在流體傳動均載裝置中運用彈性膠泥的試驗研究

石峰

摘 要：為了驗證用于鐵路貨車的流體傳動均載裝置的工作原理和結(jié)構(gòu)方案的可行性，在試驗室利用萬能試驗機和試驗工裝測試傳動介質(zhì)為彈性膠泥的和按比例縮小尺寸的流體傳動均載裝置原理機的傳動載荷和位移，計算工作效率。試驗證明流體傳動均載裝置的工作原理和結(jié)構(gòu)方案均可行，并且可以推廣應(yīng)用至其他鐵路車輛的傳動裝置。

關(guān)鍵詞：鐵道車輛；流體；均載裝置

中圖分類號：U272 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）22-0043-02

1 概況

鐵路貨車的均載裝置是多軸鐵路貨車、旁承承載轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵部件之一，主要用途是實現(xiàn)旁承之間的負荷平衡，保證車輛安全運行。

目前，國內(nèi)外的多軸車的均載裝置多數(shù)采用機械式，傳動機構(gòu)復(fù)雜，需要的運動空間和安裝空間較大，傳動效率均小于70%。

流體傳動均載裝置工作原理是：在兩組相鄰的轉(zhuǎn)向架的旁承上方各安裝1組液壓缸，將兩組液壓缸用液壓管路連通成一密閉系統(tǒng)，其內(nèi)腔充滿液壓介質(zhì)。在初始狀態(tài)，兩組液壓缸承受的載荷相同，兩組液壓缸處于靜止狀態(tài)。當車輛在運行過程中，液壓缸承載的載荷不斷變化，連通成一密閉系統(tǒng)的兩個液壓缸的承載出現(xiàn)差距，其中承載大的液壓缸的活塞工作面對液壓介質(zhì)的壓強大，承載小的液壓缸的活塞工作面對液壓介質(zhì)的壓強小，隨即承載大的缸將載荷通過液壓介質(zhì)向承載小的缸傳遞，達到兩個液壓缸的活塞工作面對液壓介質(zhì)的壓強相等，促使兩個液壓缸的負載相等。工作原理示意如圖1所示。

2 試驗設(shè)施

專門設(shè)計、制造了一套按比例縮小尺寸的和采用流體傳動介質(zhì)的流體傳動均載裝置原理機及試驗工裝。試驗現(xiàn)場如圖2所示，原理機和試驗工裝的外形如圖3所示。

2.1 試驗原理機

試驗原理機是由兩個液壓缸和連接兩個液壓缸的液壓管路組成，主動缸與從動缸用管路連通成一密閉系統(tǒng)，其內(nèi)腔充滿流體介質(zhì)。當主動缸活塞受試驗機加載時，壓力傳到流體介質(zhì)上，通過液壓管路傳到從動缸，推動從動缸的活塞外伸，壓縮回位彈簧，將載荷傳至負荷傳感器。當主動缸承受載荷減小或消失時，回位彈簧的回彈力壓迫從動缸的活塞回縮，將壓力傳到流體介質(zhì)上，通過液壓管路傳到主動缸，推動主動缸的活塞外伸。

均載液壓缸是一種特殊的液壓缸，若將油口布置在缸底存在安裝空間不夠的問題，因而將油口移至缸筒中部。均載液壓缸既承載軸向載荷，又承載徑向載荷，因而缸筒內(nèi)的導(dǎo)向長度盡量長，我們設(shè)計了一種獨特的階梯導(dǎo)向的活塞缸，采用油口布置在缸筒中部，既可以縮短軸向尺寸，又可以簡化液壓管路。采用頂部和活塞兩處導(dǎo)向，既增大了導(dǎo)向長度，又可以保證導(dǎo)向長度不隨活塞伸縮變化，還可以簡化缸筒的制造工藝。均載液壓缸的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

缸筒用于固定安裝在安裝座上，活塞和活塞桿在缸筒內(nèi)軸向滑動，用于傳動外部載荷。油口布置在缸筒圓柱面中部，與液壓管路連接，作為流體介質(zhì)的運動通道。

2.2 試驗條件

試驗工裝（包括安裝座、回位彈簧等），電子萬能試驗機和負荷傳感器等。

3 試驗方法

3.1 試驗步驟

（1）將流體介質(zhì)裝入試驗原理機內(nèi)。

（2）將試驗原理機、回位彈簧、負荷傳感器等按要求安裝在安裝座組成上，主動缸處于全伸狀態(tài)，從動缸處于全縮狀態(tài)。

（3）將安裝完畢的原理機和試驗工裝等安裝在萬能試驗機的試驗平臺上，調(diào)整萬能試驗機，使施壓觸頭與主動缸活塞桿上端面接觸。

（4）使用萬能試驗機向主動缸活塞桿施加負荷，推動主動缸活塞桿和活塞向下回縮。

（5）測出主動缸輸入和從動缸輸出的相應(yīng)負荷。試驗數(shù)據(jù)按照主動缸（試驗機端/計算機）及被動缸（彈簧端/壓力傳感器）分列記錄。

（6）保壓試驗是向主動缸施加一定負荷后靜置保壓，觀察記錄保壓期間壓力數(shù)值變化情況和位移數(shù)值，檢查是否存在滲漏現(xiàn)象。

3.2 試驗過程

試驗先后進行了4次，首先做均載傳動試驗，然后做保壓試驗。試驗采用的流體介質(zhì)見表1。

第一次試驗采用89D制動缸脂和聚四氟乙烯粉配制流體介質(zhì)，但經(jīng)過試驗后發(fā)現(xiàn)流體介質(zhì)出現(xiàn)分層離析現(xiàn)象，因而判定流體介質(zhì)不能滿足試驗要求。

從第二次試驗開始流體介質(zhì)采用HM-1型緩沖器用彈性膠泥，該膠泥的工作溫度為-50℃～70℃，粘度為（1.8～2.8）×105 MPa·s，檢修期大于9年。

第三次試驗略微減小密封圈的預(yù)緊力，摩擦阻力略微減小，傳遞效率略有提高。

第四次試驗采用粘度較大的彈性膠泥，傳遞效率略有提高。

3.3 傳遞效率計算方法

計算方法為：

（1）負荷差=主動缸負荷-從動缸負荷 （即均載裝置的阻尼損耗。）

（2）傳動效率=（從動缸負荷/主動缸負荷）×100%

4 試驗結(jié)果

4.1 試驗數(shù)據(jù)

均載傳動試驗數(shù)據(jù)參見表2，保壓試驗數(shù)據(jù)參見表3。

4.2 數(shù)據(jù)分析

（1）表2的試驗數(shù)據(jù)表明，向主動缸施加的試驗負荷大于從動缸輸出的負荷，原因是由于流體介質(zhì)在流動過程中存在阻尼現(xiàn)象，造成壓力損失；密封裝置的存在摩擦阻力，降低了傳動效率。

（2）流體介質(zhì)存在微小的壓縮性，試驗工裝、液壓缸出現(xiàn)微小的彈性變形，造成主動缸與從動缸之間存在伸縮行程差。

（3）傳動介質(zhì)采用緩沖器用彈性膠泥，均載傳動效率在71.17%～74.07%之間，平均為72.88%，高于機械式均載裝置的傳動效率。

（4）表3的試驗數(shù)據(jù)表明，在靜置保壓試驗中，主動缸負荷值變化輕微，被動缸負荷值基本無變化，位移值無變化，說明沒有出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，密封裝置可靠。

5 結(jié)論

（1）采用傳動介質(zhì)為緩沖器用彈性膠泥的均載裝置的原理可行，滿足作業(yè)要求，可以在鐵路貨車上推廣應(yīng)用，也可以在鐵路車輛其他傳動裝置推廣應(yīng)用。

（2）液壓缸的結(jié)構(gòu)型式可行，通過對基本結(jié)構(gòu)縮放和變形，可根據(jù)各種鐵路貨車的具體需要具體設(shè)計和制造液壓缸。

（3）均載傳動效率在71.17%～74.07%之間，平均為72.88%，為設(shè)計和應(yīng)用同類產(chǎn)品提供了參考依據(jù)。

參考文獻：

[1]李克興，戴家驥.彈性膠泥減震器在國內(nèi)外的研究和應(yīng)用[J].鐵道車輛，1995（06）.

[2]董廣強.流體傳動機構(gòu)數(shù)控綜合對刀裝置設(shè)計[J].機床與液壓，2016，44（22）.