鐵路設(shè)備用DANA變速箱反拖潤滑系統(tǒng)改進(jìn)研究

摘 要：研究經(jīng)過多年的實踐經(jīng)驗，結(jié)合鐵路運用無動力回送運行要求，提出既有設(shè)備采用雙向泵作為潤滑動力源，通過工作壓力判斷工作狀態(tài)的創(chuàng)新方案，判斷及監(jiān)測設(shè)備長距離運行狀態(tài)，可有效解決正常工作散熱及長距離無動力反拖過程中離合器、齒輪潤滑不足的問題。本次改進(jìn)研究適用于采用液力機械驅(qū)動的軌道工程車輛，可有效提高該類型設(shè)備的適應(yīng)能力及延長線路運行壽命。

關(guān)鍵詞：軌道車輛；變速箱；潤滑閥；反拖潤滑系統(tǒng)改進(jìn)

中圖分類號：U 26" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著鐵路交通的不斷發(fā)展，工電自輪運轉(zhuǎn)特種設(shè)備在鐵路線路維護和保養(yǎng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而，在養(yǎng)路機械的使用過程中，其回送問題也一直是鐵路部門關(guān)注的焦點之一。其中，無動力回送作為一種重要的回送方式，具有節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟等顯著優(yōu)勢，因此，對其進(jìn)行深入研究具有重要意義。經(jīng)過長期研究拖行工況，并對青藏鐵路進(jìn)行10次以上運行驗證發(fā)現(xiàn)，常規(guī)的末級離合器形式變速箱存在脫掛不可靠等問題，一直困擾工電自輪運轉(zhuǎn)特種設(shè)備的運用情況。在實際應(yīng)用中，工電自輪運轉(zhuǎn)特種設(shè)備無動力回送的方式多種多樣，例如利用平板車、掛車等運輸工具進(jìn)行牽引或推送。同時，為了保證無動力回送的順利進(jìn)行，還需要對運輸路線、道路條件等進(jìn)行充分調(diào)查和評估，保證運輸過程中不出現(xiàn)意外情況。

結(jié)合上述情況，工電自輪運轉(zhuǎn)特種設(shè)備無動力回送研究是一個值得深入探討的課題。通過不斷研究和創(chuàng)新，可以為鐵路交通的可持續(xù)發(fā)展提供有力的技術(shù)支持和保障。

1 反拖潤滑系統(tǒng)的優(yōu)化意義

在機械工程的領(lǐng)域，液力傳動箱的應(yīng)用領(lǐng)域特別廣泛，液力傳動有良好的自適應(yīng)能力，液力變矩器與發(fā)動機合理匹配及控制是提高液力傳動機車動力性和經(jīng)濟性的關(guān)鍵[1]，同時可以實現(xiàn)連續(xù)變速，既能夠避免發(fā)動機因外負(fù)載突然變化而熄火，又能夠滿足車輛牽引工況和運輸工況的要求。軌道車輛液力傳動有優(yōu)點，也有缺點，反拖問題便是其一，反拖時機器的變速箱離合器會因沒有壓力源會導(dǎo)致摩擦片燒結(jié)損壞[3]。

當(dāng)反拖時，為了解決傳動箱的故障，傳統(tǒng)的處理方式有兩種，第一種是通過拆卸傳動箱的傳動軸來斷開變速箱的動力，運行麻煩，費時費力，不利于車輛規(guī)范運行。第二種處理方式是通過額外的動力源驅(qū)動泵，通過換向閥來給反拖時傳動箱提供潤滑油，這種方式安裝復(fù)雜，需要額外的動力接口，同時換向閥不與傳動箱的走行關(guān)聯(lián)，無法在反拖時自動給傳動箱潤滑[2]。

由于大型養(yǎng)路機械在鐵路上需要雙向運行，因此選用雙向泵作為潤滑系統(tǒng)的動力源，雙向泵正反兩個方向都是可以旋轉(zhuǎn)的，并沒有左右旋之分，可以保證兩個方向都能正常運轉(zhuǎn)。潤滑泵為持續(xù)工作狀態(tài)，因此如何判斷、分配散熱油、拖行泵潤滑油的油路十分關(guān)鍵。本文提出的改進(jìn)方案為泵出口的潤滑閥提供離合器潤滑需求的壓力油和流量，從而解決反拖工況潤滑的重大問題。本次改進(jìn)后可以拓展應(yīng)用于軌道清掃車，除雪車，探傷車等鐵路養(yǎng)護車輛。

2 反拖潤滑系統(tǒng)的組成及工作原理

2.1 反拖潤滑系統(tǒng)組成

反拖潤滑系統(tǒng)主要由潤滑壓力傳感器、冷卻器 、潤滑油溫表 、反拖潤滑閥 、精濾器 、潤滑泵、粗濾器 、工電自輪運轉(zhuǎn)特種設(shè)備傳動箱等組成。

2.2 反拖潤滑系統(tǒng)介紹

工電自輪運轉(zhuǎn)特種設(shè)備用傳動箱的反拖潤滑液壓控制系統(tǒng)原理如圖1所示，潤滑泵從傳動箱油底殼吸油后經(jīng)吸油粗濾器到精濾器，過濾后的油到反拖潤滑閥，反拖潤滑閥為液控多功能閥，當(dāng)傳動箱正常運轉(zhuǎn)時，反拖潤滑閥的出油直接回油底殼。當(dāng)傳動箱被反拖時，反拖潤滑閥的出油經(jīng)冷卻器到傳動箱潤滑。潤滑泵為雙向泵，車輛被牽引時前進(jìn)、后退動作時，取力口的旋轉(zhuǎn)方向不同。為保證兩個方向都能正常運轉(zhuǎn)，選用的雙向泵正反兩個方向都可以旋轉(zhuǎn)，沒有左右旋之分，潤滑泵只有一個吸油口和一個壓力油口，沒有泄露油口，泄露油在泵內(nèi)部被吸收。無論正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，吸油口和壓力油口位置不變。反拖潤滑閥的換向控制是根據(jù)傳動箱是否正向運行判斷的，當(dāng)傳動箱正常運行時，傳動箱自帶的潤滑泵會有2.2MPa～2.5MPa的壓力輸出，這個壓力控制反拖潤滑閥處于溢流狀態(tài)；當(dāng)反拖時，傳動箱自帶的潤滑泵無法正常運行，無壓力輸出，反拖潤滑閥換向到另一位置傳動箱的離合器潤滑[4]。

2.3 反拖潤滑優(yōu)化改造方案

對變速箱進(jìn)行改造：將原先離合器結(jié)構(gòu)取消，將3-輸出軸與22-滑套齒間長嚙合（如圖2所示）→增加潤滑系統(tǒng)泵源（如圖3所示，本技術(shù)方案可在變速箱取力口位置設(shè)置泵源，或在輸出法蘭位置增加皮帶輪驅(qū)動泵源）→基于皮帶輪驅(qū)動方案，通過張緊螺桿頂住泵總成上下滑動張緊皮帶（此結(jié)構(gòu)包括安裝底座、滑動螺紋塊、滑動板、張緊螺桿、壓板、泵總成組成）→增加拖行油路監(jiān)控系統(tǒng)，在運行過程中實時監(jiān)控拖行狀態(tài)的潤滑油溫及壓力。

2.4 反拖潤滑控制邏輯及工作原理

反拖潤滑設(shè)計及控制邏輯是潤滑系統(tǒng)的關(guān)鍵。反拖潤滑閥為液控?fù)Q向閥，它與傳動箱的走行系統(tǒng)結(jié)合，通過設(shè)置反拖潤滑系統(tǒng)判斷邏輯，選用傳動箱主油壓控制來判斷工作狀態(tài)。當(dāng)變速箱處于工作狀態(tài)（走行）時，變速箱主油壓有固定壓力值，反拖潤滑閥將潤滑泵泵出的油接回到油底殼，避免與正常潤滑散熱油路重合，影響正常散熱。變速箱被反拖狀態(tài)時，傳動箱主油壓為0～20kPa，反拖潤滑閥開始換向，潤滑泵的油進(jìn)入傳動箱給離合器進(jìn)行潤滑及散熱，避免反拖時變速箱因潤滑不到位而損壞[5]，散熱及潤滑管路的分流作用及穩(wěn)定性，對整個散熱及潤滑系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用。

3 試驗驗證過程

根據(jù)《鐵路大型養(yǎng)路機械檢查與試驗方法》（GB/T 25336—

2018）、《GCX-1000軌道除雪車液力機械變速箱惰行裝置試驗大綱》和《鐵路大型養(yǎng)路機械通用技術(shù)條件》 （GB/T 25337—

2018）的建議，對變速箱結(jié)構(gòu)及工況進(jìn)行分析，提出變速箱潤滑試驗臺[6]，在臺架上檢測反拖潤滑系統(tǒng)的性能，對溫度、流量、壓力進(jìn)行監(jiān)測。

液力機械變速箱的運行轉(zhuǎn)速如下：額定轉(zhuǎn)速為250r/min，最高轉(zhuǎn)速為 2550r/min，累計試驗時間超過5h。在試驗過程中，記錄潤滑系統(tǒng)的壓力、溫度，驗證系統(tǒng)工作穩(wěn)定性。

測溫點布置點位置、流量點布置點位置見表1和表2。通過流量計、溫度傳感器、壓力傳感器等測試儀器記錄各位置點的流量、壓力、溫度參數(shù)，記錄不同轉(zhuǎn)速下各參數(shù)的變化。

4 試驗結(jié)論

4.1 測試點的傳感器測試數(shù)值記錄

表3是反拖電機在特定時間在不同轉(zhuǎn)速、從不同的輸入旋向看，用流量傳感器來測試泵出口、反拖潤滑閥到散熱器和散熱器出口的流量、壓力、溫度的記錄數(shù)據(jù)。

4.2 數(shù)值分析

潤滑溫度變化曲線和潤滑流量變化曲線如圖4和圖5所示。

通過分析測試數(shù)據(jù)針對齒輪箱軸承的潤滑系統(tǒng)與溫升限制要求[7]，可得出以下結(jié)論。1）反拖潤滑系統(tǒng)滿足低速運行能力，250r/min時有8.5L/min的流量輸出。2）反拖潤滑系統(tǒng)運行非常良好，最高溫度為96℃。3）潤滑壓力的最大值為360kPa，小于變速箱要求限值。

5 結(jié)論

綜上所述，經(jīng)過低速和高速不間斷的運行測試，反拖潤滑系統(tǒng)設(shè)計能滿足使用要求，并得出以下結(jié)論。1）低速工況時（驅(qū)動轉(zhuǎn)速低于300r/min），正常工作與無動力反拖流量數(shù)據(jù)差別不大，反拖的流量能夠滿足DANA傳動箱最小流量的要求（傳動箱要求大于6L/min），不影響傳動箱的正常運行，滿足設(shè)備前后雙向運行的工況要求。2）溫度平衡，反拖時沒有散熱器來強制散熱，需要通過自然風(fēng)冷，經(jīng)過5h運行，將溫度平衡在100℃以下，不高于傳動箱的最高溫度限制，滿足設(shè)備運行要求。3）潤滑壓力正常，潤滑壓力小于500kPa的傳動箱要求，傳動箱可正常潤滑。4）潤滑系統(tǒng)切換正常，性能穩(wěn)定可靠。工電自輪運轉(zhuǎn)特種設(shè)備傳動箱采用反拖潤滑系統(tǒng)滿足設(shè)計要求，在正常作業(yè)使用及無動力切換過程中均能正常運行，散熱及潤滑功能正常。

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