辛飛飛，魏德勇，趙峰強(qiáng)，汪文杰

（中車青島四方車輛有限公司，山東青島266111）

電磁離合器在公鐵車動(dòng)力走行部中的應(yīng)用

辛飛飛，魏德勇，趙峰強(qiáng)，汪文杰

（中車青島四方車輛有限公司，山東青島266111）

針對(duì)高速運(yùn)行、低速作業(yè)的公鐵兩用接觸網(wǎng)放線車的使用要求，首次將電磁離合器應(yīng)用于公鐵車動(dòng)力走行部齒輪箱傳動(dòng)中。完成了公鐵兩用接觸網(wǎng)放線車齒輪箱設(shè)計(jì)，解決了接觸網(wǎng)放線車走行部的高速運(yùn)行和低速作業(yè)工況的轉(zhuǎn)換問題。

公鐵車動(dòng)力走行部；電磁離合器；齒輪箱；高低速轉(zhuǎn)化

公鐵兩用接觸網(wǎng)放線車，主要用于接觸網(wǎng)放線、線路維護(hù)及接觸網(wǎng)監(jiān)測(cè)等工作。根據(jù)接觸網(wǎng)放線車技術(shù)規(guī)格書設(shè)計(jì)要求，該公鐵車需具備高速運(yùn)行和低速作業(yè)兩種車速。最高運(yùn)行速度80 km／h，低速作業(yè)時(shí)運(yùn)行速度0～6 km／h。

該公鐵兩用接觸網(wǎng)放線車走行部采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)方式，為實(shí)現(xiàn)兩種車速，整車采用了兩套液壓系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方案，即低速液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)和高速液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)兩種方案。該公鐵車分為前、后兩個(gè)不同轉(zhuǎn)速的動(dòng)力走行部。前動(dòng)力走行部為低速馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，作為低速運(yùn)行放線作業(yè)時(shí)的動(dòng)力走行部。后動(dòng)力走行部為高速馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，作為高速運(yùn)行時(shí)的動(dòng)力走行部。放線車走行部布置圖見圖1。

圖1 放線車走行部布置圖

1 方案分析

為解決走行部高低速液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)切換問題，實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)放線車高速運(yùn)行和低速作業(yè)的轉(zhuǎn)化，做出2種解決方案：（1）機(jī)械式手動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)；（2）采用電磁離合器實(shí)現(xiàn)動(dòng)力切換?？紤]到公鐵車走行部體積小，車下空間有限及現(xiàn)有技術(shù)的制約，公鐵兩用接觸網(wǎng)放線車采用了第2種方案，將電磁離合器應(yīng)用到齒輪箱中，通過電控的方式，實(shí)現(xiàn)公鐵車走行部由動(dòng)力向非動(dòng)力的切換，完成高低速轉(zhuǎn)換。

該公鐵車走行部傳動(dòng)方式為：低速液壓馬達(dá)（高速馬達(dá)）—齒輪箱傳動(dòng)—車軸。電磁離合器安裝在齒輪箱內(nèi)部，齒輪箱輸出軸為車軸。電磁離合器將液壓馬達(dá)輸出扭矩傳遞給小齒輪，再通過大齒輪的嚙合將力矩傳遞到車軸實(shí)現(xiàn)輪軸的運(yùn)動(dòng)。

2 電磁離合器工作原理及齒輪箱設(shè)計(jì)

2.1 電磁離合器工作原理

離合器是主、從動(dòng)部分在同軸線上傳遞動(dòng)力或運(yùn)動(dòng)時(shí)，具有結(jié)合和分離功能的裝置。離合器可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械的啟動(dòng)、停車、齒輪箱的速度變換、傳動(dòng)軸間在運(yùn)動(dòng)中同步和異步的要求。電磁離合器是靠線圈的電磁力操縱的離合器，具有啟動(dòng)力矩大，動(dòng)作反應(yīng)快，結(jié)合迅速，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)放線車實(shí)際工況，馬達(dá)輸出軸傳遞扭矩最大為933 N·m，選用傳遞最大扭矩為1 100 N·m的常開型多片式電磁離合器。電磁離合器如圖2所示。

圖2 電磁離合器圖

2.2 齒輪箱原理

圖3為齒輪箱工作原理圖。馬達(dá)通過花鍵與齒輪軸連接輸出動(dòng)力，電磁離合器帶有摩擦片的主體一端通過平鍵固定在齒輪軸上離合器側(cè)端法蘭與小齒輪通過螺栓連接，小齒輪通過兩端軸承支承在齒輪軸；大齒輪通過脹緊套安裝在車軸上。

圖3 齒輪箱工作原理

馬達(dá)工作時(shí)電磁離合器得電，離合器摩擦片吸合，此時(shí)小齒輪與齒輪軸同步運(yùn)動(dòng)，通過與大齒輪的嚙合將動(dòng)力傳遞給車軸，實(shí)現(xiàn)了走行部的驅(qū)動(dòng)。馬達(dá)不工作時(shí)電磁離合器失電，摩擦片分離，齒輪軸無運(yùn)動(dòng)，小齒輪在大齒輪的驅(qū)動(dòng)下做空轉(zhuǎn)運(yùn)行，此刻小齒輪與齒輪軸實(shí)現(xiàn)異步工作，動(dòng)力走行部變?yōu)榉莿?dòng)力走行部。

2.3 高低速切換原理

如圖1所示，整車前后兩個(gè)不同轉(zhuǎn)速的動(dòng)力走行部，前走行部和后走行部。低速放線時(shí)，低速馬達(dá)工作，低速齒輪箱中電磁離合器通電，摩擦片吸合，動(dòng)力由低速馬達(dá)傳遞到輪軸，完成前走行部的驅(qū)動(dòng)；同時(shí)后走行部高速馬達(dá)不工作，高速齒輪箱中電磁離合器處于斷電狀態(tài)，小齒輪在輪軸的驅(qū)動(dòng)下做空轉(zhuǎn)運(yùn)行，此刻后走行部為拖車走行部。高速換擋時(shí)，前走行部電磁離合器斷電，同時(shí)后走行部電磁離合器得電，此時(shí)前走行部由動(dòng)力走行部改為拖車走行部，后走行部變?yōu)閯?dòng)力走行部，完成由低速向高速切換動(dòng)作。

2.4 齒輪箱設(shè)計(jì)及安裝

圖4是放線車走行部齒輪箱的總體結(jié)構(gòu)圖，該齒輪箱主要有大齒輪、小齒輪、電磁離合器、齒輪軸、液壓馬達(dá)等組成。齒輪箱減速比為3.316，齒輪箱與液壓馬達(dá)之間安裝有電磁離合器，通過電磁離合器的通斷電，實(shí)現(xiàn)液壓馬達(dá)動(dòng)力的輸入與切除。

電磁離合器在齒輪箱應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)分析：

（1）電磁離合器安裝在齒輪箱內(nèi)部，結(jié)構(gòu)緊湊；

（2）電動(dòng)控制的方式，操作靈活，提高了整車的自動(dòng)化水平；

（3）解決了手動(dòng)換擋設(shè)備與走行部距離長的難題；

（4）較兩檔變速箱的手動(dòng)換檔結(jié)構(gòu)形式，解決了停車換擋問題。

圖4 齒輪箱組成結(jié)構(gòu)圖

3 試驗(yàn)與驗(yàn)證

3.1 單輪對(duì)齒輪箱磨合試驗(yàn)

將齒輪箱裝配完成后，安裝到單條輪對(duì)上，按照試驗(yàn)大綱標(biāo)準(zhǔn)對(duì)齒輪箱進(jìn)行低高速速度試驗(yàn)，通過對(duì)電磁離合器的通斷電試驗(yàn)，驗(yàn)證了電磁離合器能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)力的切換，滿足使用要求。單輪對(duì)齒輪箱磨合試驗(yàn)臺(tái)如圖5所示。

圖5 單輪對(duì)齒輪箱磨合試驗(yàn)臺(tái)

3.2 整車線路跑合試驗(yàn)

在自行研制的SYTG21北京西郊線接觸網(wǎng)放線車上，對(duì)整車進(jìn)行了走行部線路試驗(yàn)驗(yàn)證。通過整車的線路運(yùn)行試驗(yàn)，整車能夠完成高低速的切換及公鐵車走行部由動(dòng)力向非動(dòng)力走行部的轉(zhuǎn)化，驗(yàn)證了該電磁離合器在動(dòng)力走行部齒輪箱中的應(yīng)用可行性，解決了兩套液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的切換問題。

4 結(jié)束語

單輪對(duì)輪軸齒輪箱磨合試驗(yàn)及整車的走行部線路跑合，驗(yàn)證了電磁離合器的功能性和可靠性。電磁離合器在齒輪箱的應(yīng)用，不僅解決了公鐵車高速運(yùn)行和低速作業(yè)工況的轉(zhuǎn)化問題，實(shí)現(xiàn)了公鐵車走行部由動(dòng)力向非動(dòng)力走行部的轉(zhuǎn)化，同時(shí)縮小了齒輪箱整體空間。電磁離合器的電動(dòng)控制切換形式，提高了整車的自動(dòng)化性能，同時(shí)也提高了放線作業(yè)公鐵車的工作效率，填補(bǔ)了國內(nèi)公鐵車走行裝置齒輪箱在高低速切換、動(dòng)力轉(zhuǎn)換方面的空白。

［1］ 陳耀東，屈力剛，辛 斌，譚 威.濕式多片電磁離合器的應(yīng)用［J］.沈陽航空工學(xué)學(xué)院學(xué)報(bào)，2004.21（2）：63-64，59.

［2］ 葛 延，趙玉良.齒輪箱設(shè)計(jì)的基本原則［J］.重型機(jī)械，2010，（S2）：144-148.

［3］ 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第2卷）［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2007.

Application of Electromagnetic Clutch in Road-rail Vehicle Motor Car Bogie

XIN Feifei，WEI Deyong，ZHAO Fengqiang，WANG Wenjie
（Product Development Department，CRRC Sifang Co.，Ltd.，Qingdao 266111 Shandong，China）

Based on the requirements of high-speed movement and low-speed operation for road-rail vehicles，this paper applied electromagnetic clutch in gear box of road-rail vehicle motor car bogie，completed the gear box design of road-rail vehicle motor car bogie，and solved the conversion problem of high-speed movement to low-speed operation.

road-rail vehicle motor car bogie；electromagnetic clutch；gear box；high and low speed conversion

U225

A

10.3969／j.issn.1008－7842.2016.06.12

1008－7842（2016）06－0046－03

9—）女，工程師（

2016－05－17）