淺議液壓減速頂的幾個技術問題

何 寧

（哈爾濱鐵路局減速頂研究所, 黑龍江 哈爾濱 1500066）

液壓減速頂工作的穩定性是人們所期望的，但是有些技術問題可能使其工作不穩定，甚至出現功能降低或變差，給編組場調車作業帶來麻煩。為此，就液壓減速頂的幾個技術問題進行探討。

1 減速頂的油氣比和氮氣壓力問題

液壓減速頂是依靠液壓油的流動來實現減速頂的各種功能，而且油和氮氣在油缸里的體積比（油氣比）對減速頂的工作性能產生很大影響，同時氮氣在油缸里的壓力也對減速頂的性能產生重要影響。它們主要影響三個技術指標：臨界速度、制動功和阻力功。因此，在減速頂組裝過程中，裝入油缸里液壓油的量一定要準確，這樣才能保證油氣比的精度。另外，組裝時的充氮壓力也非常關鍵，氮氣初始壓強 不能有明顯偏差。參見圖1。

圖1 油缸里的液壓油和氮氣

1）對臨界速度的偏差：從臨界速度公式可以看出P0的影響。

式中：γ—液壓油的比重，N/cm3；

C—速度閥流量系數；

D1—速度閥板外徑，cm；

D0—滑動油缸內徑，cm；

d—活塞桿直徑，cm；

m—速度閥彈簧數量，個；

K—速度閥彈簧剛度，N/cm；

X—速度閥彈簧預緊壓縮量，cm；

h —速度閥開量，cm；

P—速度閥剛要關閉時閥板上表面的壓力，N/cm2；0

A1—速度閥板上表面的受壓面積，cm2；

A2—速度閥板下表面的承壓面積，cm2；

βL—車輪輪緣與減速頂油缸的接觸角，°；

α—減速頂的安裝角，°。

P0增加導致臨界速度βL提高。

2）對制動功的影響：

油氣比對制動功有很大影響，如果油多了，氮氣體積小了，油缸的空走行程變小，做制動功的行程增加，使得制動功加大；反之，液壓油的量少了，使減速頂的制動功減小。

3）對阻力功的影響：

當車輪的走行速度低于減速頂的臨界速度時，減速頂對車輪不做功，但也產生一定的阻力，該阻力對車輪的做功稱為阻力功，阻力功越小越好。但是，油氣比對阻力功有影響，油的體積增加時，阻力功加大，充氮壓力偏大時，同樣阻力功增加。

為了保證減速頂臨界速度準確、制動功不降低、阻力功不增加，在減速頂解體組裝時，一定要嚴格控制油氣比和充氮壓力的誤差。

2 減速頂臨界速度的誤差

液壓減速頂的一個重要技術指標是減速頂的臨界速度，它決定車輪經過減速頂時，該頂是否對車輪做功，因此臨界速度是減速頂對車輪做制動功的“開關”，如果“開關不靈”，減速頂對外做功就沒有保證，所以臨界速度是減速頂最主要的技術指標之一。它的誤差大小決定了減速頂做功的準確性。

每種型號的液壓減速頂的臨界速度都規定了一定的許用誤差±Δ，比如臨界速度是V0，則臨界速度的上限是V0+Δ，下限是V0-Δ。如果減速頂的生產誤差或使用誤差超出了{V0+Δ→V0-Δ}的范圍，這就屬于這個或這批減速頂的臨界速度不準確，將給編組場上的調車作業帶來不利影響。

從計算臨界速度的數學模型（公式1）中可以分析影響臨界速度誤差的主要因素。

生產誤差：減速頂的速度閥由速度閥板和速度閥彈簧組成。如圖2所示。

圖2 速度閥結構示意圖

而臨界速度的大小主要取決于速度閥板的開量h、速度閥彈簧的剛度K和彈簧預緊壓縮量X，其次是液壓油的壓力P0等（見公式1）。開量h是指速度閥板下表面與活塞頭部上表面之間的距離，見圖中F2。如果在生產中，上述幾個參數沒有達到設計值，組裝時的開量h不準，均會造成減速頂先天性的臨界速度誤差，這當然可以通過出廠前的試驗加以調整和修改。

使用誤差：減速頂在運用過程中，臨界速度也會產生誤差。車輪輪緣與油缸的接觸角βL對臨界速度的誤差產生影響，而接觸角與減速頂的安裝高度、軌距的寬度、車輪輪緣的厚度有關。如果減速頂的安裝高度不一致，線路軌距加寬，車輪輪緣變薄，都會使臨界速度的誤差加大。另外，在使用過程中，隨著時間的推移，油缸里的液壓油純度不斷下降、黏稠度增加、流動性變差，從而導致臨界速度誤差明顯加大；其次是使用時間越長，油缸的油氣不可避免地有些滲漏，降低了油氣壓力P0，也會造成臨界速度的誤差。

臨界速度的偏差越大，對溜放車輛的速度控制精度越差。例如：一組重車進入減速頂區要求其速度降低到5km/h，可是有些減速頂的臨界速度誤差大，超過了上限V0+Δ，于是這些減速頂不起制動作用，導致車速偏高，容易與前車超速連掛而撞車，甚至發生事故（脫線或將前車撞壞）。再如：一組輕車進入減速頂連掛區，由于有些減速頂的臨界速度偏低，低于了下限V0-Δ，本來要求減速頂不做制動功，可是有些減速頂起了制動作用，造成這組輕車停留在連掛區中間，溜不到位，也可能使后續鉤車與其相撞，或者需要調車機車下峰整場，從而影響了調車作業的時間，降低了作業效率。

因此，由于減速頂臨界速度的誤差會產生以下不良后果：

重車 E1＞∑W 車輛超速連掛，撞車

輕車 E2＜∑W 車輛途停，也可能撞車

式中： E1,E2—鉤車動能，

n—減速頂的臺數；

d—減速頂滑動油缸內徑，cm；

Pe—壓力閥的定壓，N/cm2；

H—減速頂的垂直工作行程，H ＝H0cosα，cm；

H0—減速頂油缸沿其軸線的行程，cm；

α—減速頂的安裝角，° 。

減小臨界速度誤差首先在出廠前就應克服在生產中存在的問題，亦即應該是合格產品，至于使用中的誤差是有關使用部門要注意和解決的問題。

1）減小接觸角的偏差：關鍵是線路鋼軌的軌距問題，在線路的日常維修中，要求工務部門加強對編組場線路維修的重視，盡量避免軌距加寬，不要超過1435+6mm，這樣可以減小車輪的橫動量，從而減少了接觸角 的偏離度，進而減少臨界速度的偏差。

2）安裝高度問題：減速頂的臨界速度與減速頂在鋼軌上的安裝高度有關，據有關學者分析，高度每差1mm，臨界速度就偏差0.04m/s(0.144km/h)。所以在減速頂的維修過程中，一定要保證安裝高度達到有關的技術標準要求，避免因安裝高度不準而產生減速頂臨界速度的偏差。

3）避免減速頂油缸油氣的漏泄：在線路上檢查減速頂的狀態時，一定要注意減速頂的油氣壓力是否充足，發現油氣不足一定要及時更換，防止因油氣漏泄產生臨界速度的偏差。

4）減速頂油缸里的液壓油一定要定期更換，保證液壓油的黏度、純度和流動性始終處于良好狀態，這樣才能使臨界速度準確。

5）避免雙頭螺栓松動，因為它們松動會使安裝角α發生變化，同時也使接觸角βL減小，從而導致臨界速度改變。

3 阻力功的影響問題

減速頂的阻力功雖然僅是其制動功的百分之幾（5%左右），但對難行車的走行影響卻很大，甚至即使有幾臺減速頂的阻力功明顯偏高，就可以使難行車的速度顯著降低，或者造成車輛途停。這對調車作業的順利進行帶來不少麻煩：一是可能無法進行下鉤車的溜放；二是可能會造成鉤車相撞，嚴重時會發生輕車脫線事故。為此，必須重視減速頂的阻力功問題。減速頂的自然阻力（不做制動功時的阻力）包括氮氣壓縮阻力、液流阻力和摩擦阻力，如公式（2）：

式中： Fd—氮氣壓縮阻力，N；

F1—液流阻力，N；

Fm—摩擦阻力，N。

它們產生的阻力功：

新出廠的減速頂阻力不會太大，因為各摩擦副間的潤滑好，液壓油的物理性能好。但是經過若干時間后，尤其是維修不佳，減速頂的各種阻力會明顯增加，特別是液流阻力和摩擦阻力會顯著上升，從而使減速頂的阻力功大大增加，對難行車的走行帶來很大困難。

克服阻力功上升的關鍵是日常維修時加強對油缸和殼體間的潤滑，降低摩擦阻力，定期更換液壓油，保證液壓油始終有較好的流動性。

4 制動功的降低問題

有幾種因素會使減速頂的制動功降低：安裝高度偏低；油缸油氣漏泄；調壓螺絲松動；壓力閥口密封不嚴；壓力閥彈簧剛度降低；活塞頭部密封環不好而上下串油；等等。

一般新減速頂不會發生上述問題（安裝高度除外），但使用時間一久，各方面的問題就都會出現。減速頂的制動功包括有氮氣壓縮產生的制動功、液流阻力制動功、壓力閥定壓制動功、摩擦阻力制動功。當然制動功的主體是壓力閥定壓產生的制動功。如公式（4）為一臺減速頂的制動功表達式：

式中：W0—壓力閥定壓制動功

d—滑動油缸內徑，cm；

P0—壓力閥的定壓，N/cm2；

H—油缸的垂直工作行程，cm。

壓力閥密封不好、壓力閥彈簧老化、調壓螺絲松動以及活塞上下串油，都導致壓力閥定壓制動功的降低，這也是制動功降低的關鍵所在。由于減速頂在運用過程中，是群體做功，一條線路上安裝了上百臺減速頂，如果僅有一兩臺頂的制動功有所降低，并不會影響該股道的調車作業效果，但若有多臺減速頂的制動功下降，將會造成減速頂系統能力的不足，容易使鉤車超速，這種情況對調車作業的安全和效率均會產生不良影響。

為了解決這個問題，應加強日常的巡檢和維修，定期更換壓力閥彈簧，定期檢查調壓螺絲是否松動，注意壓力閥體和活塞密封環的修理與更換等。

5 雙頭螺栓的問題

通常減速頂是通過殼體上的兩個雙頭螺栓緊固在鋼軌腰上，此時雙頭螺栓成為“懸臂梁”，受力情況比較惡劣，如圖3所示

圖3 正常情況下螺栓受力情況

它受到的作用力有拉力N，剪切力F和彎矩M，一個螺栓受到的正應力：

NL— 螺栓受到 的拉力，N;

NJ— 螺栓預緊力, N;

MK— 螺栓受到的彎矩；N·m;

S — 一個螺栓的橫截面積，m2;

W— 材料的抗彎系數。

受到的剪應力：

Q—螺栓受到的剪切力，N。

根據二向應力狀態理論，拉伸主應力：

再據螺栓材料的強度極限σb計算出螺栓的安全系數。通過計算，有的型號減速頂，螺栓的安全系數是偏小的。

如果有一個螺栓松動，另一個螺栓的受力情況更惡劣，如圖4。

圖4 螺栓松動后的受力情況

由于螺栓松動，增加了螺栓上的剪切力和彎矩，對螺栓強度十分不利，更易折斷。

有的型號減速頂螺栓強度偏小，曾出現螺栓折斷問題。尤其是有一個螺栓松動時，不僅影響減速頂的工作性能，而且容易造成螺栓損壞。

設計者要加大安全系數，使用者要加強日常檢查，經常對螺母進行緊固。

綜上所述，液壓減速頂在運用中的幾個技術問題是值得設計者、生產者和使用者重視的，特別是使用部門，一定要加強日常的維修和管理，嚴格按照技術要求進行檢修，保證調車作業的安全和效率。