配砟整形車走行齒輪箱換檔裝置安全分析

方健康

【摘 要】 主要對DPZ-440配砟整形車走行齒輪箱進行了介紹，分析了該走行齒輪箱及其換擋裝置的結構和控制，提出了可能存在的安全隱患及解決思路。

【關鍵詞】 走行齒輪箱 換擋裝置 安全 配砟整形車

配砟整形車是我國目前使用較廣泛的一種大型養路機械。它具有對道床進行配砟、整形和清掃等作用，是鐵路新建、大修和維修大型機械化作業中不可缺少的配套機械之一。為實現高速區間運行及低速大推力的作業工況，配砟整形車走行齒輪箱一般均配置一個高速擋位、一個低速檔位以及聯掛狀態時的空擋位。由此可見，走行齒輪箱換擋裝置安全、可靠的工作和鎖定是配砟整形車非常重要的一個環節。下面以DPZ-440配砟整形車走行齒輪箱換擋裝置結構及控制展開分析。

1 DPZ-440配砟整形車走行齒輪箱及其換擋裝置

DPZ-440配砟整形車走行齒輪箱采用滑移齒輪變速機構實現高速擋、低速擋及空擋三個位置的轉換。這種變速方式具有變速范圍大、操作方便，可傳遞較大功率和轉矩，非工作齒輪不嚙合，空轉損失和磨損小的特點。高速速比為5.935，可實現最大100km/h區間運行速度；低速速比為17.924，可實現0～12km/h的作業運行速度，在進行換擋操作時必須停車。其結構簡圖見圖1，換擋裝置結構圖見圖2。

該走行齒輪箱有三種工況：高速走行時，首先要手動操作空擋鎖定銷5處于解鎖位，并用銅掛鎖鎖好，然后操作掛擋開關給出電信號使換擋撥動氣缸6帶動撥叉7再帶動雙聯齒輪向圖示右側移動，這時撥叉定位塊4移動到位置Ⅲ，位置Ⅲ處的感應開關送出高速掛擋信號，同時齒輪Z3和齒輪Z4嚙合，此時撥叉7在導向桿上被彈簧、鋼球組合的定位鎖緊機構鎖住，馬達9的轉矩和轉速經過Z3→Z4→Z5→Z6降速增扭后驅動車輪軸實現高速走行；低速走行時，與高速位相反，氣缸帶動撥叉向圖示左側移動，這時撥叉定位塊4移動到位置Ⅰ，位置Ⅰ處的感應開關送出低速掛擋信號，同時齒輪Z1和齒輪Z2嚙合，撥叉7被定位鎖緊機構鎖住，馬達9的轉矩和轉速經過Z1→Z2→Z5→Z6降速增扭后驅動車輪軸實現低速走行；當配砟車作為被動車聯掛運行時，換擋裝置應移動到位置Ⅱ，位置Ⅱ處的感應開關送出空擋信號，撥叉7被定位鎖緊機構鎖住，這時還應手動操作空擋鎖定銷5處于鎖定位，并用銅掛鎖鎖好，確保聯掛運行過程中，雙聯換擋齒輪3、花鍵軸8和液壓馬達9均不旋轉，走行齒輪箱始終處于空擋位。

2 換擋裝置存在的問題

根據上述對DPZ-440配砟整形車走行齒輪箱及其換擋裝置結構和工作原理的分析，我們可以認識到該走行齒輪箱的設計是簡單、可靠的，在空擋位還設計了雙重鎖定機構確?？論跷坏陌踩i定保護。但是在實際應用中，目前的換擋裝置及控制還是存在空擋位置在鎖定銷沒有插入的情況下，一是在機器低速移動時，由于振動，可能發生空擋位偏移，甚至掛入高速或低速檔的問題；二是在機器高速運行時由于齒輪在高速轉動，不至于發生掛入高速或低速檔的問題，但可能在振動及雙聯換擋齒輪離心力的作用下造成齒輪間的摩擦傷損。雖然在機器操作時，只要我們嚴格按操作要求把空擋鎖定銷鎖定就可以杜絕這兩個問題，并且在實際運用中這兩個問題出現的概率也是非常低的，但是如果出現，將造成液壓馬達損壞或走行齒輪箱損壞，甚至造成行車安全事故。

對于這兩個問題出現的根源，我們需要對換擋裝置中主要的換擋撥動氣缸及其控制原理進行一下分析。該換擋撥動氣缸是一個雙級行程氣缸，其換擋控制原理見圖3。圖中，壓縮空氣通過3個電磁閥的控制使雙級氣缸分別實現空擋0位、低速擋1位、高速擋2位，僅當1號電磁閥得電時，雙級氣缸行程處于高速擋2位；當3號電磁閥得電并1號電磁閥延時得電時，雙級氣缸行程處于空擋0位；僅當3號電磁閥得電時，雙級氣缸行程處于低速擋1位。由此可知，雖然采用延時處理，使得空擋0位行程得以實現，但是由于氣缸的A腔和C腔缸徑和壓縮空氣壓力相同，所以空擋位僅處于一個平衡位。雖然在撥叉導向桿上設計了彈簧、鋼球組合的定位鎖緊機構，但是鎖定力也是有限的。由此，我們就不難理解上述可能存在的安全風險了。

3 解決方案

根據上述問題的分析，提出了以下兩個解決方案。（1）重新設計雙級換擋氣缸，將C腔的活塞推力增大至A腔活塞推力的1.5至2倍，確保空擋位的穩定性；（2）對于在用的雙級換擋氣缸，可考慮在1號電磁閥的進氣端管路加裝一個減壓閥，將進入A腔的壓力空氣適當減壓，使C腔的活塞推力大于A腔活塞推力，確?？論跷坏姆€定性。

4 結語

從以上對DPZ-440配砟整形車走行齒輪箱及其換擋裝置結構及控制的分析，發現了換擋裝置可能存在的安全隱患并提出了解決問題的思路，后續將積極開展相關試驗并提出更加合理的解決方案為配砟整形車的安全運行提供技術保障。

參考文獻：

[1]呂寧生.配碴整形車[M].北京：中國鐵道出版社，1998.

[2]常安全，沈源建.DPZ-440型高速配碴整形車走行齒輪箱的開發[J].機車車輛工藝，2007（10）.

[3]成大先.機械設計手冊[M].第四版.北京：化學工業出版社，2002.endprint

【摘 要】 主要對DPZ-440配砟整形車走行齒輪箱進行了介紹，分析了該走行齒輪箱及其換擋裝置的結構和控制，提出了可能存在的安全隱患及解決思路。

【關鍵詞】 走行齒輪箱 換擋裝置 安全 配砟整形車

配砟整形車是我國目前使用較廣泛的一種大型養路機械。它具有對道床進行配砟、整形和清掃等作用，是鐵路新建、大修和維修大型機械化作業中不可缺少的配套機械之一。為實現高速區間運行及低速大推力的作業工況，配砟整形車走行齒輪箱一般均配置一個高速擋位、一個低速檔位以及聯掛狀態時的空擋位。由此可見，走行齒輪箱換擋裝置安全、可靠的工作和鎖定是配砟整形車非常重要的一個環節。下面以DPZ-440配砟整形車走行齒輪箱換擋裝置結構及控制展開分析。

1 DPZ-440配砟整形車走行齒輪箱及其換擋裝置

DPZ-440配砟整形車走行齒輪箱采用滑移齒輪變速機構實現高速擋、低速擋及空擋三個位置的轉換。這種變速方式具有變速范圍大、操作方便，可傳遞較大功率和轉矩，非工作齒輪不嚙合，空轉損失和磨損小的特點。高速速比為5.935，可實現最大100km/h區間運行速度；低速速比為17.924，可實現0～12km/h的作業運行速度，在進行換擋操作時必須停車。其結構簡圖見圖1，換擋裝置結構圖見圖2。

該走行齒輪箱有三種工況：高速走行時，首先要手動操作空擋鎖定銷5處于解鎖位，并用銅掛鎖鎖好，然后操作掛擋開關給出電信號使換擋撥動氣缸6帶動撥叉7再帶動雙聯齒輪向圖示右側移動，這時撥叉定位塊4移動到位置Ⅲ，位置Ⅲ處的感應開關送出高速掛擋信號，同時齒輪Z3和齒輪Z4嚙合，此時撥叉7在導向桿上被彈簧、鋼球組合的定位鎖緊機構鎖住，馬達9的轉矩和轉速經過Z3→Z4→Z5→Z6降速增扭后驅動車輪軸實現高速走行；低速走行時，與高速位相反，氣缸帶動撥叉向圖示左側移動，這時撥叉定位塊4移動到位置Ⅰ，位置Ⅰ處的感應開關送出低速掛擋信號，同時齒輪Z1和齒輪Z2嚙合，撥叉7被定位鎖緊機構鎖住，馬達9的轉矩和轉速經過Z1→Z2→Z5→Z6降速增扭后驅動車輪軸實現低速走行；當配砟車作為被動車聯掛運行時，換擋裝置應移動到位置Ⅱ，位置Ⅱ處的感應開關送出空擋信號，撥叉7被定位鎖緊機構鎖住，這時還應手動操作空擋鎖定銷5處于鎖定位，并用銅掛鎖鎖好，確保聯掛運行過程中，雙聯換擋齒輪3、花鍵軸8和液壓馬達9均不旋轉，走行齒輪箱始終處于空擋位。

2 換擋裝置存在的問題

根據上述對DPZ-440配砟整形車走行齒輪箱及其換擋裝置結構和工作原理的分析，我們可以認識到該走行齒輪箱的設計是簡單、可靠的，在空擋位還設計了雙重鎖定機構確保空擋位的安全鎖定保護。但是在實際應用中，目前的換擋裝置及控制還是存在空擋位置在鎖定銷沒有插入的情況下，一是在機器低速移動時，由于振動，可能發生空擋位偏移，甚至掛入高速或低速檔的問題；二是在機器高速運行時由于齒輪在高速轉動，不至于發生掛入高速或低速檔的問題，但可能在振動及雙聯換擋齒輪離心力的作用下造成齒輪間的摩擦傷損。雖然在機器操作時，只要我們嚴格按操作要求把空擋鎖定銷鎖定就可以杜絕這兩個問題，并且在實際運用中這兩個問題出現的概率也是非常低的，但是如果出現，將造成液壓馬達損壞或走行齒輪箱損壞，甚至造成行車安全事故。

對于這兩個問題出現的根源，我們需要對換擋裝置中主要的換擋撥動氣缸及其控制原理進行一下分析。該換擋撥動氣缸是一個雙級行程氣缸，其換擋控制原理見圖3。圖中，壓縮空氣通過3個電磁閥的控制使雙級氣缸分別實現空擋0位、低速擋1位、高速擋2位，僅當1號電磁閥得電時，雙級氣缸行程處于高速擋2位；當3號電磁閥得電并1號電磁閥延時得電時，雙級氣缸行程處于空擋0位；僅當3號電磁閥得電時，雙級氣缸行程處于低速擋1位。由此可知，雖然采用延時處理，使得空擋0位行程得以實現，但是由于氣缸的A腔和C腔缸徑和壓縮空氣壓力相同，所以空擋位僅處于一個平衡位。雖然在撥叉導向桿上設計了彈簧、鋼球組合的定位鎖緊機構，但是鎖定力也是有限的。由此，我們就不難理解上述可能存在的安全風險了。

3 解決方案

根據上述問題的分析，提出了以下兩個解決方案。（1）重新設計雙級換擋氣缸，將C腔的活塞推力增大至A腔活塞推力的1.5至2倍，確保空擋位的穩定性；（2）對于在用的雙級換擋氣缸，可考慮在1號電磁閥的進氣端管路加裝一個減壓閥，將進入A腔的壓力空氣適當減壓，使C腔的活塞推力大于A腔活塞推力，確?？論跷坏姆€定性。

4 結語

從以上對DPZ-440配砟整形車走行齒輪箱及其換擋裝置結構及控制的分析，發現了換擋裝置可能存在的安全隱患并提出了解決問題的思路，后續將積極開展相關試驗并提出更加合理的解決方案為配砟整形車的安全運行提供技術保障。

參考文獻：

[1]呂寧生.配碴整形車[M].北京：中國鐵道出版社，1998.

[2]常安全，沈源建.DPZ-440型高速配碴整形車走行齒輪箱的開發[J].機車車輛工藝，2007（10）.

[3]成大先.機械設計手冊[M].第四版.北京：化學工業出版社，2002.endprint

【摘 要】 主要對DPZ-440配砟整形車走行齒輪箱進行了介紹，分析了該走行齒輪箱及其換擋裝置的結構和控制，提出了可能存在的安全隱患及解決思路。

【關鍵詞】 走行齒輪箱 換擋裝置 安全 配砟整形車

配砟整形車是我國目前使用較廣泛的一種大型養路機械。它具有對道床進行配砟、整形和清掃等作用，是鐵路新建、大修和維修大型機械化作業中不可缺少的配套機械之一。為實現高速區間運行及低速大推力的作業工況，配砟整形車走行齒輪箱一般均配置一個高速擋位、一個低速檔位以及聯掛狀態時的空擋位。由此可見，走行齒輪箱換擋裝置安全、可靠的工作和鎖定是配砟整形車非常重要的一個環節。下面以DPZ-440配砟整形車走行齒輪箱換擋裝置結構及控制展開分析。

1 DPZ-440配砟整形車走行齒輪箱及其換擋裝置

DPZ-440配砟整形車走行齒輪箱采用滑移齒輪變速機構實現高速擋、低速擋及空擋三個位置的轉換。這種變速方式具有變速范圍大、操作方便，可傳遞較大功率和轉矩，非工作齒輪不嚙合，空轉損失和磨損小的特點。高速速比為5.935，可實現最大100km/h區間運行速度；低速速比為17.924，可實現0～12km/h的作業運行速度，在進行換擋操作時必須停車。其結構簡圖見圖1，換擋裝置結構圖見圖2。

該走行齒輪箱有三種工況：高速走行時，首先要手動操作空擋鎖定銷5處于解鎖位，并用銅掛鎖鎖好，然后操作掛擋開關給出電信號使換擋撥動氣缸6帶動撥叉7再帶動雙聯齒輪向圖示右側移動，這時撥叉定位塊4移動到位置Ⅲ，位置Ⅲ處的感應開關送出高速掛擋信號，同時齒輪Z3和齒輪Z4嚙合，此時撥叉7在導向桿上被彈簧、鋼球組合的定位鎖緊機構鎖住，馬達9的轉矩和轉速經過Z3→Z4→Z5→Z6降速增扭后驅動車輪軸實現高速走行；低速走行時，與高速位相反，氣缸帶動撥叉向圖示左側移動，這時撥叉定位塊4移動到位置Ⅰ，位置Ⅰ處的感應開關送出低速掛擋信號，同時齒輪Z1和齒輪Z2嚙合，撥叉7被定位鎖緊機構鎖住，馬達9的轉矩和轉速經過Z1→Z2→Z5→Z6降速增扭后驅動車輪軸實現低速走行；當配砟車作為被動車聯掛運行時，換擋裝置應移動到位置Ⅱ，位置Ⅱ處的感應開關送出空擋信號，撥叉7被定位鎖緊機構鎖住，這時還應手動操作空擋鎖定銷5處于鎖定位，并用銅掛鎖鎖好，確保聯掛運行過程中，雙聯換擋齒輪3、花鍵軸8和液壓馬達9均不旋轉，走行齒輪箱始終處于空擋位。

2 換擋裝置存在的問題

根據上述對DPZ-440配砟整形車走行齒輪箱及其換擋裝置結構和工作原理的分析，我們可以認識到該走行齒輪箱的設計是簡單、可靠的，在空擋位還設計了雙重鎖定機構確保空擋位的安全鎖定保護。但是在實際應用中，目前的換擋裝置及控制還是存在空擋位置在鎖定銷沒有插入的情況下，一是在機器低速移動時，由于振動，可能發生空擋位偏移，甚至掛入高速或低速檔的問題；二是在機器高速運行時由于齒輪在高速轉動，不至于發生掛入高速或低速檔的問題，但可能在振動及雙聯換擋齒輪離心力的作用下造成齒輪間的摩擦傷損。雖然在機器操作時，只要我們嚴格按操作要求把空擋鎖定銷鎖定就可以杜絕這兩個問題，并且在實際運用中這兩個問題出現的概率也是非常低的，但是如果出現，將造成液壓馬達損壞或走行齒輪箱損壞，甚至造成行車安全事故。

對于這兩個問題出現的根源，我們需要對換擋裝置中主要的換擋撥動氣缸及其控制原理進行一下分析。該換擋撥動氣缸是一個雙級行程氣缸，其換擋控制原理見圖3。圖中，壓縮空氣通過3個電磁閥的控制使雙級氣缸分別實現空擋0位、低速擋1位、高速擋2位，僅當1號電磁閥得電時，雙級氣缸行程處于高速擋2位；當3號電磁閥得電并1號電磁閥延時得電時，雙級氣缸行程處于空擋0位；僅當3號電磁閥得電時，雙級氣缸行程處于低速擋1位。由此可知，雖然采用延時處理，使得空擋0位行程得以實現，但是由于氣缸的A腔和C腔缸徑和壓縮空氣壓力相同，所以空擋位僅處于一個平衡位。雖然在撥叉導向桿上設計了彈簧、鋼球組合的定位鎖緊機構，但是鎖定力也是有限的。由此，我們就不難理解上述可能存在的安全風險了。

3 解決方案

根據上述問題的分析，提出了以下兩個解決方案。（1）重新設計雙級換擋氣缸，將C腔的活塞推力增大至A腔活塞推力的1.5至2倍，確?？論跷坏姆€定性；（2）對于在用的雙級換擋氣缸，可考慮在1號電磁閥的進氣端管路加裝一個減壓閥，將進入A腔的壓力空氣適當減壓，使C腔的活塞推力大于A腔活塞推力，確?？論跷坏姆€定性。

4 結語

從以上對DPZ-440配砟整形車走行齒輪箱及其換擋裝置結構及控制的分析，發現了換擋裝置可能存在的安全隱患并提出了解決問題的思路，后續將積極開展相關試驗并提出更加合理的解決方案為配砟整形車的安全運行提供技術保障。

參考文獻：

[1]呂寧生.配碴整形車[M].北京：中國鐵道出版社，1998.

[2]常安全，沈源建.DPZ-440型高速配碴整形車走行齒輪箱的開發[J].機車車輛工藝，2007（10）.

[3]成大先.機械設計手冊[M].第四版.北京：化學工業出版社，2002.endprint