劉金林，范曉望，趙遠(yuǎn)征

(1.中車(chē)青島四方機(jī)車(chē)車(chē)輛股份有限公司，山東 青島 266111；2.中機(jī)試驗(yàn)裝備股份有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130103)

1 引 言

內(nèi)燃動(dòng)車(chē)組常以動(dòng)力包或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，與之匹配發(fā)電機(jī)、變流器、牽引電機(jī)或變速箱等，形成不同的驅(qū)動(dòng)方式，主要有3種類(lèi)型：電力驅(qū)動(dòng)、液壓傳動(dòng)和液力傳動(dòng)。在碳達(dá)峰和碳中和的浪潮下，我國(guó)已逐步淘汰內(nèi)燃動(dòng)車(chē)組。但在東歐及拉丁美洲，機(jī)械傳動(dòng)型內(nèi)燃動(dòng)車(chē)組憑借其簡(jiǎn)單、可靠、制造及應(yīng)用成本低廉的優(yōu)勢(shì)，仍舊在軌道交通領(lǐng)域占有一席之地。動(dòng)力包與變速箱組合構(gòu)成動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，往往會(huì)帶來(lái)較大的振動(dòng)和沖擊，沖擊較大時(shí)會(huì)造成動(dòng)力包柴油機(jī)熄火。采用液力變矩器能夠有效減少機(jī)械傳動(dòng)帶來(lái)的振動(dòng)，提高傳動(dòng)效率。

2 液力傳動(dòng)裝置

2.1 液力傳動(dòng)裝置構(gòu)成

常規(guī)汽車(chē)的變速箱由機(jī)械換擋機(jī)構(gòu)、液力換擋機(jī)構(gòu)和液力變矩器組成[1]。軌道交通用液力傳動(dòng)裝置與汽車(chē)用變速箱具有相似的結(jié)構(gòu)，也包含齒輪組和變矩器。以公司研制的中美洲內(nèi)燃動(dòng)車(chē)組為例，其液力傳動(dòng)裝置主要組成及特點(diǎn)：(1)4速變速箱；(2)第一擋為機(jī)械齒輪與變矩器的混合；(3)自動(dòng)換擋；(4)集成式換向裝置，帶中立位，允許以最高車(chē)速進(jìn)行反拖；(5)集成式傳動(dòng)油熱交換器。

2.2 液力傳動(dòng)牽引控制

內(nèi)燃動(dòng)車(chē)組啟動(dòng)時(shí)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，該動(dòng)力通過(guò)萬(wàn)向軸傳遞給變速箱，再由液力變矩器提供啟動(dòng)牽引力。隨著車(chē)速提升，通過(guò)第一擋機(jī)械齒輪傳遞至輪對(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩占比逐漸增加。機(jī)械齒輪之間的切換由電磁閥控制，電磁閥通過(guò)液壓方式使變速箱內(nèi)部的離合器動(dòng)作。中美洲內(nèi)燃動(dòng)車(chē)組牽引特性曲線見(jiàn)圖1。

圖1 中美洲內(nèi)燃動(dòng)車(chē)組牽引特性曲線

從牽引特性曲線能夠清晰地看出液力傳動(dòng)裝置產(chǎn)生的牽引力與速度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。牽引力曲線共有4段，分別與變速箱內(nèi)4組齒輪相對(duì)應(yīng)，不同的牽引力間存在階梯差。牽引力的階梯差是造成動(dòng)車(chē)組振動(dòng)和沖擊的主要原因，在牽引控制時(shí)需引起足夠的重視。

為了盡可能地減輕動(dòng)車(chē)組運(yùn)行中的沖擊，在液力傳動(dòng)及牽引控制匹配設(shè)計(jì)中，采用牽引級(jí)位更多的司控器。中美洲內(nèi)燃動(dòng)車(chē)組根據(jù)控制要求，采用七級(jí)牽引的司控器，司控器輸出信號(hào)分別對(duì)應(yīng)為A、B、C，根據(jù)二進(jìn)制原則，共有8位(0%為空擋)，如表1所示。

表1 七級(jí)牽引司控器輸出信號(hào)

2.3 液力制動(dòng)

列車(chē)制動(dòng)力由輔助裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦和液力制動(dòng)裝置共同提供。動(dòng)力包控制器采集這3個(gè)部件的當(dāng)前轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)，并對(duì)動(dòng)力包在任一時(shí)刻的最大可能制動(dòng)力進(jìn)行計(jì)算。動(dòng)力包控制器將計(jì)算得出的實(shí)際制動(dòng)力發(fā)送給車(chē)輛制動(dòng)控制單元。

制動(dòng)力發(fā)揮的大小來(lái)自車(chē)輛的司控器施加的制動(dòng)級(jí)位。根據(jù)所需的制動(dòng)力，制動(dòng)優(yōu)先通過(guò)輔助裝置和發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦來(lái)完成。如果這樣無(wú)法達(dá)到要求，那么液力制動(dòng)就會(huì)啟動(dòng)。輔助裝置和發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦扭矩的制動(dòng)力可以利用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)。通過(guò)增加或減少?lài)娪土?，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)可以對(duì)輔助裝置和發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦進(jìn)行補(bǔ)償。

液力制動(dòng)由液力變矩器產(chǎn)生，通過(guò)注油量來(lái)調(diào)節(jié)，可以在車(chē)輛制動(dòng)工況下作無(wú)磨耗制動(dòng)，與電動(dòng)車(chē)組中的再生制動(dòng)類(lèi)似。液力變矩器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

P-泵輪；L-導(dǎo)輪；T-渦輪圖2 液力變矩器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

液力變矩器的循環(huán)圈內(nèi)充滿(mǎn)液體，內(nèi)燃動(dòng)車(chē)組在靜止?fàn)顟B(tài)下，液體也是靜止的。當(dāng)列車(chē)啟動(dòng)時(shí)，動(dòng)力包發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)差速裝置帶動(dòng)泵輪旋轉(zhuǎn)，泵輪內(nèi)葉片帶動(dòng)液力變矩器內(nèi)液體流動(dòng)，流動(dòng)的液體帶動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，液力傳動(dòng)裝置對(duì)外輸出轉(zhuǎn)矩。當(dāng)列車(chē)在低速工況下制動(dòng)時(shí)，液力變矩器內(nèi)液體反向流動(dòng)，流動(dòng)的液體反向拖動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，在導(dǎo)輪的作用下壓入泵輪。液體在流動(dòng)過(guò)程中會(huì)沖擊渦輪，渦輪吸收液體動(dòng)能，并產(chǎn)生熱能。

制動(dòng)力的響應(yīng)速度取決于諸多因素，例如變速箱制動(dòng)器的實(shí)際狀態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速、實(shí)際車(chē)速以及輔助裝置實(shí)際功率等。

3 試 驗(yàn)

3.1 部件試驗(yàn)

液力傳動(dòng)裝置與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組裝在試驗(yàn)臺(tái)上，在額定功率20%、40%……100%下進(jìn)行多次運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，從最低轉(zhuǎn)速上升至額定輸出轉(zhuǎn)速，評(píng)估裝置輸出轉(zhuǎn)矩特性、液力制動(dòng)扭矩和換擋速率。液力傳動(dòng)裝置試驗(yàn)臺(tái)如圖3所示。

圖3 液力傳動(dòng)裝置試驗(yàn)臺(tái)

3.2 整車(chē)試驗(yàn)

液力傳動(dòng)裝置裝車(chē)完畢后，在試驗(yàn)線路驗(yàn)證動(dòng)車(chē)組的牽引能力和制動(dòng)能力。在驗(yàn)證牽引性能時(shí)，分別在空載和滿(mǎn)載工況下，自牽引1擋至7擋逐一試驗(yàn)。進(jìn)行制動(dòng)性能試驗(yàn)時(shí)，分別記錄液力傳動(dòng)裝置的實(shí)際制動(dòng)力發(fā)揮值，制動(dòng)力開(kāi)始退出速度點(diǎn)和制動(dòng)力完全退出速度點(diǎn)。

4 結(jié) 語(yǔ)

列車(chē)運(yùn)抵用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)后，在運(yùn)營(yíng)線路上進(jìn)行型式試驗(yàn)，并開(kāi)展了2000km運(yùn)用考核試驗(yàn)。該液力傳動(dòng)裝置工作正常，升降擋跟隨積極，目前已穩(wěn)定運(yùn)行三年，幾乎零故障。