在流體傳動(dòng)均載裝置中運(yùn)用彈性膠泥的試驗(yàn)研究

石峰

摘 要：為了驗(yàn)證用于鐵路貨車的流體傳動(dòng)均載裝置的工作原理和結(jié)構(gòu)方案的可行性，在試驗(yàn)室利用萬能試驗(yàn)機(jī)和試驗(yàn)工裝測(cè)試傳動(dòng)介質(zhì)為彈性膠泥的和按比例縮小尺寸的流體傳動(dòng)均載裝置原理機(jī)的傳動(dòng)載荷和位移，計(jì)算工作效率。試驗(yàn)證明流體傳動(dòng)均載裝置的工作原理和結(jié)構(gòu)方案均可行，并且可以推廣應(yīng)用至其他鐵路車輛的傳動(dòng)裝置。

關(guān)鍵詞：鐵道車輛；流體；均載裝置

中圖分類號(hào)：U272 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）22-0043-02

1 概況

鐵路貨車的均載裝置是多軸鐵路貨車、旁承承載轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵部件之一，主要用途是實(shí)現(xiàn)旁承之間的負(fù)荷平衡，保證車輛安全運(yùn)行。

目前，國內(nèi)外的多軸車的均載裝置多數(shù)采用機(jī)械式，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，需要的運(yùn)動(dòng)空間和安裝空間較大，傳動(dòng)效率均小于70%。

流體傳動(dòng)均載裝置工作原理是：在兩組相鄰的轉(zhuǎn)向架的旁承上方各安裝1組液壓缸，將兩組液壓缸用液壓管路連通成一密閉系統(tǒng)，其內(nèi)腔充滿液壓介質(zhì)。在初始狀態(tài)，兩組液壓缸承受的載荷相同，兩組液壓缸處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)車輛在運(yùn)行過程中，液壓缸承載的載荷不斷變化，連通成一密閉系統(tǒng)的兩個(gè)液壓缸的承載出現(xiàn)差距，其中承載大的液壓缸的活塞工作面對(duì)液壓介質(zhì)的壓強(qiáng)大，承載小的液壓缸的活塞工作面對(duì)液壓介質(zhì)的壓強(qiáng)小，隨即承載大的缸將載荷通過液壓介質(zhì)向承載小的缸傳遞，達(dá)到兩個(gè)液壓缸的活塞工作面對(duì)液壓介質(zhì)的壓強(qiáng)相等，促使兩個(gè)液壓缸的負(fù)載相等。工作原理示意如圖1所示。

2 試驗(yàn)設(shè)施

專門設(shè)計(jì)、制造了一套按比例縮小尺寸的和采用流體傳動(dòng)介質(zhì)的流體傳動(dòng)均載裝置原理機(jī)及試驗(yàn)工裝。試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖2所示，原理機(jī)和試驗(yàn)工裝的外形如圖3所示。

2.1 試驗(yàn)原理機(jī)

試驗(yàn)原理機(jī)是由兩個(gè)液壓缸和連接兩個(gè)液壓缸的液壓管路組成，主動(dòng)缸與從動(dòng)缸用管路連通成一密閉系統(tǒng)，其內(nèi)腔充滿流體介質(zhì)。當(dāng)主動(dòng)缸活塞受試驗(yàn)機(jī)加載時(shí)，壓力傳到流體介質(zhì)上，通過液壓管路傳到從動(dòng)缸，推動(dòng)從動(dòng)缸的活塞外伸，壓縮回位彈簧，將載荷傳至負(fù)荷傳感器。當(dāng)主動(dòng)缸承受載荷減小或消失時(shí)，回位彈簧的回彈力壓迫從動(dòng)缸的活塞回縮，將壓力傳到流體介質(zhì)上，通過液壓管路傳到主動(dòng)缸，推動(dòng)主動(dòng)缸的活塞外伸。

均載液壓缸是一種特殊的液壓缸，若將油口布置在缸底存在安裝空間不夠的問題，因而將油口移至缸筒中部。均載液壓缸既承載軸向載荷，又承載徑向載荷，因而缸筒內(nèi)的導(dǎo)向長度盡量長，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種獨(dú)特的階梯導(dǎo)向的活塞缸，采用油口布置在缸筒中部，既可以縮短軸向尺寸，又可以簡化液壓管路。采用頂部和活塞兩處導(dǎo)向，既增大了導(dǎo)向長度，又可以保證導(dǎo)向長度不隨活塞伸縮變化，還可以簡化缸筒的制造工藝。均載液壓缸的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

缸筒用于固定安裝在安裝座上，活塞和活塞桿在缸筒內(nèi)軸向滑動(dòng)，用于傳動(dòng)外部載荷。油口布置在缸筒圓柱面中部，與液壓管路連接，作為流體介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)通道。

2.2 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)工裝（包括安裝座、回位彈簧等），電子萬能試驗(yàn)機(jī)和負(fù)荷傳感器等。

3 試驗(yàn)方法

3.1 試驗(yàn)步驟

（1）將流體介質(zhì)裝入試驗(yàn)原理機(jī)內(nèi)。

（2）將試驗(yàn)原理機(jī)、回位彈簧、負(fù)荷傳感器等按要求安裝在安裝座組成上，主動(dòng)缸處于全伸狀態(tài)，從動(dòng)缸處于全縮狀態(tài)。

（3）將安裝完畢的原理機(jī)和試驗(yàn)工裝等安裝在萬能試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)平臺(tái)上，調(diào)整萬能試驗(yàn)機(jī)，使施壓觸頭與主動(dòng)缸活塞桿上端面接觸。

（4）使用萬能試驗(yàn)機(jī)向主動(dòng)缸活塞桿施加負(fù)荷，推動(dòng)主動(dòng)缸活塞桿和活塞向下回縮。

（5）測(cè)出主動(dòng)缸輸入和從動(dòng)缸輸出的相應(yīng)負(fù)荷。試驗(yàn)數(shù)據(jù)按照主動(dòng)缸（試驗(yàn)機(jī)端/計(jì)算機(jī)）及被動(dòng)缸（彈簧端/壓力傳感器）分列記錄。

（6）保壓試驗(yàn)是向主動(dòng)缸施加一定負(fù)荷后靜置保壓，觀察記錄保壓期間壓力數(shù)值變化情況和位移數(shù)值，檢查是否存在滲漏現(xiàn)象。

3.2 試驗(yàn)過程

試驗(yàn)先后進(jìn)行了4次，首先做均載傳動(dòng)試驗(yàn)，然后做保壓試驗(yàn)。試驗(yàn)采用的流體介質(zhì)見表1。

第一次試驗(yàn)采用89D制動(dòng)缸脂和聚四氟乙烯粉配制流體介質(zhì)，但經(jīng)過試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)流體介質(zhì)出現(xiàn)分層離析現(xiàn)象，因而判定流體介質(zhì)不能滿足試驗(yàn)要求。

從第二次試驗(yàn)開始流體介質(zhì)采用HM-1型緩沖器用彈性膠泥，該膠泥的工作溫度為-50℃～70℃，粘度為（1.8～2.8）×105 MPa·s，檢修期大于9年。

第三次試驗(yàn)略微減小密封圈的預(yù)緊力，摩擦阻力略微減小，傳遞效率略有提高。

第四次試驗(yàn)采用粘度較大的彈性膠泥，傳遞效率略有提高。

3.3 傳遞效率計(jì)算方法

計(jì)算方法為：

（1）負(fù)荷差=主動(dòng)缸負(fù)荷-從動(dòng)缸負(fù)荷 （即均載裝置的阻尼損耗。）

（2）傳動(dòng)效率=（從動(dòng)缸負(fù)荷/主動(dòng)缸負(fù)荷）×100%

4 試驗(yàn)結(jié)果

4.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

均載傳動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)參見表2，保壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)參見表3。

4.2 數(shù)據(jù)分析

（1）表2的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，向主動(dòng)缸施加的試驗(yàn)負(fù)荷大于從動(dòng)缸輸出的負(fù)荷，原因是由于流體介質(zhì)在流動(dòng)過程中存在阻尼現(xiàn)象，造成壓力損失；密封裝置的存在摩擦阻力，降低了傳動(dòng)效率。

（2）流體介質(zhì)存在微小的壓縮性，試驗(yàn)工裝、液壓缸出現(xiàn)微小的彈性變形，造成主動(dòng)缸與從動(dòng)缸之間存在伸縮行程差。

（3）傳動(dòng)介質(zhì)采用緩沖器用彈性膠泥，均載傳動(dòng)效率在71.17%～74.07%之間，平均為72.88%，高于機(jī)械式均載裝置的傳動(dòng)效率。

（4）表3的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在靜置保壓試驗(yàn)中，主動(dòng)缸負(fù)荷值變化輕微，被動(dòng)缸負(fù)荷值基本無變化，位移值無變化，說明沒有出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，密封裝置可靠。

5 結(jié)論

（1）采用傳動(dòng)介質(zhì)為緩沖器用彈性膠泥的均載裝置的原理可行，滿足作業(yè)要求，可以在鐵路貨車上推廣應(yīng)用，也可以在鐵路車輛其他傳動(dòng)裝置推廣應(yīng)用。

（2）液壓缸的結(jié)構(gòu)型式可行，通過對(duì)基本結(jié)構(gòu)縮放和變形，可根據(jù)各種鐵路貨車的具體需要具體設(shè)計(jì)和制造液壓缸。

（3）均載傳動(dòng)效率在71.17%～74.07%之間，平均為72.88%，為設(shè)計(jì)和應(yīng)用同類產(chǎn)品提供了參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李克興，戴家驥.彈性膠泥減震器在國內(nèi)外的研究和應(yīng)用[J].鐵道車輛，1995（06）.

[2]董廣強(qiáng).流體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)數(shù)控綜合對(duì)刀裝置設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓，2016，44（22）.