搗穩(wěn)車增設快速切斷液壓油路裝置的可行性分析

曹偉劍 中國鐵路上海局集團有限公司上海大機運用檢修段

1 前言

DWL-48型搗固穩(wěn)定車（以下簡稱“搗穩(wěn)車”）液壓油箱距離發(fā)動機艙較近，吸油過濾器集中安裝于油箱下部且吸油管路管徑較大，當發(fā)生緊急火情時液壓油會大規(guī)模泄漏助長火勢，故需增設快速切斷液壓油路裝置，防止事故擴大化。使用該裝置應能夠準確實現(xiàn)液壓油切斷，操作應安全便捷可靠，防止非主觀原因誤操作，不可影響整機其它功能，不可因操作該裝置造成人身傷害。

2 方案介紹

2.1 系統(tǒng)概述

快速切斷液壓油路裝置在原車基礎上加裝，需要考慮安裝位置、使用方便性、安全性以及對原車的影響等，結合上述各方面因素，進行具體機械結構及液壓系統(tǒng)設計，確定安裝方案。

2.2 搗穩(wěn)車液壓油箱吸油口現(xiàn)有切斷方式

搗穩(wěn)車吸油管路共有六處，每處吸油管與液壓油箱連接處均安裝有吸油過濾器。吸油過濾器具備自封功能，更換過濾器濾芯時，切斷過濾器位于液壓油箱內(nèi)部吸油口。實現(xiàn)該功能時需手動將吸油過濾器右側端蓋拆除，解除過濾器內(nèi)部濾芯軸向推力，利用左端單向閥關閉進油口，如圖1。

2.3 機械結構設計

由于搗穩(wěn)車液壓油箱吸油過濾器數(shù)量較多，所處空間狹小，無法加裝傳統(tǒng)的截止閥或工業(yè)蝶閥。因此，設計方案確定為利用吸油過濾器的自封功能，對原有吸油過濾器進行結構設計改造，從而實現(xiàn)液壓油切斷功能，改造部位為過濾器端蓋。設計非標過濾端蓋，使端蓋具有定位和復位功能，如圖2。正常工況下，推動活塞，使單向閥處于開啟狀態(tài)，并用定位銷進行鎖定。出現(xiàn)火情時，定位銷迅速被推出，過濾器端蓋上的單向閥在復位彈簧的作用下關閉，切斷油源。此改造是在原有吸油過濾器端蓋后端加裝一只單作用油缸，壓力油通過油缸將定位銷推出。油缸活塞桿與端蓋原有彈簧頂桿機構中的頂桿相連接，當油缸有桿腔充入壓力油后，活塞向外拉動時帶動彈簧頂桿機構一起向外運動，解除對過濾器濾芯的軸向推力，從而在無需拆卸過濾器端蓋的情況下，實現(xiàn)過濾器進油口快速封閉，達到液壓油快速切斷的目的。圖3 為改裝后的端蓋復合組件結構示意圖，在未充入控制液壓油的情況下保證頂桿的高度尺寸一致，相對于改造前的端蓋長度尺寸增加了152 mm，油缸端蓋部分直徑為90 mm，缸體部分直徑為55 mm。

圖1 吸油過濾器結構圖（改造前）

圖2 吸油過濾器結構圖（改造后）

圖3 帶彈簧單作用油缸端蓋復合組件結構示意圖

2.4 液壓系統(tǒng)設計

圖4 改進前液壓系統(tǒng)原理圖

根據(jù)上述機械結構設計改造方案，裝置由單作用油缸驅動，由儲存在蓄能器腔體內(nèi)的壓力油提供動力。搗穩(wěn)車液壓系統(tǒng)主要用于工作裝置與走行系統(tǒng)，所設計液壓系統(tǒng)應完全獨立，不對整車系統(tǒng)造成干擾，因此考慮利用搗穩(wěn)車自帶的柴油應急泵。如圖4所示，通過應急泵將壓力油注入蓄能器，蓄能器容積為4L，充氮壓力40 bar，安全閥設定壓力100 bar，利用截止閥1 和2 將壓力油保存在蓄能器中。發(fā)生火情時，打開截止閥2 將壓力油液充入過濾器端蓋的單作用油缸中，油缸動作使吸油過濾器關閉，達到切斷油路的目的。油缸小腔上安裝的單向閥可以保證充油管路燒損時，吸油過濾器仍然處于封閉狀態(tài)。

圖5 改進后液壓系統(tǒng)原理圖

模擬試驗表明，該裝置能及時切斷液壓油路，但是未考慮截止閥泄漏風險，可能導致液壓泵吸空，且單作用油缸可能誤動作，通過增設應急操作閥組可解決此問題，三通換向球閥具有防泄漏功能，改進后液壓系統(tǒng)原理圖如圖5 所示。原截止閥更改為三通換向球閥，球閥常規(guī)狀態(tài)連接形式為蓄能器壓力油連接管路P1口截止，油缸進油管路A口與連接油箱管路B 口連通，應急狀態(tài)連接形式為蓄能器壓力油連接管路P1口截止與油缸進油管路A 口連通，連接油箱管路B 口截止，從而避免應急操作閥泄漏造成液壓泵吸空風險。兩者操作方式均為通過手柄進行手動操作，區(qū)別為原截止閥僅具備通斷功能，控制單個管路油液通斷；現(xiàn)三通換向球閥功能等同兩位三通換向閥，且球閥結構對比電磁換向閥幾乎無泄漏，手動換向過程中閥內(nèi)各通道不會相互連通。同時，試驗驗證當蓄能器充氮壓力下降為20 bar、安全閥設定壓力減少為50 bar時仍可滿足油缸動作需要，降低了系統(tǒng)壓力，進一步保障了安全。

2.5 安裝位置

（1）吸油過濾器端蓋。吸油過濾器端蓋采用原端蓋再加工的方式，安裝位置不變，安裝方式與原端蓋相同。

（2）蓄能器。為保證緊急火情下裝置管路安全，將蓄能器安裝在主車液壓油箱右側車體側墻上。

（3）應急操作閥組、警示銘牌。在緊急火情下，應急操作閥組位置必須相對安全且操作方便，滿足衛(wèi)星小車處于任意位置時均可從車輛兩側操作的需求，多番觀察和模擬后確定將其安裝于車架下部液力變矩器與分動箱相連的傳動軸保護架吊板上，此處可滿足兩側操作要求，能夠防范誤操作。為進一步保證緊急火情下的操作準確性，在應急操作閥組安裝吊板背面增設一塊應急操作警示銘牌。

2.6 操作說明

（1）蓄能器充壓。應急操作閥組三通換向球閥手柄處于橫向正常位，檢查柴油應急泵壓力油口與蓄能器充壓口連接管路，確認可以使用后打開蓄能器下方充壓端截止閥，啟動柴油應急泵，將蓄能器壓力充至規(guī)定壓力50 bar，關閉充壓口截止閥，停止應急泵運轉，蓄能器充壓完成。

（2）應急操作。發(fā)生火情時，機組人員在保證人身安全情況的前提下，迅速來到車架下方應急操作閥組安裝位置，解除應急操作閥組三通換向球閥手柄保護措施，將其由橫向位置轉動至豎直位置，蓄能器儲存的壓力油充入單作用油缸，吸油過濾器油口關閉，完成液壓油切斷。

（3）恢復操作。火情解除或誤操作后，必須對應急操作閥組三通換向球閥手柄進行復位，將單作用油缸另一接口（無單向閥接口）堵帽拆開，保持十秒鐘，放盡腔內(nèi)油液再將其恢復，油缸在彈簧作用下復位，吸油過濾器進油口打開，從而保證液壓泵正常運行。

3 結束語

該方案將搗穩(wěn)車原有吸油過濾器端蓋改裝成帶彈簧復位的單作用油缸端蓋，單作用油缸活塞桿連接端蓋內(nèi)部頂桿，當單作用油缸有桿腔充入壓力油時，活塞桿拉動頂桿克服端蓋彈簧作用力收回，使得吸油過濾器濾芯不再受頂桿推力，同時在濾筒另一端彈簧的作用下，蓋板被推回使吸油口關閉，從而實現(xiàn)液壓油切斷。單作用油缸進油口配有單向閥，可防止因充油管路破損而導致單作用油缸腔內(nèi)壓力油液泄漏。通過操控應急操作閥組三通換向球閥，可保證液壓泵吸油端供油正常，防止吸空造成液壓泵損壞。

該裝置設計巧妙，操作方便，保留原吸油濾清器基本結構，在端蓋設計加裝單作用油缸，配置專用蓄能器作為應急動力源，獨立啟動吸油濾清器自封功能，實現(xiàn)液壓油路快速切斷，具備可行性。