鐵路設(shè)備用DANA變速箱反拖潤(rùn)滑系統(tǒng)改進(jìn)研究

摘 要：研究經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合鐵路運(yùn)用無(wú)動(dòng)力回送運(yùn)行要求，提出既有設(shè)備采用雙向泵作為潤(rùn)滑動(dòng)力源，通過(guò)工作壓力判斷工作狀態(tài)的創(chuàng)新方案，判斷及監(jiān)測(cè)設(shè)備長(zhǎng)距離運(yùn)行狀態(tài)，可有效解決正常工作散熱及長(zhǎng)距離無(wú)動(dòng)力反拖過(guò)程中離合器、齒輪潤(rùn)滑不足的問(wèn)題。本次改進(jìn)研究適用于采用液力機(jī)械驅(qū)動(dòng)的軌道工程車輛，可有效提高該類型設(shè)備的適應(yīng)能力及延長(zhǎng)線路運(yùn)行壽命。

關(guān)鍵詞：軌道車輛；變速箱；潤(rùn)滑閥；反拖潤(rùn)滑系統(tǒng)改進(jìn)

中圖分類號(hào)：U 26" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著鐵路交通的不斷發(fā)展，工電自輪運(yùn)轉(zhuǎn)特種設(shè)備在鐵路線路維護(hù)和保養(yǎng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而，在養(yǎng)路機(jī)械的使用過(guò)程中，其回送問(wèn)題也一直是鐵路部門關(guān)注的焦點(diǎn)之一。其中，無(wú)動(dòng)力回送作為一種重要的回送方式，具有節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等顯著優(yōu)勢(shì)，因此，對(duì)其進(jìn)行深入研究具有重要意義。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究拖行工況，并對(duì)青藏鐵路進(jìn)行10次以上運(yùn)行驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，常規(guī)的末級(jí)離合器形式變速箱存在脫掛不可靠等問(wèn)題，一直困擾工電自輪運(yùn)轉(zhuǎn)特種設(shè)備的運(yùn)用情況。在實(shí)際應(yīng)用中，工電自輪運(yùn)轉(zhuǎn)特種設(shè)備無(wú)動(dòng)力回送的方式多種多樣，例如利用平板車、掛車等運(yùn)輸工具進(jìn)行牽引或推送。同時(shí)，為了保證無(wú)動(dòng)力回送的順利進(jìn)行，還需要對(duì)運(yùn)輸路線、道路條件等進(jìn)行充分調(diào)查和評(píng)估，保證運(yùn)輸過(guò)程中不出現(xiàn)意外情況。

結(jié)合上述情況，工電自輪運(yùn)轉(zhuǎn)特種設(shè)備無(wú)動(dòng)力回送研究是一個(gè)值得深入探討的課題。通過(guò)不斷研究和創(chuàng)新，可以為鐵路交通的可持續(xù)發(fā)展提供有力的技術(shù)支持和保障。

1 反拖潤(rùn)滑系統(tǒng)的優(yōu)化意義

在機(jī)械工程的領(lǐng)域，液力傳動(dòng)箱的應(yīng)用領(lǐng)域特別廣泛，液力傳動(dòng)有良好的自適應(yīng)能力，液力變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)合理匹配及控制是提高液力傳動(dòng)機(jī)車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵[1]，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)變速，既能夠避免發(fā)動(dòng)機(jī)因外負(fù)載突然變化而熄火，又能夠滿足車輛牽引工況和運(yùn)輸工況的要求。軌道車輛液力傳動(dòng)有優(yōu)點(diǎn)，也有缺點(diǎn)，反拖問(wèn)題便是其一，反拖時(shí)機(jī)器的變速箱離合器會(huì)因沒(méi)有壓力源會(huì)導(dǎo)致摩擦片燒結(jié)損壞[3]。

當(dāng)反拖時(shí)，為了解決傳動(dòng)箱的故障，傳統(tǒng)的處理方式有兩種，第一種是通過(guò)拆卸傳動(dòng)箱的傳動(dòng)軸來(lái)斷開(kāi)變速箱的動(dòng)力，運(yùn)行麻煩，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不利于車輛規(guī)范運(yùn)行。第二種處理方式是通過(guò)額外的動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)泵，通過(guò)換向閥來(lái)給反拖時(shí)傳動(dòng)箱提供潤(rùn)滑油，這種方式安裝復(fù)雜，需要額外的動(dòng)力接口，同時(shí)換向閥不與傳動(dòng)箱的走行關(guān)聯(lián)，無(wú)法在反拖時(shí)自動(dòng)給傳動(dòng)箱潤(rùn)滑[2]。

由于大型養(yǎng)路機(jī)械在鐵路上需要雙向運(yùn)行，因此選用雙向泵作為潤(rùn)滑系統(tǒng)的動(dòng)力源，雙向泵正反兩個(gè)方向都是可以旋轉(zhuǎn)的，并沒(méi)有左右旋之分，可以保證兩個(gè)方向都能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。潤(rùn)滑泵為持續(xù)工作狀態(tài)，因此如何判斷、分配散熱油、拖行泵潤(rùn)滑油的油路十分關(guān)鍵。本文提出的改進(jìn)方案為泵出口的潤(rùn)滑閥提供離合器潤(rùn)滑需求的壓力油和流量，從而解決反拖工況潤(rùn)滑的重大問(wèn)題。本次改進(jìn)后可以拓展應(yīng)用于軌道清掃車，除雪車，探傷車等鐵路養(yǎng)護(hù)車輛。

2 反拖潤(rùn)滑系統(tǒng)的組成及工作原理

2.1 反拖潤(rùn)滑系統(tǒng)組成

反拖潤(rùn)滑系統(tǒng)主要由潤(rùn)滑壓力傳感器、冷卻器 、潤(rùn)滑油溫表 、反拖潤(rùn)滑閥 、精濾器 、潤(rùn)滑泵、粗濾器 、工電自輪運(yùn)轉(zhuǎn)特種設(shè)備傳動(dòng)箱等組成。

2.2 反拖潤(rùn)滑系統(tǒng)介紹

工電自輪運(yùn)轉(zhuǎn)特種設(shè)備用傳動(dòng)箱的反拖潤(rùn)滑液壓控制系統(tǒng)原理如圖1所示，潤(rùn)滑泵從傳動(dòng)箱油底殼吸油后經(jīng)吸油粗濾器到精濾器，過(guò)濾后的油到反拖潤(rùn)滑閥，反拖潤(rùn)滑閥為液控多功能閥，當(dāng)傳動(dòng)箱正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，反拖潤(rùn)滑閥的出油直接回油底殼。當(dāng)傳動(dòng)箱被反拖時(shí)，反拖潤(rùn)滑閥的出油經(jīng)冷卻器到傳動(dòng)箱潤(rùn)滑。潤(rùn)滑泵為雙向泵，車輛被牽引時(shí)前進(jìn)、后退動(dòng)作時(shí)，取力口的旋轉(zhuǎn)方向不同。為保證兩個(gè)方向都能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，選用的雙向泵正反兩個(gè)方向都可以旋轉(zhuǎn)，沒(méi)有左右旋之分，潤(rùn)滑泵只有一個(gè)吸油口和一個(gè)壓力油口，沒(méi)有泄露油口，泄露油在泵內(nèi)部被吸收。無(wú)論正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，吸油口和壓力油口位置不變。反拖潤(rùn)滑閥的換向控制是根據(jù)傳動(dòng)箱是否正向運(yùn)行判斷的，當(dāng)傳動(dòng)箱正常運(yùn)行時(shí)，傳動(dòng)箱自帶的潤(rùn)滑泵會(huì)有2.2MPa～2.5MPa的壓力輸出，這個(gè)壓力控制反拖潤(rùn)滑閥處于溢流狀態(tài)；當(dāng)反拖時(shí)，傳動(dòng)箱自帶的潤(rùn)滑泵無(wú)法正常運(yùn)行，無(wú)壓力輸出，反拖潤(rùn)滑閥換向到另一位置傳動(dòng)箱的離合器潤(rùn)滑[4]。

2.3 反拖潤(rùn)滑優(yōu)化改造方案

對(duì)變速箱進(jìn)行改造：將原先離合器結(jié)構(gòu)取消，將3-輸出軸與22-滑套齒間長(zhǎng)嚙合（如圖2所示）→增加潤(rùn)滑系統(tǒng)泵源（如圖3所示，本技術(shù)方案可在變速箱取力口位置設(shè)置泵源，或在輸出法蘭位置增加皮帶輪驅(qū)動(dòng)泵源）→基于皮帶輪驅(qū)動(dòng)方案，通過(guò)張緊螺桿頂住泵總成上下滑動(dòng)張緊皮帶（此結(jié)構(gòu)包括安裝底座、滑動(dòng)螺紋塊、滑動(dòng)板、張緊螺桿、壓板、泵總成組成）→增加拖行油路監(jiān)控系統(tǒng)，在運(yùn)行過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)控拖行狀態(tài)的潤(rùn)滑油溫及壓力。

2.4 反拖潤(rùn)滑控制邏輯及工作原理

反拖潤(rùn)滑設(shè)計(jì)及控制邏輯是潤(rùn)滑系統(tǒng)的關(guān)鍵。反拖潤(rùn)滑閥為液控?fù)Q向閥，它與傳動(dòng)箱的走行系統(tǒng)結(jié)合，通過(guò)設(shè)置反拖潤(rùn)滑系統(tǒng)判斷邏輯，選用傳動(dòng)箱主油壓控制來(lái)判斷工作狀態(tài)。當(dāng)變速箱處于工作狀態(tài)（走行）時(shí)，變速箱主油壓有固定壓力值，反拖潤(rùn)滑閥將潤(rùn)滑泵泵出的油接回到油底殼，避免與正常潤(rùn)滑散熱油路重合，影響正常散熱。變速箱被反拖狀態(tài)時(shí)，傳動(dòng)箱主油壓為0～20kPa，反拖潤(rùn)滑閥開(kāi)始換向，潤(rùn)滑泵的油進(jìn)入傳動(dòng)箱給離合器進(jìn)行潤(rùn)滑及散熱，避免反拖時(shí)變速箱因潤(rùn)滑不到位而損壞[5]，散熱及潤(rùn)滑管路的分流作用及穩(wěn)定性，對(duì)整個(gè)散熱及潤(rùn)滑系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)程

根據(jù)《鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械檢查與試驗(yàn)方法》（GB/T 25336—

2018）、《GCX-1000軌道除雪車液力機(jī)械變速箱惰行裝置試驗(yàn)大綱》和《鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械通用技術(shù)條件》 （GB/T 25337—

2018）的建議，對(duì)變速箱結(jié)構(gòu)及工況進(jìn)行分析，提出變速箱潤(rùn)滑試驗(yàn)臺(tái)[6]，在臺(tái)架上檢測(cè)反拖潤(rùn)滑系統(tǒng)的性能，對(duì)溫度、流量、壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

液力機(jī)械變速箱的運(yùn)行轉(zhuǎn)速如下：額定轉(zhuǎn)速為250r/min，最高轉(zhuǎn)速為 2550r/min，累計(jì)試驗(yàn)時(shí)間超過(guò)5h。在試驗(yàn)過(guò)程中，記錄潤(rùn)滑系統(tǒng)的壓力、溫度，驗(yàn)證系統(tǒng)工作穩(wěn)定性。

測(cè)溫點(diǎn)布置點(diǎn)位置、流量點(diǎn)布置點(diǎn)位置見(jiàn)表1和表2。通過(guò)流量計(jì)、溫度傳感器、壓力傳感器等測(cè)試儀器記錄各位置點(diǎn)的流量、壓力、溫度參數(shù)，記錄不同轉(zhuǎn)速下各參數(shù)的變化。

4 試驗(yàn)結(jié)論

4.1 測(cè)試點(diǎn)的傳感器測(cè)試數(shù)值記錄

表3是反拖電機(jī)在特定時(shí)間在不同轉(zhuǎn)速、從不同的輸入旋向看，用流量傳感器來(lái)測(cè)試泵出口、反拖潤(rùn)滑閥到散熱器和散熱器出口的流量、壓力、溫度的記錄數(shù)據(jù)。

4.2 數(shù)值分析

潤(rùn)滑溫度變化曲線和潤(rùn)滑流量變化曲線如圖4和圖5所示。

通過(guò)分析測(cè)試數(shù)據(jù)針對(duì)齒輪箱軸承的潤(rùn)滑系統(tǒng)與溫升限制要求[7]，可得出以下結(jié)論。1）反拖潤(rùn)滑系統(tǒng)滿足低速運(yùn)行能力，250r/min時(shí)有8.5L/min的流量輸出。2）反拖潤(rùn)滑系統(tǒng)運(yùn)行非常良好，最高溫度為96℃。3）潤(rùn)滑壓力的最大值為360kPa，小于變速箱要求限值。

5 結(jié)論

綜上所述，經(jīng)過(guò)低速和高速不間斷的運(yùn)行測(cè)試，反拖潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)能滿足使用要求，并得出以下結(jié)論。1）低速工況時(shí)（驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速低于300r/min），正常工作與無(wú)動(dòng)力反拖流量數(shù)據(jù)差別不大，反拖的流量能夠滿足DANA傳動(dòng)箱最小流量的要求（傳動(dòng)箱要求大于6L/min），不影響傳動(dòng)箱的正常運(yùn)行，滿足設(shè)備前后雙向運(yùn)行的工況要求。2）溫度平衡，反拖時(shí)沒(méi)有散熱器來(lái)強(qiáng)制散熱，需要通過(guò)自然風(fēng)冷，經(jīng)過(guò)5h運(yùn)行，將溫度平衡在100℃以下，不高于傳動(dòng)箱的最高溫度限制，滿足設(shè)備運(yùn)行要求。3）潤(rùn)滑壓力正常，潤(rùn)滑壓力小于500kPa的傳動(dòng)箱要求，傳動(dòng)箱可正常潤(rùn)滑。4）潤(rùn)滑系統(tǒng)切換正常，性能穩(wěn)定可靠。工電自輪運(yùn)轉(zhuǎn)特種設(shè)備傳動(dòng)箱采用反拖潤(rùn)滑系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求，在正常作業(yè)使用及無(wú)動(dòng)力切換過(guò)程中均能正常運(yùn)行，散熱及潤(rùn)滑功能正常。

參考文獻(xiàn)

[1]李連凱，劉軍，楊大偉.城軌調(diào)車機(jī)車柴油機(jī)與變扭器匹配特性研究[J].軌道交通裝備與技術(shù)，2021（5）：62-64.

[2]劉炳利.機(jī)車無(wú)動(dòng)力回送技術(shù)新方案研究[J].鐵道機(jī)車與動(dòng)車，2020（1）：13-15.

[3]劉海林.大噸位叉車變速箱離合器反復(fù)燒結(jié)故障的整治方案[J].工程機(jī)械與維修，2021（3）：78-79.

[4]袁哲，臧宏達(dá)，馬文星，等.變速箱潤(rùn)滑油路仿真分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2020，50（4）：1257-1264.

[5]朱浩月，蔡祖戈.工程機(jī)械變速箱潤(rùn)滑流量仿真分析[J].建筑機(jī)械，2018（9）：50-52.

[6]王瑞欣，程曼，劉紅旗，等.變速器潤(rùn)滑試驗(yàn)臺(tái)的研究與設(shè)計(jì)[J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2017，30（4）：1-2，12.

[7]薛文根，劉瑩，陸海英.齒輪箱軸承的潤(rùn)滑方程分析與溫升試驗(yàn)研究[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2020，17（2）：469-476.