雙模式運(yùn)行系統(tǒng)在接觸網(wǎng)檢修作業(yè)車(chē)上的應(yīng)用與解析

李建

蘇州市軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司，江蘇蘇州 215000

1 作業(yè)車(chē)雙模式運(yùn)行系統(tǒng)介紹

80 公里/小時(shí)接觸網(wǎng)檢修作業(yè)車(chē)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“作業(yè)車(chē)”）是接觸網(wǎng)維護(hù)、拆裝和搶修的專(zhuān)業(yè)設(shè)備。作業(yè)車(chē)的雙模操作系統(tǒng)由液壓傳動(dòng)和液力傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)，可以驅(qū)動(dòng)作業(yè)車(chē)以80 公里/小時(shí)的速度運(yùn)行，并以0-10 公里/小時(shí)的低速和恒速運(yùn)行。

作業(yè)車(chē)采用的是MAN D2842 LE606 型柴油機(jī)，柴油機(jī)裝車(chē)功率662 kW，額定轉(zhuǎn)速2 100 r/min，采用電控機(jī)械驅(qū)動(dòng)泵油嘴。其主要結(jié)構(gòu)型式為四沖程、V 型、水冷、渦輪增壓、增壓空氣中間冷卻。采用EDC電子控制注入，具有功率自動(dòng)補(bǔ)償和自我保護(hù)功能。柴油機(jī)可實(shí)現(xiàn)內(nèi)部診斷。與柴油機(jī)匹配的液壓變速箱為德國(guó)福伊特T312BRE 型變速箱。此變速箱能自動(dòng)適應(yīng)大部分行駛阻力范圍內(nèi)的線路變化，形成無(wú)級(jí)牽引速度特性，液壓傳動(dòng)效率高于90%。

換檔過(guò)程中牽引力未被切斷，柴油機(jī)與驅(qū)動(dòng)裝置之間可以消除振動(dòng)沖擊，起動(dòng)性能平穩(wěn)，磨損較小，起動(dòng)性能良好。T312BRE 變速箱具有電子監(jiān)控、故障診斷和運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，維護(hù)成本低。在高里程、高負(fù)荷運(yùn)行條件下，運(yùn)行成本低，使用壽命長(zhǎng)。柴油機(jī)輸出端至變速箱、變速箱至高速軸齒輪箱、高速軸齒輪箱至低速軸齒輪箱的三個(gè)萬(wàn)向軸法蘭直徑為225 mm。柴油機(jī)自由端萬(wàn)向軸法蘭直徑為180mm。低速軸齒輪箱與高速軸齒輪箱之間的萬(wàn)向軸的仰角為1.62 度，柴油機(jī)自由端的萬(wàn)向軸水平放置。變速箱與高速軸齒輪箱之間的萬(wàn)向軸的高度為2.405度，柴油機(jī)與變速箱之間的萬(wàn)向軸的高度為0.768 度。

作業(yè)車(chē)變速箱分為輸出端和自由端。輸出端分配器內(nèi)安裝有兩臺(tái)液壓泵，主要用于冷卻裝置液壓系統(tǒng)的動(dòng)力；自由端分配器內(nèi)安裝有三臺(tái)液壓泵，分別用于低速操作、車(chē)體支撐鎖緊裝置和操作設(shè)備的動(dòng)力。本車(chē)配備兩套相同的變速箱，每套車(chē)軸變速箱分為高速變速箱和低速變速箱兩種。在高速牽引運(yùn)行的情況下，變速箱從液壓傳動(dòng)箱獲得動(dòng)力，減速后通過(guò)高速變速箱的一檔分配動(dòng)力。動(dòng)力傳遞方向改變后，動(dòng)力傳遞到輪軸上；另一種方式直接傳給低速變速箱，變速箱在改變動(dòng)力傳遞方向后傳給另一輪軸，為列車(chē)車(chē)輪提供驅(qū)動(dòng)力矩。在低速工況下，變速箱從液壓馬達(dá)獲得動(dòng)力，減速后通過(guò)低速變速箱一檔分配動(dòng)力。動(dòng)力傳遞的方向是一個(gè)方向改變，然后傳遞到輪軸；另一個(gè)方向直接傳遞到高速齒輪箱，然后傳遞動(dòng)力傳遞方向到另一個(gè)輪軸，后者為車(chē)輪提供驅(qū)動(dòng)力矩。

2 作業(yè)車(chē)運(yùn)行系統(tǒng)傳動(dòng)鏈分析

作業(yè)車(chē)第一端的動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的高速運(yùn)行或低速運(yùn)行功能，并為第一端的冷卻裝置提供動(dòng)力；第二端的動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的高速運(yùn)行，為第二端的冷卻裝置提供動(dòng)力。這兩個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)可以獨(dú)立工作，也可以同時(shí)輸出動(dòng)力。圖1 為車(chē)輛第一端傳動(dòng)系統(tǒng)的布置示意圖，圖2為車(chē)輛第二端傳動(dòng)系統(tǒng)的布置示意圖。

圖1 Ⅰ端傳動(dòng)系統(tǒng)布置簡(jiǎn)圖

圖2 Ⅱ端傳動(dòng)系統(tǒng)布置簡(jiǎn)圖

高速牽引運(yùn)行時(shí)，動(dòng)力系統(tǒng)第Ⅰ端和第Ⅱ端的輸電相同。柴油機(jī)輸出端輸出的動(dòng)力通過(guò)萬(wàn)向節(jié)軸傳遞到液壓傳動(dòng)箱的輸入法蘭，然后通過(guò)萬(wàn)向節(jié)軸從液壓傳動(dòng)箱的輸出法蘭傳遞到軸齒輪箱，每個(gè)轉(zhuǎn)向架上有兩個(gè)軸齒輪箱。動(dòng)力傳遞順序如下：主柴油機(jī)輸出端輸出法蘭→聯(lián)軸器→萬(wàn)向軸→傳動(dòng)箱→萬(wàn)向軸→高速車(chē)軸齒輪箱（輪對(duì)）→萬(wàn)向軸→低速車(chē)軸齒輪箱→輪對(duì)。低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，第Ⅰ端柴油機(jī)工作，第Ⅱ端柴油機(jī)停止，第Ⅰ、Ⅱ端液壓傳動(dòng)箱不工作。第Ⅰ端柴油機(jī)以1500 r/min 或1800 r/min穩(wěn)定運(yùn)行，車(chē)輛進(jìn)入低速運(yùn)行模式。低速軸齒輪箱上的離合器接合，柴油機(jī)的自由端通過(guò)萬(wàn)向軸將動(dòng)力輸入變速箱，變速箱上安裝有低速液壓泵。液壓泵驅(qū)動(dòng)低速軸齒輪箱，液壓馬達(dá)分別安裝在第Ⅰ端和第Ⅱ端的轉(zhuǎn)向架上。動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力傳遞順序如下：Ⅰ端主柴油機(jī)自由端輸出法蘭→聯(lián)軸器→萬(wàn)向軸→分動(dòng)箱→作業(yè)走行用液壓泵→驅(qū)動(dòng)低速走行用馬達(dá)→離合器→馬達(dá)帶動(dòng)低速車(chē)軸齒輪箱里的齒輪→輪對(duì)→高速車(chē)軸齒輪箱→輪對(duì)。

當(dāng)車(chē)輛低速行駛時(shí)，它通過(guò)液壓系統(tǒng)提供驅(qū)動(dòng)力并控制車(chē)輛的行駛速度。根據(jù)車(chē)輛運(yùn)行的要求，低速運(yùn)行的液壓系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)0-10 公里/小時(shí)的低速和恒速運(yùn)行。車(chē)輛低速行駛液壓系統(tǒng)為閉式液壓系統(tǒng)，由一臺(tái)電控軸向活塞變量液壓泵、兩臺(tái)低速大扭矩徑向活塞定量液壓馬達(dá)和多個(gè)液壓附件（包括電子控制部件）組成。低速行走液壓泵安裝在與柴油機(jī)自由端相連的分動(dòng)箱上。液壓馬達(dá)安裝在Ⅰ、Ⅱ端轉(zhuǎn)向架低速軸齒輪箱上。

3 作業(yè)車(chē)運(yùn)行系統(tǒng)單機(jī)牽引能力分析

按照整車(chē)運(yùn)行性能的設(shè)計(jì)要求，作業(yè)車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)能夠滿足作業(yè)車(chē)牽引55 t 重量，在平直的線路上，最高運(yùn)行速度為80 km/h，剩余加速度為0.05 m/s 。作業(yè)車(chē)在平直道上自運(yùn)行的最高速度為100 km/h，啟動(dòng)牽引力為124 kN，持續(xù)牽引力為87 kN，持續(xù)速度為31 km/h。圖3作業(yè)車(chē)預(yù)期牽引特性曲線。

圖3 作業(yè)車(chē)預(yù)期牽引特性曲線

車(chē)輛上的T312BRE 液壓傳動(dòng)箱具有液壓制動(dòng)功能，能滿足車(chē)輛在長(zhǎng)下坡時(shí)的恒速運(yùn)行。液壓制動(dòng)的最大制動(dòng)力為88 千牛，最大制動(dòng)功率為800 千瓦。液壓制動(dòng)可應(yīng)用于制動(dòng)曲線所包圍的區(qū)域內(nèi)的車(chē)輛。

圖4 作業(yè)車(chē)液力制動(dòng)特性曲線

圖5 所示為作業(yè)車(chē)低恒速作業(yè)運(yùn)行時(shí)的牽引特性曲線，由預(yù)期牽引特性曲線可以看出，作業(yè)車(chē)在牽引50 t 工況下能夠滿足最大10 km/h 的運(yùn)行速度，且能夠通過(guò)33%的坡道。

圖5 作業(yè)車(chē)低恒速作業(yè)牽引特性曲線

4 作業(yè)車(chē)雙模式運(yùn)行系統(tǒng)的切換及安全聯(lián)鎖

在高速牽引和低速運(yùn)行兩種運(yùn)行模式下，運(yùn)行車(chē)輛能自動(dòng)切換和聯(lián)鎖。當(dāng)工況發(fā)生變化時(shí)，只需操作司機(jī)室控制臺(tái)上的工況開(kāi)關(guān)，兩種工況可通過(guò)程序控制自動(dòng)切換。在高速牽引運(yùn)行條件下，與低速運(yùn)行條件有關(guān)的工作機(jī)械就位，工作平臺(tái)和高空斗鎖定，天窗頂棚關(guān)閉，車(chē)身支撐鎖定裝置解鎖，軸齒輪箱離合器分離等。只有當(dāng)上述低速運(yùn)行信號(hào)全部到位后，作業(yè)車(chē)輛才能進(jìn)入高速牽引運(yùn)行狀態(tài)，與低速運(yùn)行有關(guān)的機(jī)構(gòu)不得采取任何行動(dòng)。

低速運(yùn)行時(shí)，車(chē)體支撐鎖緊裝置與運(yùn)行設(shè)備聯(lián)鎖，軸齒輪箱離合器接合，車(chē)體支撐鎖緊裝置和離合器接合信號(hào)均到位，車(chē)輛進(jìn)入低速運(yùn)行運(yùn)行狀態(tài)。低速運(yùn)行時(shí)，車(chē)體支撐鎖緊裝置和車(chē)軸齒輪箱離合器不應(yīng)解鎖。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)結(jié)合80km/h 接觸網(wǎng)檢修作業(yè)車(chē)的功能結(jié)構(gòu)，介紹了雙模運(yùn)行系統(tǒng)、動(dòng)力線路和單機(jī)運(yùn)行牽引能力的組成，分析了兩種工況下雙模運(yùn)行系統(tǒng)的切換和安全聯(lián)鎖。闡述了雙模運(yùn)行系統(tǒng)在作業(yè)車(chē)上的成功應(yīng)用。該操作系統(tǒng)可促進(jìn)接觸網(wǎng)作業(yè)車(chē)在高速鐵路、地鐵輕軌接觸網(wǎng)設(shè)備檢修和搶修中的推廣應(yīng)用。