王新磊

(昆明中鐵大型養(yǎng)路機(jī)械集團(tuán)有限公司，云南昆明 650215)

QS1200高效清篩機(jī)是由昆明中鐵大型養(yǎng)路機(jī)械集團(tuán)有限公司新研發(fā)的用于鐵路線路道砟清篩的大型養(yǎng)路機(jī)械產(chǎn)品。該車在清篩作業(yè)時(shí)，整車的走行驅(qū)動(dòng)由作業(yè)走行液壓系統(tǒng)來(lái)完成。該系統(tǒng)的工作狀態(tài)直接影響到鐵路線路的清篩質(zhì)量和施工進(jìn)度，對(duì)其工作的可靠性和穩(wěn)定性要求都很高。

1 存在的問(wèn)題分析

由于該清篩機(jī)作業(yè)走行是8軸驅(qū)動(dòng)，而且掛檔采用齒式離合器(圖1(a))，每個(gè)離合器由一個(gè)電磁換向閥控制掛檔或脫檔，當(dāng)打開(kāi)作業(yè)掛檔開(kāi)關(guān)后，卸荷電磁閥和各軸的掛檔電磁閥的左端電磁鐵1s1b～1s8b(圖2)同時(shí)得電，8根軸開(kāi)始掛檔，液壓油推動(dòng)離合器左邊的齒向右運(yùn)動(dòng)，與右邊的齒嚙合。每根軸的離合器上裝有一個(gè)感應(yīng)開(kāi)關(guān)，當(dāng)該離合器嚙合到位(即掛上檔)時(shí)，掛檔指示綠燈亮。當(dāng)該離合器未嚙合到位(圖1(b))時(shí)，掛檔指示紅燈亮。只有8個(gè)離合器全部掛上檔時(shí)，作業(yè)走行系統(tǒng)才能夠被驅(qū)動(dòng)。如果操作掛檔時(shí)有1個(gè)或幾個(gè)離合器未掛上就操作點(diǎn)動(dòng)掛檔開(kāi)關(guān)，會(huì)讓已經(jīng)掛上檔的掛檔電磁閥保持得電，讓沒(méi)有掛上擋的掛檔電磁閥失電，使離合器的左右齒脫開(kāi)(圖1(c))，隨之讓脫開(kāi)的離合器驅(qū)動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度后，再讓掛檔電磁閥得電進(jìn)行掛檔，直到8個(gè)離合器全部掛上。在設(shè)計(jì)方案評(píng)審時(shí)有專家認(rèn)為這種設(shè)計(jì)存在缺陷，指出對(duì)這種結(jié)構(gòu)的離合器采用該掛檔控制方式可能存在多軸很難同時(shí)掛上，或多次操作點(diǎn)動(dòng)掛檔開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)后再掛檔存在齒頂齒掛不上檔的問(wèn)題，會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)施工。

圖1 齒式離合器工作原理

通過(guò)對(duì)控制方式和離合器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致分析，認(rèn)為掛檔設(shè)計(jì)確實(shí)存在缺陷，會(huì)給以后的現(xiàn)場(chǎng)施工帶來(lái)很大隱患，影響施工進(jìn)度和整機(jī)性能。分析控制方式和離合器的結(jié)構(gòu)后認(rèn)為，離合器裝在車軸齒輪箱上，是從國(guó)外進(jìn)口的產(chǎn)品，對(duì)國(guó)外廠家來(lái)說(shuō)是成熟產(chǎn)品，要改變它的結(jié)構(gòu)形式是不可行的。既然離合器的結(jié)構(gòu)不能變，只能從掛檔的控制方式著手?，F(xiàn)有的掛檔方式是:沒(méi)有掛上的離合器先脫開(kāi)，讓馬達(dá)帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度再掛，如果還掛不上則再轉(zhuǎn)再掛，也就是不停地調(diào)整左右齒的位置，只有當(dāng)左右齒的位置剛好轉(zhuǎn)到齒頂對(duì)齒根時(shí)才能掛上檔。這種掛檔方式可靠性不高。另外采用左右齒脫開(kāi)再掛是為了避免齒頂齒掛檔時(shí)，因馬達(dá)帶動(dòng)左邊離合器轉(zhuǎn)動(dòng)控制失當(dāng)會(huì)引起打齒現(xiàn)象。這會(huì)導(dǎo)致離合器損毀。因此優(yōu)化設(shè)計(jì)就是要解決齒頂齒掛檔的控制方式，從而解決多軸掛檔難的問(wèn)題。

圖2 現(xiàn)有掛檔液壓系統(tǒng)工作原理

之所以不能齒頂齒掛檔，是由于離合器廠家要求離合器完全嚙合上傳動(dòng)工作時(shí)，必須始終保持3.6 MPa的液壓力，而且對(duì)作業(yè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的低轉(zhuǎn)速?zèng)]有控制措施。要想齒頂齒掛檔而不發(fā)生打齒現(xiàn)象，就必須使離合器推力很小且馬達(dá)轉(zhuǎn)速很低，這樣才能既平穩(wěn)又安全地掛檔。

2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)前文的分析重新優(yōu)化了掛檔液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其液壓原理見(jiàn)圖3。接新設(shè)計(jì)，作業(yè)掛檔前先讓泵①和泵[16]處于待命工作狀態(tài)，當(dāng)打開(kāi)作業(yè)掛檔開(kāi)關(guān)后，電磁溢流閥[15]、低壓控制電磁閥⑦和掛檔電磁閥⑨的b(左)端電磁鐵得電，8根軸開(kāi)始掛檔，此時(shí)由于低壓控制電磁閥⑦得電，掛檔壓力由溢流閥⑧限制為1.3 MPa。

如果8個(gè)離合器全部掛上檔，掛檔指示綠燈亮，同時(shí)裝在每個(gè)離合器上的感應(yīng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，使低壓控制電磁閥⑦失電，溢流閥⑧失去作用，掛檔壓力被減壓閥⑩限制為4.2 MPa，作業(yè)走行系統(tǒng)能夠工作。

當(dāng)操作掛檔時(shí)如果有1個(gè)或幾個(gè)離合器未掛上，掛上的離合器繼續(xù)保持掛檔狀態(tài)，同時(shí)上述各閥保持原狀態(tài)。接下來(lái)就操作點(diǎn)動(dòng)掛檔開(kāi)關(guān)，這時(shí)會(huì)讓電磁溢流閥②得電、電磁閥⑥的任意一端電磁鐵得電，泵①開(kāi)始工作，通過(guò)節(jié)流閥④和減壓閥⑤的控制，未掛上檔的離合器會(huì)被作業(yè)馬達(dá)[12]以很慢的速度和很低的壓力帶其轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)通過(guò)溢流閥⑧的限制使離合器的推力只有1.3 MPa，讓未掛上的離合器全部掛上檔。當(dāng)8個(gè)離合器全部掛上后感應(yīng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作電磁閥⑦失電，溢流閥⑧失去作用，掛檔壓力被減壓閥⑩限制為4.2 MPa。同時(shí)電磁溢流閥②失電、電磁閥⑥失電，泵①轉(zhuǎn)到油缸系統(tǒng)工作。這種控制方式使得離合器推力很小且馬達(dá)轉(zhuǎn)速很低，這樣可既平穩(wěn)又安全地掛檔，而且可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成8個(gè)離合器的掛檔，從而滿足現(xiàn)場(chǎng)需求。

圖3 新掛檔液壓系統(tǒng)工作原理

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)QS1200型高效清篩機(jī)作業(yè)掛檔系統(tǒng)控制方式進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。這源于一條看似很小的專家方案評(píng)審建議，該建議使設(shè)計(jì)人員避免了嚴(yán)重的甚至是無(wú)法挽回的重大設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)，不能只是從原理上考慮問(wèn)題，或者一味依照成熟設(shè)計(jì)，還必須與新車可能遇到的新情況密切結(jié)合，把每一種工況都考慮到，這樣才能把成熟設(shè)計(jì)借鑒得更好，從而設(shè)計(jì)出可靠、適用的產(chǎn)品。

［1］中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 786.1—2009 液壓氣動(dòng)圖形符號(hào)［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［2］中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 3766—2001 液壓系統(tǒng)通用技術(shù)條件［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

［3］陳光軍.液壓系統(tǒng)振動(dòng)與噪聲的分析及對(duì)策［J］.鐵道建筑，2009(1):73-77.

［4］楊培元，朱福元.液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

［5］阮忠唐.聯(lián)軸器、離合器設(shè)計(jì)與選用指南［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006.