機(jī)車輪對(duì)正反壓試驗(yàn)機(jī)及其液壓系統(tǒng)分析

(南車戚墅堰機(jī)車有限公司， 江蘇 常州　213011)

引言

機(jī)車輪對(duì)是機(jī)車上的重要走行部件，機(jī)車輪對(duì)正反壓試驗(yàn)機(jī)是用于鐵路機(jī)車輪對(duì)進(jìn)行正反壓試驗(yàn)的專用裝備，適用于DF8B、DF4、DF8、DF7G機(jī)車輪對(duì)反壓檢驗(yàn)，HXN5B機(jī)車輪對(duì)正壓檢驗(yàn)。該裝備由機(jī)械部分、液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)組成，其中機(jī)械部分包含底座、支撐小車、正反壓擋板、過渡支承，完成對(duì)各車型機(jī)車輪對(duì)的正反壓試驗(yàn)及相應(yīng)的曲線記錄、存儲(chǔ)及輸出功能。

1　機(jī)車輪對(duì)正反壓試驗(yàn)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

適用輪對(duì)：適用DF4、DF8、DF8B、HXN5B、DF7G輪對(duì)的正反壓試驗(yàn)。

液壓系統(tǒng)額定壓力：25 MPa；

油缸直徑：320 mm；

快進(jìn)速度：20 mm/s；

工進(jìn)速度：0～10 mm/s；

到指定噸位升壓時(shí)間不少于：(25±3) s；

到指定噸位升壓速度不大于：(5～8) t/s。

試驗(yàn)壓力：(0～200) t(可調(diào))，DF8B輪對(duì)反壓力139 t，DF4輪對(duì)反壓力200 t，DF8輪對(duì)反壓力160 t，DF7G輪對(duì)反壓力140 t，HXN5B輪對(duì)正壓力127 t。

2　機(jī)車輪對(duì)正反壓試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)及其工作原理

該裝備為整體底座，焊接結(jié)構(gòu)，剛性好。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其工作原理是通過油缸的施壓來實(shí)現(xiàn)輪對(duì)的正壓或反壓試驗(yàn)，以左側(cè)車輪為例，先將輪對(duì)吊至兩個(gè)支撐小車上，當(dāng)左側(cè)輪對(duì)需要正壓試驗(yàn)時(shí)，通過正壓擋板將車輪擋住，啟動(dòng)右工作油缸，以活塞桿施壓車輪軸，實(shí)現(xiàn)輪對(duì)的正壓試驗(yàn)；同樣，當(dāng)需要反壓試驗(yàn)時(shí)，通過反壓擋板擋住左邊車輪，啟動(dòng)左工作油缸，以活塞桿施壓車輪軸，實(shí)現(xiàn)輪對(duì)的反壓試驗(yàn)。為使裝備具有通用性，增加了可移動(dòng)過渡支承。各車型輪對(duì)的試驗(yàn)壓力是通過與油缸無桿腔連接的壓力傳感器設(shè)定控制，油缸的工作行程通過位移傳感器控制。 單側(cè)輪對(duì)試驗(yàn)3次，每次之間時(shí)間間隔3 s，每次保壓10 s， 試驗(yàn)完成自動(dòng)打印曲線。如果每次試驗(yàn)保壓時(shí)油缸無桿腔壓力無波動(dòng)，即都保持車輪不在車軸上移動(dòng)，輪對(duì)檢驗(yàn)合格，反之不合格。右側(cè)車輪的正反壓試驗(yàn)同左側(cè)一致。該機(jī)車輪對(duì)正反壓試驗(yàn)機(jī)的特點(diǎn)：

圖1　機(jī)車輪對(duì)正反壓試驗(yàn)機(jī)總裝圖

(1) 雙端都可正反壓檢測(cè)，工件無需調(diào)頭，方便操作，縮短工作時(shí)間。裝備具有互鎖功能，避免兩側(cè)油缸同時(shí)動(dòng)作；

(2) 可調(diào)節(jié)支撐小車保證試驗(yàn)時(shí)車軸軸線與機(jī)構(gòu)中心線在同一直線上；

(3) 具備軸頸保護(hù)功能，出現(xiàn)異常情況時(shí)，能自動(dòng)提示并停止，防止軸頸墩粗或壓傷；

(4) 車輪型號(hào)改變時(shí)，只須必要的簡(jiǎn)單操作，無需更換工裝，輪型轉(zhuǎn)換調(diào)整方便；

(5) 配套微機(jī)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)能預(yù)設(shè)各個(gè)車型的試驗(yàn)參數(shù)并能保存；

(6) 自動(dòng)控制輪對(duì)正反壓的快進(jìn)和工進(jìn)速度，能夠采用自動(dòng)和手動(dòng)方式完成正反壓試驗(yàn)；

(7) 試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)通過位移和壓力傳感器輸送到工控機(jī)，實(shí)時(shí)顯示正反壓試驗(yàn)過程及曲線記錄，試驗(yàn)軌跡自動(dòng)跟蹤、圖形顯示并計(jì)算機(jī)自動(dòng)跟蹤打印。

3　液壓系統(tǒng)分析

輪對(duì)正反壓試驗(yàn)機(jī)液壓系統(tǒng)是為試驗(yàn)機(jī)工作油缸提供動(dòng)力源的系統(tǒng)。該液壓系統(tǒng)主要由油箱裝置(含其附件：液位控制計(jì)、電接點(diǎn)溫度計(jì)、空氣濾清器、液位液溫計(jì)、放油閥等)、高低壓油泵電機(jī)組、控制閥塊(含電磁卸荷閥、溢流閥、疊加閥組等)、壓力傳感器、壓力油路過濾器等組成(系統(tǒng)原理圖見圖2)。系統(tǒng)主要參數(shù)為：最高工作壓力為28 MPa，額定高壓工作壓力為25 MPa，高壓工作流量為9.6 L/min，額定低壓工作壓力為4 MPa，低壓工作流量為95 L/min。

液壓系統(tǒng)通過向工作油缸的無桿腔提供具有一定壓力和流量的液壓油，推動(dòng)油缸的活塞桿前進(jìn)，向輪對(duì)軸施壓，進(jìn)行試驗(yàn)。

1) 油箱裝置

油箱在液壓系統(tǒng)中主要功用是儲(chǔ)存系統(tǒng)所需的足夠油液、散發(fā)熱量、逸出溶解在油液中的空氣及沉淀污物。本系統(tǒng)油箱采用分離式結(jié)構(gòu)，尺寸為1600 mm×960 mm×650 mm，材料是碳鋼Q235-A。

圖2　液壓系統(tǒng)原理圖

(1) 油箱液位的控制：在油箱上設(shè)置了一個(gè)液位控制計(jì)4，監(jiān)視油箱里液位高度，液位過高或過低時(shí)都聲光報(bào)警，使油泵電機(jī)不能啟動(dòng)。只有液位高度距油箱頂部在100～350 mm之間時(shí)，油泵電機(jī)才能正常啟動(dòng)；

(2) 油箱油溫的控制：為保證油液正常工作溫度在20～65 ℃，在油箱上設(shè)置了一個(gè)電接點(diǎn)溫度計(jì)5，監(jiān)視油箱里油液溫度。油溫高于55 ℃時(shí)，風(fēng)冷器21的電機(jī)啟動(dòng)，風(fēng)冷器開始工作；油溫低于40 ℃時(shí)，風(fēng)冷器電機(jī)停止工作。

2) 油泵電機(jī)組

本系統(tǒng)采用雙泵供油，以實(shí)現(xiàn)工作油缸快速和慢速運(yùn)動(dòng)。

(1) 低壓油泵電機(jī)組：該泵組為低壓大流量泵組，油泵采用的是派克丹尼遜定量葉片泵11，型號(hào)為T6D-031-1R02-B1，額定工作壓力21 MPa，排量為97.9 mL/r。電機(jī)采用的是型號(hào)為Y160M-6B5，額定功率為7.5 kW，額定轉(zhuǎn)速為970 r/min的Y系列電機(jī)，本泵組采用立式安裝。為防止葉片泵吸入雜質(zhì)，在泵的吸油口安裝有吸油過濾器9；

(2) 高壓油泵電機(jī)組：該泵組為高壓小流量泵組，油泵采用的是力士樂變量柱塞泵8，型號(hào)為A10VSO10 DR/52R-PPA14，最高工作壓力28 MPa，額定工作壓力25 MPa，排量為10 mL/r。電機(jī)采用的是型號(hào)為Y132M2-6B5，額定功率為5.5 kW，額定轉(zhuǎn)速為960 r/min的Y系列電機(jī)，本泵組也采用立式安裝。為防止柱塞泵吸入雜質(zhì)，在泵的吸油口安裝有吸油過濾器7。

3) 電磁卸荷閥

在葉片泵的出口安裝的是常閉式電磁卸荷閥13。電磁卸荷閥的設(shè)置壓力為4 MPa，通過壓力表14可觀測(cè)該設(shè)定值。在葉片泵啟動(dòng)時(shí)，電磁卸荷閥的電磁鐵YV0斷電，葉片泵實(shí)現(xiàn)空載啟動(dòng)，需工作時(shí)，電磁鐵YV0通電，葉片泵加載運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)油缸快進(jìn)或快退。工作中油缸需工進(jìn)或工退時(shí)電磁卸荷閥的電磁鐵YV0斷電，葉片泵空載運(yùn)行。

4) 溢流閥和單向節(jié)流閥

在柱塞泵的出口安裝的是直動(dòng)式疊加溢流閥15、單向節(jié)流閥18和電磁換向閥17。溢流閥15的設(shè)置壓力為25 MPa，通過壓力表16可觀測(cè)該設(shè)定值。在柱塞泵啟動(dòng)時(shí)，電磁換向閥17的電磁鐵YV1斷電，柱塞泵實(shí)現(xiàn)空載啟動(dòng)，需工作時(shí)，電磁鐵YV1通電，柱塞泵加載運(yùn)行，進(jìn)行壓力試驗(yàn)。油缸的工進(jìn)或工退的速度以及到指定噸位的升壓速度可通過單向節(jié)流閥18調(diào)節(jié)。

5) 疊加閥組

兩組相同的疊加閥組中分別包括電液換向閥23，液控單向閥24，電磁球閥25，壓力繼電器26。以左閥組為例，電液換向閥23的作用是控制左油缸活塞桿伸出(電磁鐵YV2通電)或縮回(電磁鐵YV3通電)。液控單向閥24是為了實(shí)現(xiàn)左油缸無桿腔保壓。電磁球閥25是試驗(yàn)結(jié)束后油缸瞬間卸荷使用的，以免保壓結(jié)束后電液換向閥23換向時(shí)對(duì)系統(tǒng)造成巨大沖擊，電磁球閥的電磁鐵YV6通電時(shí)，左油缸卸荷。壓力繼電器26的作用是監(jiān)測(cè)左油缸有桿腔的壓力，以判斷油缸是否回退到位，壓力繼電器SP1發(fā)訊，左油缸快退停止。

6) 壓力傳感器

壓力傳感器22的作用是監(jiān)測(cè)油缸無桿腔的壓力達(dá)到某車型輪對(duì)的試驗(yàn)壓力時(shí)發(fā)出保壓信號(hào)，同時(shí)在保壓10 s的過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油缸無桿腔的壓力，以判斷試驗(yàn)是否成功。

7) 壓力油路過濾器

為了將浸入系統(tǒng)的和系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的顆粒污染物清除，避免對(duì)液壓系統(tǒng)的閥類元件造成傷害，在壓力油路安裝了一個(gè)過濾精度為10 μm帶發(fā)訊裝置的高壓濾油器19。

4　結(jié)論

該通用輪對(duì)正反壓試驗(yàn)機(jī)經(jīng)加工制作及現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試，滿足了各種車型輪對(duì)正反壓試驗(yàn)要求，對(duì)類似裝備液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有參考意義。

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