺栓上的剪切力和彎矩，對(duì)螺栓強(qiáng)度十分不利，更易折斷。

有的型號(hào)減速頂螺栓強(qiáng)度偏小，曾出現(xiàn)螺栓折斷問題。尤其是有一個(gè)螺栓松動(dòng)時(shí)，不僅影響減速頂?shù)墓ぷ餍阅?，而且容易造成螺栓損壞。

設(shè)計(jì)者要加大安全系數(shù)，使用者要加強(qiáng)日常檢查，經(jīng)常對(duì)螺母進(jìn)行緊固。

綜上所述，液壓減速頂在運(yùn)用中的幾個(gè)技術(shù)問題是值得設(shè)計(jì)者、生產(chǎn)者和使用者重視的，特別是使用部門，一定要加強(qiáng)日常的維修和管理，嚴(yán)格按照技術(shù)要求進(jìn)行檢修，保證調(diào)車作業(yè)的安全和效率。