謝洪波，郭關(guān)柱

（1. 成都鐵路局 工務(wù)處機械設(shè)備科，四川 成都 610081；2. 中國鐵建高新裝備股份有限公司研究院，云南 昆明 650215）

大型鐵路養(yǎng)護車雙動力傳動系統(tǒng)及其優(yōu)化研究

謝洪波1，郭關(guān)柱2

（1. 成都鐵路局 工務(wù)處機械設(shè)備科，四川 成都 610081；2. 中國鐵建高新裝備股份有限公司研究院，云南 昆明 650215）

介紹大型鐵路養(yǎng)護車常用的雙動力傳動系統(tǒng)，分析該系統(tǒng)的組成及功能，并開展牽引性能測試。針對牽引力不足和牽引效率低的缺點，提出采用2套液力變矩器傳動系統(tǒng)驅(qū)動1輛大型鐵路養(yǎng)護車的動力傳動優(yōu)化方案，開展了優(yōu)化后的雙動力傳動系統(tǒng)性能計算和牽引試驗。結(jié)果表明，優(yōu)化后的雙動力傳動系統(tǒng)牽引性能好，發(fā)動機輸出700 kW時，其牽引能力與原系統(tǒng)發(fā)動機輸出1 000 kW時相當；發(fā)動機輸出850 kW時，其施工作業(yè)能力與原系統(tǒng)發(fā)動機輸出1 000 kW時相當。

鐵路養(yǎng)護車；雙動力傳動系統(tǒng)；閉式靜液壓系統(tǒng)；液力變矩器；牽引能力

0 引言

大型鐵路養(yǎng)護車通常需要具有兩項基本功能：一是能夠自行或牽引其他設(shè)備快速往返于施工作業(yè)現(xiàn)場與車輛段之間；二是能夠完成鐵路養(yǎng)護等施工任務(wù)。隨著鐵路養(yǎng)護施工作業(yè)速度要求的提高，鐵路養(yǎng)護車逐漸向大型化和重型化發(fā)展，而采用雙動力傳動系統(tǒng)驅(qū)動1輛大型鐵路養(yǎng)護車變得越來越普遍[1-2]。

大型鐵路養(yǎng)護車會安裝有多組執(zhí)行不同功能的液壓機構(gòu)，并為這些機構(gòu)配備供油系統(tǒng)及動力裝置。采用閉式靜液壓系統(tǒng)驅(qū)動走行的雙動力傳動系統(tǒng)，能夠兼顧利用為液壓機構(gòu)配置的供油系統(tǒng)，無需單獨再配置供油系統(tǒng)，可節(jié)約安裝空間和制造成本，但閉式靜液壓系統(tǒng)驅(qū)動效率低，高速牽引走行時燃油消耗率過高、牽引效率較低。

采用液力變矩器的動力傳動系統(tǒng)具有兩大優(yōu)點：一是低速時變矩比和牽引力較大；二是高速自行時液力變矩器鎖閉為機械傳動，傳動效率較高。缺點是高速自行鎖閉為機械傳動后，2套動力傳動系統(tǒng)驅(qū)動1輛大型鐵路養(yǎng)護車時，高速牽引條件下難于實現(xiàn)同步控制[3]。

為了解決2套動力系統(tǒng)的同步控制問題，提出一種新的控制模式，在2套傳動系統(tǒng)同時工作時，前1套液力變矩器設(shè)定為鎖閉狀態(tài)，后1套設(shè)定為非機械鎖定的液力驅(qū)動狀態(tài)。當大型鐵路養(yǎng)護車運行方向相反時，則前后2套液力變矩器的設(shè)定模式互換。采用新的動力傳動方案后，在低速作業(yè)狀態(tài)下，走行所消耗的功率較小，使用1套液力變矩器驅(qū)動大型鐵路養(yǎng)護車的走行即可，通過控制離合器和分動箱，將另1套液力變矩器與動力源斷開，另1套動力源則用于驅(qū)動液壓源向施工作業(yè)機械提供液壓動力[4-5]。

1 基于閉式靜液壓系統(tǒng)驅(qū)動的雙動力傳動系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)組成及功能

基于閉式靜液壓系統(tǒng)驅(qū)動的雙動力傳動系統(tǒng)采用雙機組閉式靜液壓系統(tǒng)驅(qū)動模式，單套動力傳動系統(tǒng)主要由柴油發(fā)動機、分動箱、液壓泵組、液壓馬達、離合器、走行減速箱、車軸齒輪箱、轉(zhuǎn)向架、車軸及輪對等組成（見圖1），其中液壓泵組的部分液壓源提供給施工作業(yè)機械。

圖1 基于閉式靜液壓系統(tǒng)驅(qū)動的單套動力傳動系統(tǒng)原理

柴油發(fā)動機與分動箱直接連接并提供動力，分動箱的輸出端安裝有液壓泵組。一部分液壓泵組向走行減速箱的輸入液壓馬達提供動力，通過車軸齒輪箱驅(qū)動車軸和輪對，用于驅(qū)動轉(zhuǎn)向架走行；另一部分液壓泵組則負責向施工作業(yè)機械提供液壓動力。

2套相同的動力傳動系統(tǒng)安裝在1輛大型鐵路養(yǎng)護車上，實現(xiàn)雙動力傳動驅(qū)動。

高速自行或牽引其他車輛時，施工作業(yè)機械不消耗動力，柴油發(fā)動機產(chǎn)生的全部動力用于驅(qū)動車軸及輪對走行。施工作業(yè)時，大型鐵路養(yǎng)護車走行速度較低，走行所消耗動力較少，主要動力用于驅(qū)動施工作業(yè)。

1.2 系統(tǒng)性能研究與分析

如圖1所示，采用6臺液壓馬達驅(qū)動1套走行減速箱，經(jīng)走行減速箱減速后變?yōu)?個輸出點，每個輸出點分別與轉(zhuǎn)向架車軸齒輪箱連接，經(jīng)車軸齒輪箱減速后驅(qū)動車輪旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)走行[6-7]。

選取柴油發(fā)動機的額定功率為500 kW；車輪直徑為0.92 m；車軸齒輪箱傳動比為3.73；走行減速箱傳動比為1.77；車軸齒輪箱傳動效率為0.98；走行減速箱機械傳動效率為0.98；液壓馬達最小和最大排量分別為32 mL/r和160 mL/r；液壓馬達啟動時，最大輸出力矩為相同壓力下額定輸出力矩的85%；液壓泵組出口最高壓力為35 MPa?；诶碚撚嬎悖玫?套動力傳動系統(tǒng)能夠輸出的最大輪周起動牽引力為59.4 kN，2套走行系統(tǒng)同時驅(qū)動時能夠輸出的最大輪周起動牽引力為118.8 kN。

雙動力傳動系統(tǒng)驅(qū)動1輛大型鐵路養(yǎng)護車高速走行時，減去發(fā)電、冷卻和散熱等消耗功率，2臺發(fā)動機實際輸出總功率約856 kW。考慮車軸齒輪箱的機械傳動效率為0.88；走行減速箱的機械傳動效率為0.90；液壓泵的最小排量為0，最大排量為165 mL/r；供油壓力為35 MPa時，液壓泵的機械效率為0.90，容積效率為0.96；液壓馬達的機械效率為0.90，容積效率為0.92；液壓系統(tǒng)的容積效率約為0.95?；诶碚撚嬎?，得到車軸及車輪輸出的最大輪周牽引功率約為397.9 kW。

將2套動力傳動系統(tǒng)安裝在1輛大型鐵路養(yǎng)護車上，在中國鐵道科學研究院環(huán)行試驗線試驗，試驗結(jié)果見圖2。實測結(jié)果表明：最大牽引力為116 kN，牽引功率實測值在380～400 kW變化，測試結(jié)果與理論計算結(jié)果相近。

研究結(jié)果表明：基于閉式靜液壓系統(tǒng)驅(qū)動的雙動力傳動系統(tǒng)運行平穩(wěn)，易于實現(xiàn)大型鐵路養(yǎng)護車常用的基本功能，但傳動效率及最大牽引力不足，牽引效率較低。

2 雙動力傳動系統(tǒng)優(yōu)化方案

鑒于閉式靜液壓驅(qū)動的雙動力傳動系統(tǒng)不足，提出采用液力變矩器驅(qū)動的雙動力傳動系統(tǒng)優(yōu)化方案。

2.1 優(yōu)化方案

優(yōu)化后的雙動力傳動系統(tǒng)采用液力變矩器驅(qū)動走行，系統(tǒng)主要由柴油發(fā)動機、彈性聯(lián)軸器、傳動軸、液力變矩器、分動箱、泵驅(qū)動齒輪箱、離合器、車軸齒輪箱、轉(zhuǎn)向架、車軸及輪對等組成（見圖3），其中驅(qū)動施工作業(yè)機械的液壓泵組通過離合器（一）與泵驅(qū)動齒輪箱連接。

圖2 牽引性能試驗結(jié)果

牽引工況下，2臺柴油發(fā)動機功率輸出均為350 kW，離合器（一）脫開且離合器（二）鎖閉，通往施工作業(yè)機械的液壓泵組與泵驅(qū)動齒輪箱脫開，全部動力通過液力變矩器及其他傳動部件輸出到車軸及輪對上，實現(xiàn)雙動力同時驅(qū)動大型鐵路養(yǎng)護車牽引走行。

施工作業(yè)時，1臺柴油發(fā)動機輸出350 kW，用于驅(qū)動大型鐵路養(yǎng)護車慢速走行；另外1臺柴油發(fā)動機輸出500 kW，離合器（二）脫開，離合器（一）鎖閉，該柴油機輸出的全部動力消耗于液壓泵組，用于驅(qū)動施工作業(yè)機械作業(yè)。

圖3 優(yōu)化后動力傳動系統(tǒng)組成原理

2.2 性能分析

相比原閉式靜液壓驅(qū)動的動力傳動系統(tǒng)，優(yōu)化后系統(tǒng)在牽引工況下通過2套液力變矩器驅(qū)動牽引走行，作業(yè)工況通過1套液力變矩器驅(qū)動走行，另外1套動力傳動系統(tǒng)為施工作業(yè)機械提供動力。

牽引工況：2套動力傳動系統(tǒng)消耗的總功率為700 kW，考慮泵驅(qū)動齒輪箱傳動效率為0.975；分動箱傳動效率為0.975；車軸齒輪箱傳動效率為0.950；液力變矩器傳動效率為0.900；車輪直徑為0.920 m。計算得出：2套動力系統(tǒng)能夠輸出的最大輪周起動牽引力為134.6 kN，在平直線路驅(qū)動質(zhì)量190 t大型鐵路養(yǎng)護車的自行速度能夠達到100 km/h，車軸及車輪輸出的最大輪周牽引功率約為382.3 kW。

作業(yè)工況：柴油發(fā)動機輸出給2套動力傳動系統(tǒng)的總功率為850 kW，其中有350 kW通過液力變矩器傳遞給車軸及輪對走行，另有500 kW經(jīng)泵驅(qū)動齒輪箱驅(qū)動液壓泵組，輸出到施工作業(yè)機械進行施工作業(yè)。

將該動力傳動系統(tǒng)安裝在質(zhì)量190 t的大型鐵路養(yǎng)護車上，在昆明鐵路局所屬滬昆鐵路線進行試驗，試驗結(jié)果表明：在平直線路上自行速度100 km/h時，車輛還有剩余加速度；最大牽引力實測值達140 kN；正向運行時，前后2套液力變矩器分別設(shè)定為鎖閉狀態(tài)和非鎖閉狀態(tài)，運行方向相反時，前后2套液力變矩器的設(shè)定模式互換，能夠有效解決2套液力變矩器驅(qū)動1輛大型鐵路養(yǎng)護車高速自行時的同步問題。

3 結(jié)論

研究了采用閉式靜液壓系統(tǒng)的雙動力傳動系統(tǒng)驅(qū)動1輛大型鐵路養(yǎng)護車的性能，針對該系統(tǒng)最大牽引力及傳動效率不足的缺點，提出具有同樣功能的采用2套液力變矩器驅(qū)動的雙動力傳動系統(tǒng)優(yōu)化方案，開展了新的動力傳動系統(tǒng)性能研究。研究結(jié)果表明：

（1）發(fā)動機總功率1 000 kW時，基于閉式靜液壓系統(tǒng)驅(qū)動的雙動力傳動系統(tǒng)的最大牽引力為116 kN，最大牽引功率約400 kW；

（2）發(fā)動機總功率700 kW時，采用2套液力變矩器驅(qū)動的雙動力傳動系統(tǒng)的最大牽引力為140 kN，最大牽引功率約382 kW；當發(fā)動機總功率850 kW時，該動力傳動系統(tǒng)的施工作業(yè)性能與1 000 kW的基于閉式靜液壓系統(tǒng)驅(qū)動的雙動力傳動系統(tǒng)性能相當。

[1] 肖增斌，王曉剛．我國鐵路大型養(yǎng)路機械行業(yè)的發(fā)展與思考[J]．中國鐵路，2015(1)：8-10．

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責任編輯 高紅義

Research on Dual Power Transmission System of Large-scale Railway Maintenance Vehicle and Its Optimization

XIE Hongbo1，GUO Guanzhu2
（1. Department of Mechanical Equipment，Track Maintenance Division，Chengdu Railway Administration，Chengdu Sichuan 610081，China；2. CRCC High-tech Equipment Corporation Limited，Kunming Yunnan 650215，China）

This paper introduces the common dual power transmission system of large-scale railway maintenance vehicle, analyzes its composition, functions and its traction performance test. Lack of tractive force and traction eff ciency, it proposes the power transmission optimization plan which suggests one largescale railway maintenance vehicle with two hydraulic converter transmission systems, and calculates the performance of the optimized dual power transmission performance and tests its traction. The result shows that the performance of optimized dual power transmission system is good. When the output of the engine is 700 kW, its tractive power equals to 1 000 kW output of the engine for the original system; when the output of the engine is 850 kW, its work capacity corresponds to the 1 000 kW output in the past.

railway maintenance vehicle；dual power transmission system；closed-type hydrostatic system；hydraulic converter；tractive ability

U216.6

A

1001-683X（2017）04-0068-04

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.04.068

2016-11-17

鐵道部科技研究開發(fā)計劃項目（2011G017-E）

謝洪波（1973—），男，工程師。

郭關(guān)柱（1973—），男，教授級高級工程師，博士。E-mail：guoguanzhu_616@126.com