朱代雄 高 珍

（中車北京二七機(jī)車有限公司，北京100072）

0 引言

鐵路線路道床及邊坡對(duì)線路上部的鋼軌和枕木極為重要，實(shí)踐證明，對(duì)邊坡道碴尤其是板結(jié)的石碴進(jìn)行清篩，對(duì)于改變道床邊坡的彈性、排水性能，恢復(fù)其承載能力是一種行之有效的措施。而邊坡清篩機(jī)的引進(jìn)、投入使用滿足了國(guó)內(nèi)鐵路養(yǎng)護(hù)行業(yè)的需求，它一次作業(yè)能實(shí)現(xiàn)對(duì)軌枕兩側(cè)0.8 m的道床邊坡進(jìn)行挖掘、輸送、篩分、回填、整形和清掃作業(yè)，最大作業(yè)效率1 200 m3/h，實(shí)現(xiàn)了對(duì)25 mm以上方形舊石碴的重復(fù)利用，節(jié)省資源的同時(shí)大大提高了鐵路養(yǎng)護(hù)作業(yè)效率。

受鐵路線周邊環(huán)境制約以及為滿足鐵路線上的連續(xù)性作業(yè)、快速整治并投入使用（鐵路線上開天窗時(shí)間短）的要求，鐵路局還相應(yīng)配置了其他的工程養(yǎng)護(hù)機(jī)械，如物料運(yùn)輸車、搗固車等，而在進(jìn)入和離開作業(yè)區(qū)間時(shí)，需要將邊坡清篩機(jī)與其他車輛進(jìn)行編組，這就涉及車齒箱掛擋和空擋功能的頻繁切換，本文系統(tǒng)闡述了邊坡清篩機(jī)走行系統(tǒng)及氣動(dòng)換擋裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，對(duì)氣動(dòng)換擋裝置的故障原因進(jìn)行了分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)給出了相關(guān)建議。

1 走行系統(tǒng)的主要參數(shù)及要求

邊坡清篩機(jī)由裝載車和篩分車兩節(jié)車組成。裝載車為整車提供動(dòng)力，走行系統(tǒng)采用閉式靜液壓系統(tǒng)（圖1），液壓油持續(xù)在泵和馬達(dá)之間流動(dòng)，液壓油箱起到散熱和補(bǔ)油的作用。全車有八個(gè)靜液壓泵，其中兩個(gè)為專用行駛泵，其余六個(gè)泵用于輸送帶和挖掘斗輪的工作，在走行模式下也用于行駛，但走行模式下最多只能有五個(gè)泵同時(shí)用于走行。

圖1 閉式靜液壓系統(tǒng)

篩分車有兩個(gè)從動(dòng)轉(zhuǎn)向架，裝載車有兩個(gè)動(dòng)力轉(zhuǎn)向架。每個(gè)動(dòng)力轉(zhuǎn)向架有兩個(gè)動(dòng)力軸，動(dòng)力軸由變量靜液壓馬達(dá)經(jīng)過(guò)兩級(jí)變速驅(qū)動(dòng)，每個(gè)輪對(duì)的車軸齒輪箱上安裝有一個(gè)變量液壓馬達(dá)，馬達(dá)最大排量250 cm3/h，每個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)都配有一個(gè)手動(dòng)截止閥。當(dāng)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)或傳動(dòng)箱出現(xiàn)故障時(shí)，手動(dòng)截止閥不但可以在故障診斷時(shí)分開每根驅(qū)動(dòng)軸，而且能夠?qū)⑺膫€(gè)傳動(dòng)箱中的一個(gè)分開，另外三個(gè)運(yùn)行作業(yè)。

變速箱為氣動(dòng)換擋，只有停車時(shí)才能進(jìn)行換擋，在停車以及整車處于聯(lián)掛狀態(tài)時(shí)換擋處于中位（即空擋位）。它的設(shè)計(jì)能同時(shí)滿足以下要求：

（1）適用于1 435 mm標(biāo)準(zhǔn)軌距，車輪直徑915 mm；

（2）適用于雙向運(yùn)轉(zhuǎn)，車軸齒輪箱有空擋和運(yùn)行擋（高擋自走行、低擋作業(yè)），兩擋位之間的換擋操作方便、靈活；

（3）滿足作業(yè)速度0～4 km/h、最大自走行速度80 km/h、最高聯(lián)掛速度120 km/h要求。

2 換擋裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

邊坡清篩機(jī)由裝載車上兩個(gè)動(dòng)力轉(zhuǎn)向架驅(qū)動(dòng)，圖2是邊坡清篩機(jī)的動(dòng)力轉(zhuǎn)向架。車軸齒輪箱通過(guò)兩個(gè)圓錐滾子軸承支承在車軸上，另一端通過(guò)連接板等懸掛于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上，屬于軸懸齒輪箱，因此其齒輪、軸承以及齒輪箱箱體承受來(lái)自軌道的沖擊。

比如，跑腿小哥，他們每天“往死里跑單”，跑得多的每天至少有兩三百千米，但是卻沒(méi)有社會(huì)保障。甚至在具體協(xié)議中，由于不存在勞動(dòng)關(guān)系，勞動(dòng)者與平臺(tái)之間不存在繳納相關(guān)社會(huì)保險(xiǎn)的義務(wù)，而勞動(dòng)者由于患病或工作期間負(fù)傷，應(yīng)自行承擔(dān)相關(guān)責(zé)任，與平臺(tái)方無(wú)涉。可見，零工經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了自由和效率，但也讓勞動(dòng)關(guān)系確認(rèn)變得更加復(fù)雜。

圖2 動(dòng)力轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)

動(dòng)力轉(zhuǎn)向架的擋位切換由氣動(dòng)換擋裝置來(lái)執(zhí)行，其主要由換擋氣缸、安裝座、傳感器等部件構(gòu)成，如圖3所示。換擋氣缸與其安裝座固定在車齒箱上，氣缸桿與車齒箱內(nèi)部的齒輪副一端連接，齒輪副的另一端安裝有傳感器，用于檢測(cè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否到位。

圖3 氣動(dòng)換擋裝置結(jié)構(gòu)

2.2 工作原理

齒輪箱的原理如圖4所示。高速自運(yùn)行和作業(yè)模式下，駕駛員通過(guò)司機(jī)室微機(jī)給電磁閥電信號(hào)（圖5），電磁閥閥芯動(dòng)作接通換擋氣缸上相應(yīng)的空氣回路（圖6），進(jìn)氣克服彈簧阻力向左移動(dòng)，帶動(dòng)嚙合套也一起向左移動(dòng)，當(dāng)嚙合套Z5與Z3完全嚙合時(shí)，換擋氣缸走完行程并鎖住，此時(shí)車齒箱上的接近開關(guān)得到信號(hào)，將信息反饋給微機(jī)，此時(shí)顯示屏顯示處于掛擋位置。此時(shí)鎖定銷不能鎖定，車齒箱上的馬達(dá)輸入的動(dòng)力通過(guò)輸入花鍵軸、嚙合套傳遞給主傳動(dòng)齒輪箱，帶動(dòng)從動(dòng)齒輪，然后帶動(dòng)車軸和車輪，從而實(shí)現(xiàn)走行驅(qū)動(dòng)功能。

圖4 換擋齒輪箱原理圖

圖5 換擋動(dòng)作電氣控制原理圖

當(dāng)邊坡清篩機(jī)處于聯(lián)掛運(yùn)行或空擋位時(shí)，換擋氣缸相應(yīng)回路接通，氣缸桿帶動(dòng)嚙合套移動(dòng)，當(dāng)嚙合套Z5和主動(dòng)齒輪嚙合端Z3完全脫開時(shí)，換擋氣缸走完行程并鎖住，此時(shí)車齒箱上的接近開關(guān)得到信號(hào)，將信息反饋給微機(jī)，顯示屏顯示處于空擋位置。此時(shí)，從動(dòng)齒輪反向帶動(dòng)主動(dòng)齒輪軸旋轉(zhuǎn)，而嚙合套、輸入軸和馬達(dá)均不旋轉(zhuǎn)，這樣就處于空擋位置。而這時(shí)鎖定銷可以正常鎖定，防止誤操作或其他原因?qū)е慢X輪箱內(nèi)部的齒輪嚙合帶來(lái)?yè)p壞。

圖6 換擋氣缸管路連接圖

不同工況下?lián)Q擋氣缸接口情況如下：

（1）高擋（H擋）：氣缸H口有風(fēng)，其他口無(wú)風(fēng)；

（2）低擋（L擋）：氣缸L擋、N擋有風(fēng)，H口無(wú)風(fēng)；

（3）空擋（N擋）：氣缸H口、N口有風(fēng)，L口無(wú)風(fēng)。

3 換擋裝置的故障及原因分析

3.1 機(jī)械部件

氣缸機(jī)械動(dòng)作不到位或推動(dòng)不了內(nèi)部的嚙合套，這是在現(xiàn)場(chǎng)中最常見的故障，其主要原因是換擋氣缸調(diào)整不到位。如圖7所示，換擋氣缸通過(guò)襯套、墊片和螺釘固定到車軸齒輪箱上的安裝座上。

圖7 換擋氣缸安裝圖

影響氣缸動(dòng)作是否可靠、準(zhǔn)確的主要因素有：

（1）安裝座的加工精度。其直接決定了氣缸桿是否與齒輪軸同軸，如果不同軸，氣缸在推動(dòng)齒輪副的過(guò)程中同時(shí)承受徑向剪切力，容易致使氣缸桿磨損甚至折斷。

（2）襯套及調(diào)整墊的安裝。由于車齒箱承受來(lái)自軌道的沖擊，襯套及調(diào)整墊的安裝狀態(tài)直接決定了氣缸能否自動(dòng)補(bǔ)償，如果不進(jìn)行調(diào)整會(huì)直接導(dǎo)致機(jī)構(gòu)卡滯甚至氣缸桿折斷。

（3）緊固件的松動(dòng)。受工作環(huán)境的影響，標(biāo)準(zhǔn)件易松動(dòng)，致使氣缸位置波動(dòng)而不能推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。

3.2 檢測(cè)部件

車齒箱的接近開關(guān)反饋信號(hào)不正確。由于車齒箱承受來(lái)自軌道的沖擊，在調(diào)試的過(guò)程中如果沒(méi)有通過(guò)加墊等方式對(duì)傳感器進(jìn)行精確調(diào)整，接近開關(guān)與齒輪軸檢測(cè)處容易發(fā)生磨損，從而導(dǎo)致檢測(cè)機(jī)構(gòu)的行程不到位，檢測(cè)信號(hào)不能準(zhǔn)確傳輸。

3.3 控制回路

氣缸供風(fēng)系統(tǒng)漏風(fēng)或氣路不通。這會(huì)直接導(dǎo)致氣缸不動(dòng)作或氣缸動(dòng)力不足以推動(dòng)齒輪副動(dòng)作，從而不能實(shí)現(xiàn)車齒箱換擋動(dòng)作。

4 保證換擋裝置工作可靠性的建議

為了保證換擋裝置工作的可靠性，經(jīng)過(guò)組裝以及調(diào)試過(guò)程中的試驗(yàn)，對(duì)保證換擋裝置工作可靠性的建議總結(jié)如下：

（1）氣缸安裝座安裝前進(jìn)行檢查，保證氣缸桿相對(duì)于齒輪副的連接處同軸，這樣才能保證氣缸桿動(dòng)作順暢；同時(shí)由于車齒箱承受來(lái)自軌道的沖擊，氣缸固定襯套與安裝座間應(yīng)采用間隙配合，這樣能讓氣缸在工作時(shí)自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，而不至于出現(xiàn)換擋困難的現(xiàn)象，可以在安裝前用外接風(fēng)源對(duì)氣缸與車齒箱的聯(lián)動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，在氣缸調(diào)整完畢后將固定螺栓涂抹樂(lè)泰螺紋緊固膠，并在易觀察處換防緩線定期進(jìn)行檢查。

（2）對(duì)不同位置處的傳感器進(jìn)行精確調(diào)整，在相應(yīng)的位置處測(cè)量深度并加墊調(diào)整，保證傳感器活動(dòng)部件的行程滿足接觸和離開齒輪軸兩種工況；另外，為了驗(yàn)證電氣系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)是否存在問(wèn)題，可以通過(guò)松動(dòng)氣缸上的進(jìn)氣管路驗(yàn)證換擋動(dòng)作是否正確。

（3）安裝時(shí)注意當(dāng)換擋氣缸處于中位時(shí)鎖定銷能正常鎖定。

（4）當(dāng)出現(xiàn)換擋信號(hào)顯示沒(méi)有掛上擋位時(shí)，可以將機(jī)車在原有擋位狀態(tài)下向前或向后走行一段，然后進(jìn)行換擋操作，直至車軸齒輪箱內(nèi)部的齒輪能正確嚙合，如果鎖定銷能正常入位，則說(shuō)明車齒箱處于中位（即空擋位），這時(shí)可進(jìn)行聯(lián)掛牽引。

5 換擋裝置的應(yīng)急處理方案

對(duì)于邊坡清篩機(jī)上使用的氣動(dòng)換擋方式，由于采用氣缸帶動(dòng)齒輪離合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)換擋，重點(diǎn)在于保證空氣系統(tǒng)有風(fēng)。在邊坡清篩機(jī)由于故障不能啟動(dòng)柴油機(jī)、失去動(dòng)力的情況下，車輛可以通過(guò)臨時(shí)增加管路接通空氣回路的方式，將列車管直接與換擋氣缸的管路連通，這時(shí)可以利用管路剩余用風(fēng)通過(guò)減壓操作來(lái)實(shí)現(xiàn)換擋操作；甚至在整車不能正常供電、微機(jī)不能正常工作的緊急情況下，將換擋氣缸的控制管路和救援車輛的列車管聯(lián)通，也可實(shí)現(xiàn)換擋操作，將機(jī)車調(diào)離現(xiàn)場(chǎng)。

6 結(jié)語(yǔ)

走行系統(tǒng)工作的可靠性和穩(wěn)定性涉及行車安全，尤其是針對(duì)養(yǎng)護(hù)機(jī)械的高低速工況，而氣動(dòng)換擋裝置的設(shè)計(jì)使用無(wú)疑適應(yīng)了養(yǎng)護(hù)機(jī)械在鐵路線上作業(yè)的需求，其操作使用簡(jiǎn)單，經(jīng)精確調(diào)試后氣缸工作可靠，便于維護(hù)，換擋裝置故障點(diǎn)易查找且處理起來(lái)方便，對(duì)于提高機(jī)車在線路上出現(xiàn)故障時(shí)的應(yīng)急處理效率具有明顯優(yōu)勢(shì)，為今后開發(fā)同類產(chǎn)品打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

[1]周明連.液壓與氣動(dòng)技術(shù)[M].北京：北京交通大學(xué)出版社，2012.

[2]何學(xué)科.鐵道工務(wù)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2009.

[3]寇長(zhǎng)青，宋慧京.全斷面枕底清篩機(jī)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1998.