高鐵接觸網檢修車動力傳動系統設計

朱俊亞，王鴻博，張增禮

（中國北車集團太原軌道交通裝備有限責任公司，山西 太原 030009）

0 引 言

接觸網作業車是電氣化鐵路接觸網日常維修、大修、事故搶修和電氣化施工的重要機具。隨著鐵路跨越式發展，我國高速鐵路營運里程逐年增加，對接觸網的維護檢修工作也變得越來越重要。為了提高鐵路營運效率，需要縮短天窗作業時間，要求接觸網檢修車能夠快速到達，快速撤離。目前國內現有的接觸網檢修車運行速度基本在100 km/h左右，無法滿足高速鐵路的需要。為此，我公司設計完成了120 km/h高速鐵路接觸網檢修車，該車主要由動力傳動系統、制動系統、電氣系統、車體、底架、轉向架、立柱平臺等部件構成，其中動力傳動系統主要承擔整車運行、牽引，并為車輛制動、照明、控制提供能量來源的任務〔1〕。動力傳動系統采用液力機械形式，低速變扭器傳動，高速機械閉鎖，實現了高效傳動。

1 動力傳動系統動力傳遞路線

動力傳動系統由發動機、液力機械變速箱、分動箱、傳動軸、車軸齒輪箱等部件組成。圖1為動力傳動系統。

圖1 動力傳動系統

2 動力傳動系統主要部件參數及結構特點

2.1 發動機

2.1.1 發動機主要參數（見表1）

2.1.2 發動機主要結構特點

WP12.480發動機為濰柴動力股份有限公司全新開發的融合國際先進技術的電噴柴油機。該柴油機在燃油系統采用了德國BOSCH高壓共軌技術，ECU控制的電子噴射系統，使其排放達到了國Ⅲ或歐Ⅲ標準〔2〕。

表1 發動機主要參數

2.2 液力機械變速箱

2.2.1 變速箱主要參數（見表2）

表2 變速箱主要參數

2.2.2 變速箱主要結構特點

采用了日本日立NICO變速箱有限責任公司生產的TACN-33-2001液力機械變速箱。

液力機械變速箱由液力變矩器與機械變速箱組成。變速箱的輸入軸和發動機飛輪聯結，動力經液力變矩器傳遞到后面的機械變速箱，再經輸出軸傳遞到車軸齒輪箱上，驅動車輪轉動。

液力變矩器由泵輪、渦輪、導輪三個工作輪組成，泵輪軸與發動機飛輪相聯，渦輪軸與機械變速箱的輸入軸相聯。三個工作輪組成了一個循環圓系統，有壓力的液壓油在這個循環圓中流動，即發動機輸出的轉速和扭矩，由泵輪通過液體傳遞給渦輪輸出。在這個能量傳遞的過程中，因為導輪的作用，使液力變矩器的渦輪扭矩與泵輪扭矩有一個變矩比，這個變矩比隨渦輪與泵輪之間轉速比降低而增加。因此液力變矩器能自動適應負載的變化，在負載增大時，液力變矩器的渦輪力矩自動增加，轉速自動降低；外負載減小時，情況相反。使液力傳動的牽引特性曲線形成一條近似的恒功曲線，即車速低時，牽引力大；車速高時，牽引力小。

TACN-33-2001變速箱的液力變矩器輸出到一個三檔變速箱，變速箱換檔采用電控液壓控制方式，由司機臺上的換檔手柄發出換檔信號，來控制變速箱上的電液控制閥，使不同的離合器處于掛檔狀態，實現變速箱的換檔操作。變速箱內的關鍵換檔部件是濕式離合器，它由粉片（與殼體相聯）和鋼片（與花鍵相聯）交錯疊串在一起組成。掛檔時，離合器油缸活塞在油壓下將粉片和鋼片疊壓在一起時，粉片和鋼片連同軸和殼體同步轉動。否則鋼片與軸轉動，而粉片與殼不轉，即為脫檔。

為了提高檢修車的牽引速度，在液力機械變速箱上除了三個液力檔，還設置了一個直接檔，直接檔減速比和三檔相同。變速箱可自動監測到檢修車運行速度，在速度達到75 km/h時，直接檔自動投入工作。直接檔工作時，液力變矩器閉鎖，此時的傳動相當于純機械傳動，從而實現檢修車最高車速120 km/h的目標。

2.3 傳動軸

用萬向節傳動軸來適應輸入和輸出軸間的角度和長度的不斷變化。

2.4 分動箱

分動箱為齒輪箱，通過萬向軸從發動機自由端取力。共有三個輸出口，分別驅動空壓機、靜液壓油泵和液壓系統油泵，從而為整車的制動系統提供風源，為散熱系統風扇驅動馬達提供能源，以及為立柱平臺和起重機提供液壓系統能量來源。

2.5 車軸齒輪箱

車軸齒輪箱的作用是傳遞并增大到車輪的扭矩，并將繞車體縱軸的轉動變成繞車軸軸線的轉動。

3 牽引特性

發動機輸出的轉速和扭矩經過液力機械變速箱的液力變矩器，發動機的輸出特性由近似于直線轉變為一條近似雙曲線的形式，滿足機車牽引要求的牛馬特性。即速度低時扭矩大，速度高時扭矩小，也就是起動時扭矩最大，可大大提高牽引重車時的起動能力；而高速時牽引重量降低，又可大大提高整車的運行速度。能夠適應高速鐵路列車快速到達的要求，又可作為牽引車牽引一定重量的車輛〔3〕。

發動機與液力機械變速箱匹配后，整車的牽引特性，見圖2，具體計算過程可參照機車牽引規程。圖中橫坐標為車速，km/h；縱坐標為牽引力，kN；四條粗實線表示四個檔位下的最大牽引力和車速，其中H1，H2，H3分別表示液力一檔、液力二檔和液力三檔，D3表示直接檔。圖中的虛線表示牽引不同重量、不同坡道下的阻力。實線與虛線的交點即為該牽引工況下的最高車速。從圖中我們可以得出如下結論：該檢修車最大起動牽引力53 kN，最高車速120 km/h，在最高車速時可牽引46 t在平直道運行。

圖2 檢修車牽引特性曲線

4 結束語

通過對120 km/h接觸網檢修車動力傳動系統組成部件及其匹配性能的分析可以看出，所選擇的動力系統形式和配置在牽引性能方面完全可以達到預期目標，與電傳動方式相比還具有配置簡潔、操作簡便、易于維護等優點，可為以后更高速度的接觸網作業車動力系統設計提供參考。

同時應該看到，目前國內沒有同等級的液力機械變速箱，該產品完全依賴進口，缺乏自主性和選擇性。另外，液力傳動對更高的速度要求有一定的局限性，我們還應開發其他的傳動方式，開發出140 km/h、160 km/h的接觸網作業車，不斷適應我國高速鐵路的要求。

[1] 朱熹鋒.機車總體結構及設計[M].成都：西南交通大學出版社，2010.

[2] 李飛鵬.內燃機構造與原理[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

[3] 饒忠，陸嘯秋.列車牽引計算[M].北京：中國鐵道出版社，2010.