侯廣慧，于 躍，阮洪生

（1.中車(chē)齊齊哈爾車(chē)輛有限公司大連研發(fā)中心，遼寧大連 116052；2.中車(chē)齊齊哈爾車(chē)輛有限公司物資采購(gòu)部，黑龍江齊齊哈爾 161002）

0 引言

自裝卸式鐵路馱背運(yùn)輸車(chē)是筆者公司承擔(dān)的國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司科技和信息化部科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃課題《鐵路馱背運(yùn)輸車(chē)及關(guān)鍵技術(shù)研究》（編號(hào)：Z2015-J005）的研究成果，采用柔性連接技術(shù)，車(chē)體可以橫向偏轉(zhuǎn)、升降，在平直站臺(tái)上，半掛卡車(chē)可自行駛?cè)腭偝鲕?chē)體，是一種新型鐵路貨車(chē)，如圖1所示。利用該車(chē)型成列編組運(yùn)輸，同時(shí)兼顧鐵路運(yùn)輸和汽車(chē)運(yùn)輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，是一種新興的公鐵聯(lián)運(yùn)模式。

圖1 馱背車(chē)運(yùn)輸甩掛的半掛車(chē)車(chē)廂

1 馱背車(chē)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及動(dòng)作解析

1.1 端部底架支撐機(jī)構(gòu)

馱背車(chē)載貨部分稱為凹底架，與走行部上方的端部底架為活動(dòng)連接。凹底架載重升降時(shí)，需將走行部分的彈簧減震裝置閉鎖，保證端部底架為剛性支撐，設(shè)置兩個(gè)油缸支撐到鋼軌上，稱為端部底架支撐油缸。

圖2 端部支撐油缸位置

該機(jī)構(gòu)兩個(gè)油缸屬于機(jī)械同步，每次伸出動(dòng)作時(shí)載荷分段變化。如圖2 所示，伸出L1階段（①～②），缸體（與端底架連接）不動(dòng)，掛在活塞桿頭的鋼梁支架降落接觸軌道；伸出L1+L2階段（②～③），活塞桿不動(dòng)，缸體驅(qū)動(dòng)端底架及整個(gè)車(chē)體相對(duì)軌道升起，使原先被壓縮的走行部懸掛彈簧還原，端底架與凹底架連接處開(kāi)裂脫鉤。

第一段行程，有桿腔承載支撐梁質(zhì)量載荷，為負(fù)載荷。第二段行程，無(wú)桿腔承載，載荷隨彈簧緩解量的增大而逐漸增大，最大為凹底架和載重貨物的1/2 （重載時(shí)為50 t）?？s回時(shí)，也同樣分2 個(gè)階段變化，為伸出時(shí)載荷的反向變化。

1.2 移動(dòng)滑臺(tái)機(jī)構(gòu)

凹底架偏轉(zhuǎn)出軌道，端部底架外需有一個(gè)支撐梁支撐；凹底架一端降落到站臺(tái)面時(shí)，該支撐梁需要移去，否則該橫梁為汽車(chē)進(jìn)出凹底架的障礙。如圖1中1-1和1-2兩個(gè)狀態(tài)。該機(jī)構(gòu)與工程機(jī)械的擺動(dòng)支腿相似。馱背車(chē)上該支撐梁稱為移動(dòng)滑臺(tái)，水平方向設(shè)置一個(gè)伸縮油缸，豎直方向設(shè)置一個(gè)支撐油缸。馱背車(chē)可在軌道的兩側(cè)分別完成裝卸作業(yè)，故全車(chē)左右對(duì)稱設(shè)置兩個(gè)移動(dòng)滑臺(tái)機(jī)構(gòu)。

移動(dòng)滑臺(tái)擺動(dòng)展開(kāi)，伸縮油缸載荷為摩擦負(fù)載或慣性載荷；支撐油缸伸出時(shí)為油缸無(wú)負(fù)載，保持滑臺(tái)水平時(shí)承受靜壓支撐載荷，大約為車(chē)體自重及載重的1/4（大約25 t）。

1.3 凹底架升降機(jī)構(gòu)

凹底架一端相對(duì)端部底架和站臺(tái)升降，完成與端底架的解鎖脫鉤并降落到站臺(tái)，圖1 中1-2 所示。所有兩側(cè)分別設(shè)置升降油缸。兩個(gè)油缸同步伸縮動(dòng)作，無(wú)桿腔承載。最大載荷為凹底架自重及載重總質(zhì)量的1/2（約45 t）安裝在凹底架兩側(cè)。根據(jù)機(jī)構(gòu)需要，該油缸整備安裝位置不是行程的最大或最小位置，而是中間位置。如圖3 所示。工作過(guò)程：位置②為安裝位，從位置②到位置③，凹底架與端底架脫鉤，具備旋轉(zhuǎn)擺出條件；凹底架旋轉(zhuǎn)完全轉(zhuǎn)出端底架后，從位置③回縮到位置①，凹底架降落到站臺(tái)平面，具備汽車(chē)駛進(jìn)或駛出條件；反之為車(chē)輛復(fù)位動(dòng)作，從位置①升到位置③，凹底架在移動(dòng)滑臺(tái)上升到規(guī)定高度，待凹底架旋轉(zhuǎn)回與端部底架順軌道方向?qū)R后，從位置③降落到位置②，凹底架落入端部底架的卡槽中，完成機(jī)械互鎖。

圖3 凹底架升降油缸的3 個(gè)位置

1.4 凹底架旋轉(zhuǎn)

由一個(gè)低速大扭矩馬達(dá)驅(qū)動(dòng)一個(gè)鏈輪旋轉(zhuǎn)，鏈輪帶動(dòng)一個(gè)撥叉帶動(dòng)凹底架在端部底架和移動(dòng)滑臺(tái)上左右擺動(dòng)。旋轉(zhuǎn)時(shí)負(fù)載為凹底架旋轉(zhuǎn)端頭與滑臺(tái)的摩擦阻力，約15 kN。

2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的

設(shè)計(jì)一套經(jīng)濟(jì)性好、安全可靠性高、簡(jiǎn)單易維護(hù)的液壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)馱背車(chē)裝卸作業(yè)的要求。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)難點(diǎn)

該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)。

（1）機(jī)構(gòu)及載荷變化復(fù)雜，整車(chē)只有凹底架旋轉(zhuǎn)和凹底架升降兩個(gè)動(dòng)作裝卸裝載動(dòng)作，其余均為輔助次要?jiǎng)幼鳌４嬖谪?fù)載大時(shí)流量要求大，負(fù)載小時(shí)流量要求小的情況，系統(tǒng)各機(jī)構(gòu)液壓功率差別巨大。

（2）鐵路貨車(chē)應(yīng)用環(huán)境惡劣，小故障可能引發(fā)大的行車(chē)事故。設(shè)計(jì)中不推薦使用帶傳感器、行程開(kāi)關(guān)等信號(hào)反饋的閉環(huán)回路。

（3）數(shù)量龐大的全國(guó)鐵路通用貨車(chē)行業(yè)相關(guān)從業(yè)者，幾乎沒(méi)有液壓專業(yè)技能人才。將來(lái)的系統(tǒng)操縱者可能是每一個(gè)卡車(chē)司機(jī)，普遍培訓(xùn)的可能性小。故要求盡可能使用傻瓜式操作，否則沒(méi)有應(yīng)用市場(chǎng)。

2.3 設(shè)計(jì)計(jì)算

系統(tǒng)各機(jī)構(gòu)計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單，應(yīng)用液壓手冊(cè)中基本的關(guān)于功率P、流量Q、壓差ΔP、馬達(dá)扭矩M、排量V、油缸推力F、油缸活塞面積S1及活塞桿面積S2等相互關(guān)系公式很容易求出。設(shè)計(jì)參數(shù)和相關(guān)計(jì)算結(jié)果如下。

（1）電動(dòng)機(jī)：AC380 V，11 kW，1460 r/min；

（2）額定工作壓力：20 MPa；

（3）液壓泵排量：28 mL/r；

（4）液壓油箱容積：150 L；

（5）滑臺(tái)伸縮油缸缸徑/桿徑：80 mm/50 mm；

（6）其余3種油缸缸徑/桿徑：140 mm/100 mm；

（7）液壓馬達(dá)排量：1248 mL/r。

2.4 原理設(shè)計(jì)及難點(diǎn)處理

（1）采用單泵系統(tǒng)，按照凹底架重載上升時(shí)系統(tǒng)最大功率為電動(dòng)機(jī)功率；恒功率自動(dòng)變量方式，壓力低時(shí)輸出大流量，提升凹底架空載升起、端部底架支撐油缸伸出和縮回、滑臺(tái)支撐油缸伸出和縮回的速度。

（2）滑臺(tái)伸縮油路，負(fù)載最小，需要流量也最小。通過(guò)在油缸兩腔回油路設(shè)置背壓平衡閥，同時(shí)進(jìn)油路上設(shè)減壓閥，強(qiáng)制使泵口壓力升到變量曲線末端，輸出小流量。減壓閥和背壓平衡閥的壓力值現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整后鎖定。用戶不必進(jìn)行調(diào)壓。

（3）根據(jù)泵最大流量和馬達(dá)最大速度，通過(guò)增大馬達(dá)排量的方式獲得合適的工作速度。馬達(dá)工作壓力大大低于系統(tǒng)壓力。內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)同一系列殼體大小相同，沒(méi)有額外占用安裝空間的同時(shí)，預(yù)留了較多的扭矩提升空間，滿足結(jié)構(gòu)變形或日久機(jī)構(gòu)生銹等阻力異常增大的需求，可謂是一舉兩得。

（4）凹底架升降使用兩個(gè)電比例閥疊加壓力補(bǔ)償器的方式，輸出相等流量使兩個(gè)油缸同步伸縮。同時(shí)，兩個(gè)油缸又可分別動(dòng)作，當(dāng)發(fā)現(xiàn)同步誤差較大時(shí)，可手動(dòng)補(bǔ)償位移。

（5）端部底架支撐油缸上無(wú)桿腔設(shè)液控單向閥，有桿腔設(shè)平衡閥。

（6）移動(dòng)滑臺(tái)伸縮油缸有桿腔和無(wú)桿腔均設(shè)有平衡閥，兩側(cè)調(diào)壓不同，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整后鎖定。

（7）移動(dòng)滑臺(tái)支撐油缸設(shè)雙向液壓鎖。

（8）凹底架升降油缸設(shè)雙平衡閥。

（9）液壓馬達(dá)上帶駐車(chē)制動(dòng)器，通過(guò)系統(tǒng)減壓開(kāi)啟制動(dòng)器。液壓工作原理圖如圖4所示。

圖4 液壓原理圖

2.5 方案實(shí)施

（1）液壓泵、比例閥閥等關(guān)鍵元件采用進(jìn)口品牌產(chǎn)品。

（2）液壓鎖、平衡閥采用知名品牌插裝閥。

（3）管路接頭采用進(jìn)口品牌卡套式接頭。

（4）鋼管采用符合GB/3639-2009 標(biāo)準(zhǔn)的高精度無(wú)縫鋼管。

（5）膠管采用不剝膠扣押式高壓膠管。液壓油箱使用不銹鋼制造。

（6）過(guò)濾器、液位計(jì)等液壓輔件采用國(guó)產(chǎn)知名品牌。

表1 馱背運(yùn)輸車(chē)工作循環(huán)周期表

2.6 試制試驗(yàn)

公司于2015年完成樣車(chē)試制，并已經(jīng)經(jīng)過(guò)小批量運(yùn)用考 驗(yàn)。液壓動(dòng)作由只能順時(shí)針按步驟旋轉(zhuǎn)的開(kāi)關(guān)旋鈕控制，不能逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，不可以跳步，基本實(shí)現(xiàn)傻瓜式操縱。

現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)作表明，每一步動(dòng)作速度平穩(wěn)、順暢，經(jīng)測(cè)試各機(jī)構(gòu)工作速度與國(guó)外同類(lèi)車(chē)型基本相近。不含卡車(chē)上下時(shí)間，平均一個(gè)裝載作業(yè)周期不超過(guò)4 min，表1所示為馱背車(chē)裝載作業(yè)周期的16個(gè)分步。

3 結(jié)束語(yǔ)

該液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單合理、實(shí)用性強(qiáng)、成本控制合理、故障發(fā)生率低，符合當(dāng)前國(guó)內(nèi)鐵路市場(chǎng)的使用需求，符合預(yù)定設(shè)計(jì)目標(biāo)。