電磁離合器在公鐵車動力走行部中的應用

辛飛飛，魏德勇，趙峰強，汪文杰

（中車青島四方車輛有限公司，山東青島266111）

電磁離合器在公鐵車動力走行部中的應用

辛飛飛，魏德勇，趙峰強，汪文杰

（中車青島四方車輛有限公司，山東青島266111）

針對高速運行、低速作業的公鐵兩用接觸網放線車的使用要求，首次將電磁離合器應用于公鐵車動力走行部齒輪箱傳動中。完成了公鐵兩用接觸網放線車齒輪箱設計，解決了接觸網放線車走行部的高速運行和低速作業工況的轉換問題。

公鐵車動力走行部；電磁離合器；齒輪箱；高低速轉化

公鐵兩用接觸網放線車，主要用于接觸網放線、線路維護及接觸網監測等工作。根據接觸網放線車技術規格書設計要求，該公鐵車需具備高速運行和低速作業兩種車速。最高運行速度80 km／h，低速作業時運行速度0～6 km／h。

該公鐵兩用接觸網放線車走行部采用液壓馬達驅動的傳動方式，為實現兩種車速，整車采用了兩套液壓系統的驅動方案，即低速液壓系統驅動和高速液壓系統驅動兩種方案。該公鐵車分為前、后兩個不同轉速的動力走行部。前動力走行部為低速馬達驅動，作為低速運行放線作業時的動力走行部。后動力走行部為高速馬達驅動，作為高速運行時的動力走行部。放線車走行部布置圖見圖1。

圖1 放線車走行部布置圖

1 方案分析

為解決走行部高低速液壓系統驅動切換問題，實現接觸網放線車高速運行和低速作業的轉化，做出2種解決方案：（1）機械式手動換擋機構；（2）采用電磁離合器實現動力切換。考慮到公鐵車走行部體積小，車下空間有限及現有技術的制約，公鐵兩用接觸網放線車采用了第2種方案，將電磁離合器應用到齒輪箱中，通過電控的方式，實現公鐵車走行部由動力向非動力的切換，完成高低速轉換。

該公鐵車走行部傳動方式為：低速液壓馬達（高速馬達）—齒輪箱傳動—車軸。電磁離合器安裝在齒輪箱內部，齒輪箱輸出軸為車軸。電磁離合器將液壓馬達輸出扭矩傳遞給小齒輪，再通過大齒輪的嚙合將力矩傳遞到車軸實現輪軸的運動。

2 電磁離合器工作原理及齒輪箱設計

2.1 電磁離合器工作原理

離合器是主、從動部分在同軸線上傳遞動力或運動時，具有結合和分離功能的裝置。離合器可以實現機械的啟動、停車、齒輪箱的速度變換、傳動軸間在運動中同步和異步的要求。電磁離合器是靠線圈的電磁力操縱的離合器，具有啟動力矩大，動作反應快，結合迅速，便于實現自動控制等優點。

根據放線車實際工況，馬達輸出軸傳遞扭矩最大為933 N·m，選用傳遞最大扭矩為1 100 N·m的常開型多片式電磁離合器。電磁離合器如圖2所示。

圖2 電磁離合器圖

2.2 齒輪箱原理

圖3為齒輪箱工作原理圖。馬達通過花鍵與齒輪軸連接輸出動力，電磁離合器帶有摩擦片的主體一端通過平鍵固定在齒輪軸上離合器側端法蘭與小齒輪通過螺栓連接，小齒輪通過兩端軸承支承在齒輪軸；大齒輪通過脹緊套安裝在車軸上。

圖3 齒輪箱工作原理

馬達工作時電磁離合器得電，離合器摩擦片吸合，此時小齒輪與齒輪軸同步運動，通過與大齒輪的嚙合將動力傳遞給車軸，實現了走行部的驅動。馬達不工作時電磁離合器失電，摩擦片分離，齒輪軸無運動，小齒輪在大齒輪的驅動下做空轉運行，此刻小齒輪與齒輪軸實現異步工作，動力走行部變為非動力走行部。

2.3 高低速切換原理

如圖1所示，整車前后兩個不同轉速的動力走行部，前走行部和后走行部。低速放線時，低速馬達工作，低速齒輪箱中電磁離合器通電，摩擦片吸合，動力由低速馬達傳遞到輪軸，完成前走行部的驅動；同時后走行部高速馬達不工作，高速齒輪箱中電磁離合器處于斷電狀態，小齒輪在輪軸的驅動下做空轉運行，此刻后走行部為拖車走行部。高速換擋時，前走行部電磁離合器斷電，同時后走行部電磁離合器得電，此時前走行部由動力走行部改為拖車走行部，后走行部變為動力走行部，完成由低速向高速切換動作。

2.4 齒輪箱設計及安裝

圖4是放線車走行部齒輪箱的總體結構圖，該齒輪箱主要有大齒輪、小齒輪、電磁離合器、齒輪軸、液壓馬達等組成。齒輪箱減速比為3.316，齒輪箱與液壓馬達之間安裝有電磁離合器，通過電磁離合器的通斷電，實現液壓馬達動力的輸入與切除。

電磁離合器在齒輪箱應用中的優點分析：

（1）電磁離合器安裝在齒輪箱內部，結構緊湊；

（2）電動控制的方式，操作靈活，提高了整車的自動化水平；

（3）解決了手動換擋設備與走行部距離長的難題；

（4）較兩檔變速箱的手動換檔結構形式，解決了停車換擋問題。

圖4 齒輪箱組成結構圖

3 試驗與驗證

3.1 單輪對齒輪箱磨合試驗

將齒輪箱裝配完成后，安裝到單條輪對上，按照試驗大綱標準對齒輪箱進行低高速速度試驗，通過對電磁離合器的通斷電試驗，驗證了電磁離合器能夠實現動力的切換，滿足使用要求。單輪對齒輪箱磨合試驗臺如圖5所示。

圖5 單輪對齒輪箱磨合試驗臺

3.2 整車線路跑合試驗

在自行研制的SYTG21北京西郊線接觸網放線車上，對整車進行了走行部線路試驗驗證。通過整車的線路運行試驗，整車能夠完成高低速的切換及公鐵車走行部由動力向非動力走行部的轉化，驗證了該電磁離合器在動力走行部齒輪箱中的應用可行性，解決了兩套液壓驅動系統的切換問題。

4 結束語

單輪對輪軸齒輪箱磨合試驗及整車的走行部線路跑合，驗證了電磁離合器的功能性和可靠性。電磁離合器在齒輪箱的應用，不僅解決了公鐵車高速運行和低速作業工況的轉化問題，實現了公鐵車走行部由動力向非動力走行部的轉化，同時縮小了齒輪箱整體空間。電磁離合器的電動控制切換形式，提高了整車的自動化性能，同時也提高了放線作業公鐵車的工作效率，填補了國內公鐵車走行裝置齒輪箱在高低速切換、動力轉換方面的空白。

［1］ 陳耀東，屈力剛，辛 斌，譚 威.濕式多片電磁離合器的應用［J］.沈陽航空工學學院學報，2004.21（2）：63-64，59.

［2］ 葛 延，趙玉良.齒輪箱設計的基本原則［J］.重型機械，2010，（S2）：144-148.

［3］ 成大先.機械設計手冊（第2卷）［M］.北京：化學工業出版社.2007.

Application of Electromagnetic Clutch in Road-rail Vehicle Motor Car Bogie

XIN Feifei，WEI Deyong，ZHAO Fengqiang，WANG Wenjie
（Product Development Department，CRRC Sifang Co.，Ltd.，Qingdao 266111 Shandong，China）

Based on the requirements of high-speed movement and low-speed operation for road-rail vehicles，this paper applied electromagnetic clutch in gear box of road-rail vehicle motor car bogie，completed the gear box design of road-rail vehicle motor car bogie，and solved the conversion problem of high-speed movement to low-speed operation.

road-rail vehicle motor car bogie；electromagnetic clutch；gear box；high and low speed conversion

U225

A

10.3969／j.issn.1008－7842.2016.06.12

1008－7842（2016）06－0046－03

9—）女，工程師（

2016－05－17）