液壓抱軌剎車裝置的應(yīng)用研究

【摘要】針對目前國內(nèi)機(jī)車普遍采用的閘瓦制動和盤型制動，本文提出了一種新的制動方式—采用液壓同步缸的抱軌剎車裝置。該文介紹了該裝置液壓系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)組成，并分析了系統(tǒng)工作原理。提出了一種采用液壓同步缸來保證四個剎車裝置夾緊油缸的同步精度，采用連桿機(jī)構(gòu)來放大油液壓力，并成功運(yùn)用于某水池拖曳行走機(jī)構(gòu)中。

【關(guān)鍵詞】剎車裝置；抱軌剎車；液壓同步缸

1.前言

目前，閘瓦制動是國內(nèi)機(jī)車上使用最為廣泛的一種制動方式。閘瓦制動是通過閘瓦壓緊輪對踏面時產(chǎn)生強(qiáng)大的摩擦力，使列車大部分動能轉(zhuǎn)化為熱能的制動方式[1]；而比較新型的制動方式采用的是盤形制動，它是在車軸上或在車輪輻板側(cè)面安裝制動盤，用制動夾鉗使合成材料制成的兩個閘片緊壓制動盤側(cè)面，通過摩擦產(chǎn)生制動力，從而使列車停止前進(jìn)。這兩種制動方式都是利用車輪和軌道的摩擦力實現(xiàn)制動的，會產(chǎn)生大量的熱能，使車輪和軌道磨損快。

本文提出一種新型的液壓抱軌剎車裝置，采用四個夾緊油缸驅(qū)動四組抱軌剎車裝置，同步缸確保四組抱軌裝置夾緊缸的同步精度。該制動方式磨損的是固定在抱軌裝置上的摩擦片，可經(jīng)常更換，且成本較低。

2.系統(tǒng)介紹

液壓抱軌制動裝置主要包括：液壓系統(tǒng)、抱軌剎車機(jī)構(gòu)、高壓油管等組成。液壓抱軌剎車裝置具有制動力較大、制動行程可調(diào)等特點，與傳統(tǒng)制動方式相比較，對軌道、車輪等都不會造成磨損，且對大質(zhì)量運(yùn)動體高速制動有較好的效果。液壓抱軌剎車裝置液壓泵提供驅(qū)動動力，利用蓄能器維持壓力，控制箱控制剎車裝置的制動，并利用液壓站壓力調(diào)節(jié)、活塞直徑、連桿機(jī)構(gòu)的放大倍數(shù)等調(diào)整剎車片和軌道的正壓力，從而實現(xiàn)行走機(jī)構(gòu)的制動行程在一定范圍內(nèi)無級可調(diào)。

2.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計

液壓系統(tǒng)主要由油箱、電機(jī)、液壓泵、同步缸、換向閥、單向閥、節(jié)流閥、壓力表等組成，液壓同步回路系統(tǒng)圖如圖1，液壓站實物如圖2。根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)要求，可根據(jù)配備要求設(shè)置不同數(shù)量的抱軌裝置，本設(shè)計暫按4套剎車裝置設(shè)計，為確保軌道車剎車穩(wěn)定性，需要4個剎車裝置的同步性較好。為了實現(xiàn)4個液壓缸的運(yùn)動在制動過程中能夠同步，抱軌裝置采用如圖1所示的同步回路。如圖1所示，同步缸是4個尺寸相同的缸體和4個活塞共用一根活塞桿的液壓缸。活塞向左或者向右運(yùn)動時，輸出或者接受相等容積的油液，在回路中起著配流的作用，使有效面積相等的4個夾緊油缸實現(xiàn)雙向同步運(yùn)動。同步缸的4個活塞上裝有雙作用單向閥，可以在行程端點消除誤差。當(dāng)同步缸活塞到達(dá)端點時，頂開單向閥，若某個夾緊缸沒有到達(dá)端點，壓力油便可通過單向閥進(jìn)入其上腔，使活塞繼續(xù)下降到端點，這種同步回路的同步精度取決于夾緊缸和同步缸的加工精度和密封性，一般可達(dá)1%-2%[2]。

2.2 抱軌剎車機(jī)構(gòu)

抱軌剎車機(jī)構(gòu)為剎車裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要由夾緊缸、活塞桿、豎直連桿、彈簧、豎直導(dǎo)向輪、水平導(dǎo)向輪、水平連桿等組成，如圖3所示。為減少制動過程中的阻力，并增加剎車裝置抗沖擊能力，，同時防止水平連桿出現(xiàn)卡滯，特在水平連桿上增加兩個水平導(dǎo)向輪和一個豎直導(dǎo)向輪。結(jié)構(gòu)如圖4所示。

在系統(tǒng)工作時，二位四通電磁換向閥處于左位，此時高壓油和同步缸進(jìn)油油路相連通，高壓油經(jīng)電磁閥換向閥、同步缸、液控單向閥給夾緊缸工作腔充油，推動活塞桿，經(jīng)豎直連桿的力放大機(jī)構(gòu)，促使水平連桿在豎直導(dǎo)向輪、水平導(dǎo)向輪的作用下，平穩(wěn)的將剎車片壓緊軌道側(cè)面，使行走機(jī)構(gòu)制動。通過調(diào)節(jié)豎直連桿鉸支的位置可以改變油壓與軌道夾緊力之間的放大比例，從而可有效地降低液壓系統(tǒng)的壓力，圖3中作用到剎車片上的壓力大小為活塞桿上壓力的3倍。連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用解決了夾緊缸體積過大、泄露、剎車過程油量過多等問題。由于系統(tǒng)的制動過程時間短、夾緊缸的耗油量少，所以在出現(xiàn)意外斷電液壓泵不能正常工作的情況下，系統(tǒng)可以直接利用蓄能器給夾緊缸供油驅(qū)動夾緊油缸工作達(dá)到制動的目的。當(dāng)電磁換向閥處于右位時，壓力油與夾緊缸回油腔連通，在壓力油和彈簧彈力作用下使活塞桿回縮，從而帶動摩擦片松開軌道，完成制動的解除。在夾緊缸和同步缸之間增加一個液控單向閥，防止在制動過程中夾緊缸中的高壓油出現(xiàn)回流使制動實效。

2.3 高壓管路設(shè)計

由于液壓站到抱軌剎車機(jī)構(gòu)的距離較遠(yuǎn)，為提高同步進(jìn)度和制動的及時性，管路設(shè)計需要關(guān)注以下問題：1）管道易采用金屬管焊接而成，拐彎次數(shù)及接頭數(shù)量盡可能相同；2）管道長度盡可能相近；3）管道內(nèi)徑不宜過細(xì)。

3.應(yīng)用實例

3.1 某掃索車液壓抱軌制動裝置

將該液壓抱軌裝置成功運(yùn)用到某掃索車中，實物如圖5。掃索車的軌道跨度為8m，前后輪間距為4.5m，行走機(jī)構(gòu)重量約為15T，在左右兩側(cè)對稱布置1個制動器，每個制動器可提供5kN～25kN范圍內(nèi)的制動力。經(jīng)2年時間的運(yùn)行，該剎車能在預(yù)定的時間和距離內(nèi)穩(wěn)定剎車，安全可靠。在速度為5m/s時，最短制動距離可控制在2m范圍內(nèi)。

3.2 某水池拖曳行走機(jī)構(gòu)

該抱軌裝置成功運(yùn)用到某水池拖曳行走機(jī)構(gòu)中，實物如圖6。行走機(jī)構(gòu)的軌道跨度為15.6m，前后輪間距為6.5m，行走機(jī)構(gòu)重量約為60T，考慮穩(wěn)定性，在前后、左右四個輪子附近各設(shè)置2個制動器，每個制動器可提供12kN的制動力，四個制動器共提供96kN的制動正壓力，摩擦片摩擦系數(shù)為02～0.6，計算時取0.25，液壓抱軌總制動摩擦阻力24000N。試驗表明，剎車時行走機(jī)構(gòu)運(yùn)行平穩(wěn)，在預(yù)定的時間和距離內(nèi)穩(wěn)定剎車，安全可靠。

4.結(jié)論

本文介紹了一種新型的抱軌剎車裝置，即采用液壓同步缸實現(xiàn)的液壓抱軌剎車裝置，并成功運(yùn)用于某水池拖曳行走機(jī)構(gòu)中。與傳統(tǒng)制動技術(shù)相比，該新型剎車裝置制動行程短，位置和速度控制精度高，制動穩(wěn)定、可靠，是室內(nèi)軌道車制動較理想的制動裝置。

參考文獻(xiàn)

[1]謝子方，高向東.列車制動技術(shù)的研究與展望內(nèi)燃機(jī)車[J].內(nèi)燃機(jī)車，2007（02）.

[2]袁勝發(fā).液壓同步缸在輾環(huán)機(jī)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用研究[J].液壓與氣動，2008（1）：73-74.

[3]李壯云.液壓元件與系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.