BS-1200型邊坡清篩機(jī)走行液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)改進(jìn)

何洲

（中國鐵建高新裝備股份有限公司，云南 昆明 650215）

0 引言

BS-1200型邊坡清篩機(jī)，走行液壓系統(tǒng)不能與其它車長時(shí)間連掛運(yùn)行。由于國內(nèi)線路長大下坡比較多、坡道角度大，外加國內(nèi)天窗時(shí)間比較短，需要快速到達(dá)作業(yè)現(xiàn)場和快速撤離作業(yè)現(xiàn)場。各鐵路局采用調(diào)車機(jī)和邊坡清篩機(jī)同時(shí)連掛運(yùn)行。這種作業(yè)模式下，發(fā)生過走行液壓馬達(dá)被反拖、馬達(dá)燒毀、車軸齒輪箱損壞的嚴(yán)重問題，導(dǎo)致列車在正線無法運(yùn)行，不僅不能按時(shí)完成作業(yè)任務(wù)，更不能在規(guī)定的時(shí)間離開作業(yè)線路，影響該條線路上后續(xù)客運(yùn)和貨運(yùn)車輛的正常通行。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，通過在液壓系統(tǒng)上加裝一套控制閥組，可以有效避免反拖，降低反制動壓力。這套方案不僅有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，更是經(jīng)過了實(shí)踐的檢驗(yàn)。改造以后的邊坡清篩機(jī)液壓系統(tǒng)在各鐵路局沒有再發(fā)生過這類安全事故。

1 存在弊端和改造目的

邊坡清篩機(jī)走行液壓系統(tǒng)原理圖和程序控制邏輯顯示，液壓原理圖不具備防反拖和連掛運(yùn)行功能（美國邊坡清篩機(jī)的制造商LORAM公司也多次強(qiáng)調(diào)該車不能與其它車連掛運(yùn)行）。已有邏輯程序只控制邊坡清篩機(jī)自身走行，起到柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不被拖高和保護(hù)液壓系統(tǒng)的功能。當(dāng)與其它車連掛運(yùn)行時(shí)，存在以下安全風(fēng)險(xiǎn)：

柴油機(jī)轉(zhuǎn)速被拖高，嚴(yán)重時(shí)損壞柴油機(jī)；

液壓馬達(dá)被反拖，損壞液壓馬達(dá)，甚至損壞整個(gè)液壓系統(tǒng)。

針對上述弊端及可能出現(xiàn)的問題，本項(xiàng)目通過改造液壓系統(tǒng)，加裝防反拖閥組，保證列車在連掛運(yùn)行時(shí)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不被拖高，液壓馬達(dá)不被損壞等。

2 改進(jìn)前的技術(shù)方案

邊坡清篩機(jī)自運(yùn)行由5個(gè)100cc排量的泵驅(qū)動4個(gè)250cc的馬達(dá)。補(bǔ)油泵的排量為20cc，5個(gè)補(bǔ)油泵的總排量為100cc。額定轉(zhuǎn)速下，5補(bǔ)油泵的最大流量為140L/min左右，補(bǔ)油泵為系統(tǒng)能補(bǔ)給的最大油量為140L/min。5個(gè)泵滿排量工作時(shí)，其最大流量為1400L/min，該流量是列車達(dá)到80Km/h時(shí)的流量。列車到達(dá)80km/h時(shí)，馬達(dá)處于其設(shè)定的最小排量，當(dāng)列車減速或者出現(xiàn)大下坡時(shí)，列車在慣性下運(yùn)行，馬達(dá)變?yōu)楸霉r，列車帶動馬達(dá)運(yùn)行，此時(shí)4個(gè)馬達(dá)的最大輸出流量也為1400L/min。由于系統(tǒng)為閉式系統(tǒng)，馬達(dá)輸出多大的流量，就要吸收同樣大流量的油液。

圖1 BS-1200 型邊坡清篩機(jī)液壓修行系統(tǒng)原理圖

從表1可以看出，在車速低于37km/h時(shí)，隨著列車速度的增大，泵的排量逐步增大。速度達(dá)到37km/h時(shí)，泵的排量保持不變，系統(tǒng)的總流量達(dá)到了最大1445L/min，馬達(dá)的排量達(dá)到了最大250ml。但是隨著車速繼續(xù)增加，系統(tǒng)的總流量保持不變，馬達(dá)的排量卻開始逐步下降。從中可以看出，車速與馬達(dá)排量在一定條件下存在著反比關(guān)系。列車在減速過程中，馬達(dá)排量逐漸減小。車速在35～80km/h范圍期間，系統(tǒng)的總流量維持在1445L/min。補(bǔ)油泵的總流量為140L/min，此時(shí)系統(tǒng)還需要5個(gè)主泵提供1305L/min的流量。也就是每個(gè)泵的排量不能小于90cc才能保證系統(tǒng)不被吸空。

表1 邊坡清篩機(jī)車速與流量圖

邊坡清篩機(jī)不與其它列車連掛運(yùn)行時(shí)，可監(jiān)測車速、柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、壓力等參數(shù)。通過程序控制，可以保證系統(tǒng)不被吸空，滿足列車的正常運(yùn)行。但是當(dāng)邊坡清篩機(jī)與其它車連掛運(yùn)行時(shí)，由于受到外界車輛慣性的影響，程序無法及時(shí)反映，也不能及時(shí)控制泵馬達(dá)的排量位置，系統(tǒng)油量不足，系統(tǒng)就會在瞬間產(chǎn)生吸空的現(xiàn)象。瞬間吸空會對泵馬達(dá)造成破壞性的磨損，日積月累會導(dǎo)致馬達(dá)毀滅性的破壞。如果吸空狀態(tài)持續(xù)時(shí)間稍久一些，馬達(dá)瞬間就會被燒毀。

3 改進(jìn)后的技術(shù)方案

經(jīng)深入研究，決定在邊坡清篩機(jī)已有的液壓系統(tǒng)中增加2個(gè)閥組。每個(gè)閥組上安裝2個(gè)先導(dǎo)液控?fù)Q向閥和1個(gè)溢流閥。液控?fù)Q向閥的通油能力在200～700L/min，溢流閥的最大通油能力為760L/min。2個(gè)閥組的總通油能力為1400L/min左右。見原理圖。紅色框內(nèi)為加裝的液壓閥組。

圖2 BS-1200 型邊坡清篩機(jī)液壓修行系統(tǒng)原理圖

增加這套閥組可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目的：

（1）防止系統(tǒng)被吸空。該套閥組在列車出現(xiàn)反拖狀態(tài)時(shí)（馬達(dá)變?yōu)楸霉r），該閥組可以連通泵馬達(dá)AB口。AB口連通后首先保證系統(tǒng)不被吸空，然后由補(bǔ)油泵補(bǔ)充經(jīng)沖洗閥等閥組泄漏的油液，從而完全滿足系統(tǒng)的流量要求。

（2）降低液壓系統(tǒng)對其它系統(tǒng)的沖擊。在反拖過程中，反制動壓力瞬間增高。已有的系統(tǒng)上通過泵上的溢流閥控制該壓力，這個(gè)閥的壓力不能調(diào)低。改進(jìn)后的方案中，增加的閥組上有一個(gè)溢流閥。當(dāng)發(fā)生反拖時(shí)，該溢流閥工作，降低系統(tǒng)的壓力，液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的扭矩變小，對車齒箱、柴油機(jī)等系統(tǒng)的沖擊大大減小[1-3]。

4 反制動壓力的設(shè)定和作用

上文中提到，反拖過程中反制動壓力瞬間增高，會沖擊其他系統(tǒng)造成損壞。通過增加控制閥組可以有效降低反制動壓力。

通過借鑒其它成熟養(yǎng)路機(jī)械產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過計(jì)算，得出5個(gè)泵滿排量工作時(shí)反制動壓力應(yīng)設(shè)置為110bar。在80km/h運(yùn)行時(shí)，4個(gè)馬達(dá)的排量為115cc左右。變?yōu)楸霉r時(shí)，4個(gè)115cc的泵在壓力為110bar的情況下功率為220kW。柴油機(jī)的輔助功率為70kW左右，外加其它一些泵的功率在40～50kW左右。柴油機(jī)需要消耗的反拖功率為220-70-50=100kW左右。這個(gè)功率通過柴油機(jī)自身克服。110bar的壓力既保護(hù)了液壓系統(tǒng)被吸空，也防止了柴油機(jī)轉(zhuǎn)速被拖高的現(xiàn)象[4-5]。

通過增加這套閥組，不僅可以解決列車連掛同動力運(yùn)行的問題，也可以有效防止柴油機(jī)轉(zhuǎn)速被拖高的現(xiàn)象發(fā)生。

5 結(jié)語

本文通過介紹邊坡清篩機(jī)走行液壓系統(tǒng)的原理和控制機(jī)構(gòu)，總結(jié)出該系統(tǒng)最易出現(xiàn)的故障以及故障產(chǎn)生的原因。鑒于該系統(tǒng)在邊坡清篩機(jī)中的重要作用，無論是生產(chǎn)人員、調(diào)試人員還是用戶，都應(yīng)該對走行液壓系統(tǒng)給予高度的重視。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)改造后，性能穩(wěn)定可靠，用戶操作方便，切合各路局的作業(yè)工況，大大提高了生產(chǎn)效率，可以有效防范作業(yè)事故的發(fā)生。