魏邦平 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司合肥電務(wù)段

液壓道岔是利用液體的壓力能來傳遞能量，主要是通過動(dòng)力原件（油泵）將電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液體的壓力能，然后通過管道和控制原件（液壓閥）把有壓的液體輸向執(zhí)行元件（油缸），將液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，以驅(qū)動(dòng)尖軌動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)尖軌解鎖、轉(zhuǎn)換、鎖閉的過程，完成動(dòng)力傳遞。液壓道岔的走行時(shí)長與油缸移動(dòng)距離和道岔動(dòng)作的速度有關(guān)，油缸移動(dòng)距離為尖軌的開程和外鎖閉裝置的鎖閉動(dòng)程，道岔動(dòng)作速度與油缸的壓力有關(guān)。開程的大與小、動(dòng)作速度的快與慢決定了道岔動(dòng)作的時(shí)長，因此道岔動(dòng)作時(shí)長不一致，能夠直接反映出道岔調(diào)整和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)不良。

1 因素統(tǒng)計(jì)

2018年通過對我段管內(nèi)某車間21件液壓道岔走行時(shí)長不一致問題進(jìn)行跟蹤處理，并對處理情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)目前走行時(shí)長不一致的主要因素為：（1）提速道岔開程、鎖閉量調(diào)整不一致；（2）結(jié)合部病害；（3）液壓傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力不足。在這些因素中，提速道岔開程、鎖閉量調(diào)整不一致以及結(jié)合部病害，維修人員能夠通過調(diào)整、道岔聯(lián)合整治得到解決，但液壓系統(tǒng)動(dòng)力不足隱患解決較為困難，一是液壓傳動(dòng)中的泄露和液體的可壓縮性無法保證嚴(yán)格的傳動(dòng)性；二是液壓傳動(dòng)出現(xiàn)隱患時(shí)不易找出真正的原因；三是缺少有效測試手段或方法。

2 原因分析

影響液壓道岔走行時(shí)長不一致的原因相對較多，但主要因素是液壓道岔傳動(dòng)系動(dòng)的不穩(wěn)定造成，下面從以下4個(gè)方面進(jìn)行分析。

2.1 結(jié)合部病害引起道岔動(dòng)作時(shí)長不一致

由于道岔長期受到列車碾壓，道岔滑床板下部大膠墊壓潰現(xiàn)象嚴(yán)重，造成尖軌降低值不足，引起尖軌吊板或翹頭，存在多處滑床板不接觸或單塊接觸，道岔轉(zhuǎn)換阻力增加，造成液壓道岔動(dòng)作變慢，從而影響了道岔轉(zhuǎn)換時(shí)長。

液壓轉(zhuǎn)轍機(jī)工作原理是油缸將壓力能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，液壓轉(zhuǎn)轍機(jī)油缸活塞輸出作用力，油缸活塞流量示意圖如圖1所示。

圖1 油缸活塞流量示意圖

其中：D—油缸活塞直徑

d—油缸活塞桿直徑

p1—油缸輸入側(cè)的壓力

p2—油缸輸出側(cè)的壓力

從上述公式可以看出：轉(zhuǎn)轍機(jī)牽引點(diǎn)F=F1-F2，在液壓泵輸出功率不變（F1穩(wěn)定）的狀態(tài)下，轉(zhuǎn)換阻力F2增加后牽引輸出力發(fā)生了變化，引起道岔轉(zhuǎn)化時(shí)間發(fā)生變化。其原因是液壓油在液壓系統(tǒng)中的流動(dòng)受到尖軌阻力突然增加后，由于慣性作用，液體從受阻端開始，迅速將阻力的動(dòng)能逐層轉(zhuǎn)換為壓力能，液體產(chǎn)生壓力波，反向作用于油缸活塞，造成輸出側(cè)P2壓力增大，當(dāng)P1=P2時(shí)該牽引點(diǎn)停止動(dòng)作，這種壓力能的轉(zhuǎn)換容易從一個(gè)牽引點(diǎn)轉(zhuǎn)化到另一個(gè)牽引點(diǎn)，如此反復(fù)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，形成壓力波震蕩，震蕩在微機(jī)監(jiān)測道岔曲線表現(xiàn)為鋸齒波，道岔拉力測試在一段時(shí)間內(nèi)拉力較小或產(chǎn)生反向的作用力。對于主付機(jī)牽引的道岔容易引起“定到反”或“反到定”兩者的走行時(shí)間偏差；對于全主機(jī)牽引的道岔容易發(fā)生各牽引點(diǎn)間道岔動(dòng)作時(shí)長不一致。

2.2 液體氣穴現(xiàn)象造成道岔動(dòng)作時(shí)長變化

在流動(dòng)的液體中，液壓油中總是含有一定量的空氣，空氣可以溶解在液體油中，有時(shí)也以氣泡的形式混合在液壓油中。如果液壓系統(tǒng)某處的壓力低于空氣分離壓時(shí)，原先溶解在液體中的空氣就會分離出來，從而導(dǎo)致液壓中出現(xiàn)大量氣泡，這種現(xiàn)象稱氣穴現(xiàn)象。液壓提速道岔油路中在轉(zhuǎn)換結(jié)束后，油壓泵停止工作，由于油管密封圈不良存在漏油，油路中不真空，容易形成氣穴現(xiàn)象，這種氣穴現(xiàn)象同樣也隨著溫度的變化而變化。

當(dāng)液壓系統(tǒng)中出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象時(shí)，大量的氣泡將破壞液流的連續(xù)性，造成流量壓力的脈動(dòng)，氣泡隨著液流進(jìn)入高壓區(qū)時(shí)又急劇破滅，以致引起局部液壓沖擊，發(fā)出噪聲并引起振動(dòng)，造成道岔動(dòng)作不平順，形成道岔走行時(shí)長不一致。如圖2所示，潁上站13#道岔“反到定”、“定到反”道岔功率曲線走行時(shí)間相差約240 ms，微機(jī)監(jiān)測表現(xiàn)為道岔“當(dāng)前”的走行時(shí)間比“參考曲線”的走行時(shí)間延長量≥200 ms；對現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查，并對13#道岔油缸內(nèi)部空氣排盡后來回操縱定反位走行時(shí)間偏差0 ms，如圖3所示。

圖2 潁上站13#排氣前動(dòng)作時(shí)長

圖3 潁上站13#排氣后動(dòng)作時(shí)長

2.3 道岔各牽引點(diǎn)間同步調(diào)整不一致

對于多機(jī)多點(diǎn)牽引的道岔理想狀態(tài)下各牽引點(diǎn)動(dòng)作應(yīng)是一致的，但由于負(fù)載、摩擦、泄漏和結(jié)構(gòu)變形的差異，將造成各牽引點(diǎn)間動(dòng)作不一致。

目前主要做法調(diào)整調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)道岔動(dòng)作同步，液壓提速道岔（ZYJ7）采用定量泵的液壓系統(tǒng)，利用調(diào)節(jié)閥改變油缸輸入、輸出流量來實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)，其速度調(diào)節(jié)實(shí)行方式為在主、付機(jī)進(jìn)出油缸之處加裝流量調(diào)節(jié)閥，通過調(diào)整調(diào)整閥的大小控制油缸入口和出口流量，從改變它運(yùn)動(dòng)速度。其原理如下圖4所示。

圖4 油泵系統(tǒng)原理

液壓提速道岔為雙活塞桿油缸，雙活塞桿油缸兩側(cè)的活塞桿直徑相同，雙腔作用面積相同，兩活塞桿速度相同，活塞運(yùn)動(dòng)速度為：

其中：D—油缸活塞直徑

d—油缸活塞桿直徑

q—油缸輸入輸出流量

從上述公式可以看出：活塞桿與活塞的面積固定不變的，改變活塞輸出作用力，就是改變調(diào)節(jié)閥液體流量。在外負(fù)載不變的情況下，改變輸入、輸出側(cè)的流量就會改變牽引處尖軌運(yùn)行速度，從而達(dá)到兩牽引點(diǎn)間或多牽引點(diǎn)間動(dòng)作同步。有效解決了道岔“定到反”、“反到定”兩者的走行時(shí)間偏差和道岔“當(dāng)前”的走行時(shí)間比“參考曲線”的走行時(shí)間延長量的問題。如圖5所示，潁上站17#道岔“反到定”、“定到反”道岔功率“當(dāng)前曲線”走行時(shí)間兩者相差（后者長）約240 ms，對現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查，并對17#道岔進(jìn)行同步調(diào)整后來回操縱定反位走行時(shí)間偏差80 ms，如圖6所示。

圖5 潁上站17#同步調(diào)整前動(dòng)作時(shí)長

圖6 潁上站17#同步調(diào)整后動(dòng)作時(shí)長

2.4 溫差變化造成液壓油性能不一致

液壓油是液體傳動(dòng)系統(tǒng)中用來傳遞能量的液體工作介質(zhì)，液壓系統(tǒng)能否可靠有效地工作，在一定程度上取決液壓油的性能，特別是在液壓元件定型狀態(tài)下，液壓油的性能則成為道岔動(dòng)作的關(guān)鍵。如液體的溫度、密度、黏度、液體的可壓縮性，都與液體的性質(zhì)有關(guān)。

液壓油的黏度對溫度變化十分敏感，溫度升高，黏度就會下降，液壓油在油缸內(nèi)流動(dòng)速度加快，反之速度較慢，液壓油在油缸內(nèi)部流動(dòng)阻力增加。

液體受壓力作用而體積減小的性質(zhì)稱為液體的可壓縮性，液壓油具有可壓縮性，即受壓后體積會發(fā)生變化。液壓油可壓縮性的大小用液體的體積壓縮系數(shù)k來表示，其表達(dá)式為：

液壓油的可壓縮性對液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能影響較大，黏度越大的液壓油在同樣受到壓力的狀態(tài)，液壓體積變化量小，反之液壓體積變化大。

由此在液壓泵動(dòng)力一定的情況下，不同溫度下，體積相同的油缸，動(dòng)作時(shí)長不一致。液壓道岔由于受季節(jié)的變化，液體的體積壓縮系數(shù)k不一致，極易造成道岔在性能一致的狀態(tài)下不同的季節(jié)動(dòng)作時(shí)長不一致，如圖7和圖8所示，道岔“當(dāng)前”的走行時(shí)間比“參考曲線”的走行時(shí)間縮短量的原因是季節(jié)不同油缸性能變化造成。

圖7 潁上站12#夏季動(dòng)作曲線

圖8 潁上站12#冬季動(dòng)作曲線

3 結(jié)論

綜上所述液壓道岔油缸的動(dòng)作不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)性，容易發(fā)生道岔走行時(shí)長的變化。因此在日常的維修中要精檢細(xì)修，加強(qiáng)液壓道岔傳動(dòng)系統(tǒng)的漏油檢查，對道岔走行時(shí)長偏差應(yīng)認(rèn)真細(xì)致分析具體原因。重點(diǎn)解決以下幾個(gè)方面問題：（1）克服道岔結(jié)合部病害。由于降低值不足，容易造成道岔吊板，形成道岔走行時(shí)長不一致；（2）調(diào)整各牽引點(diǎn)道岔開程、鎖閉量一致。液壓提速道岔重點(diǎn)克服各牽引點(diǎn)間開程、鎖閉量大小均勻不一致，以及“虛開”引起的道岔動(dòng)作時(shí)長不一致；（3）做好各牽引點(diǎn)間同步調(diào)整。一是定期排除油路中的空氣；二是對調(diào)節(jié)閥進(jìn)行適量調(diào)整；（4）解決傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力的問題。動(dòng)力系統(tǒng)主要存在油壓泵供油系統(tǒng)不良或者溢流板組密封狀態(tài)不良容易造成轉(zhuǎn)換力動(dòng)力不足，造成道岔動(dòng)作比“參考曲線”動(dòng)作時(shí)長偏長，如通過道岔拉力測試道岔轉(zhuǎn)換阻力減小，應(yīng)及時(shí)更換油泵組；（5）完善道岔功率曲線的設(shè)置。由于季節(jié)的變化液壓道岔的液壓油壓縮性不一致，造成道岔動(dòng)作曲線在不同的季節(jié)走行時(shí)長不一致。因此，道岔的參考曲線應(yīng)結(jié)合道岔季節(jié)性調(diào)整重新進(jìn)行設(shè)置。