淺談氣動換擋裝置在邊坡清篩機走行系統的運用

朱代雄 高 珍

（中車北京二七機車有限公司，北京100072）

0 引言

鐵路線路道床及邊坡對線路上部的鋼軌和枕木極為重要，實踐證明，對邊坡道碴尤其是板結的石碴進行清篩，對于改變道床邊坡的彈性、排水性能，恢復其承載能力是一種行之有效的措施。而邊坡清篩機的引進、投入使用滿足了國內鐵路養護行業的需求，它一次作業能實現對軌枕兩側0.8 m的道床邊坡進行挖掘、輸送、篩分、回填、整形和清掃作業，最大作業效率1 200 m3/h，實現了對25 mm以上方形舊石碴的重復利用，節省資源的同時大大提高了鐵路養護作業效率。

受鐵路線周邊環境制約以及為滿足鐵路線上的連續性作業、快速整治并投入使用（鐵路線上開天窗時間短）的要求，鐵路局還相應配置了其他的工程養護機械，如物料運輸車、搗固車等，而在進入和離開作業區間時，需要將邊坡清篩機與其他車輛進行編組，這就涉及車齒箱掛擋和空擋功能的頻繁切換，本文系統闡述了邊坡清篩機走行系統及氣動換擋裝置的結構特點和工作原理，對氣動換擋裝置的故障原因進行了分析，并結合現場經驗給出了相關建議。

1 走行系統的主要參數及要求

邊坡清篩機由裝載車和篩分車兩節車組成。裝載車為整車提供動力，走行系統采用閉式靜液壓系統（圖1），液壓油持續在泵和馬達之間流動，液壓油箱起到散熱和補油的作用。全車有八個靜液壓泵，其中兩個為專用行駛泵，其余六個泵用于輸送帶和挖掘斗輪的工作，在走行模式下也用于行駛，但走行模式下最多只能有五個泵同時用于走行。

圖1 閉式靜液壓系統

篩分車有兩個從動轉向架，裝載車有兩個動力轉向架。每個動力轉向架有兩個動力軸，動力軸由變量靜液壓馬達經過兩級變速驅動，每個輪對的車軸齒輪箱上安裝有一個變量液壓馬達，馬達最大排量250 cm3/h，每個驅動馬達都配有一個手動截止閥。當驅動馬達或傳動箱出現故障時，手動截止閥不但可以在故障診斷時分開每根驅動軸，而且能夠將四個傳動箱中的一個分開，另外三個運行作業。

變速箱為氣動換擋，只有停車時才能進行換擋，在停車以及整車處于聯掛狀態時換擋處于中位（即空擋位）。它的設計能同時滿足以下要求：

（1）適用于1 435 mm標準軌距，車輪直徑915 mm；

（2）適用于雙向運轉，車軸齒輪箱有空擋和運行擋（高擋自走行、低擋作業），兩擋位之間的換擋操作方便、靈活；

（3）滿足作業速度0～4 km/h、最大自走行速度80 km/h、最高聯掛速度120 km/h要求。

2 換擋裝置的結構特點及工作原理

2.1 結構特點

邊坡清篩機由裝載車上兩個動力轉向架驅動，圖2是邊坡清篩機的動力轉向架。車軸齒輪箱通過兩個圓錐滾子軸承支承在車軸上，另一端通過連接板等懸掛于轉向架構架上，屬于軸懸齒輪箱，因此其齒輪、軸承以及齒輪箱箱體承受來自軌道的沖擊。

比如，跑腿小哥，他們每天“往死里跑單”，跑得多的每天至少有兩三百千米，但是卻沒有社會保障。甚至在具體協議中，由于不存在勞動關系，勞動者與平臺之間不存在繳納相關社會保險的義務，而勞動者由于患病或工作期間負傷，應自行承擔相關責任，與平臺方無涉。可見，零工經濟帶來了自由和效率，但也讓勞動關系確認變得更加復雜。

圖2 動力轉向架結構

動力轉向架的擋位切換由氣動換擋裝置來執行，其主要由換擋氣缸、安裝座、傳感器等部件構成，如圖3所示。換擋氣缸與其安裝座固定在車齒箱上，氣缸桿與車齒箱內部的齒輪副一端連接，齒輪副的另一端安裝有傳感器，用于檢測執行機構是否到位。

圖3 氣動換擋裝置結構

2.2 工作原理

齒輪箱的原理如圖4所示。高速自運行和作業模式下，駕駛員通過司機室微機給電磁閥電信號（圖5），電磁閥閥芯動作接通換擋氣缸上相應的空氣回路（圖6），進氣克服彈簧阻力向左移動，帶動嚙合套也一起向左移動，當嚙合套Z5與Z3完全嚙合時，換擋氣缸走完行程并鎖住，此時車齒箱上的接近開關得到信號，將信息反饋給微機，此時顯示屏顯示處于掛擋位置。此時鎖定銷不能鎖定，車齒箱上的馬達輸入的動力通過輸入花鍵軸、嚙合套傳遞給主傳動齒輪箱，帶動從動齒輪，然后帶動車軸和車輪，從而實現走行驅動功能。

圖4 換擋齒輪箱原理圖

圖5 換擋動作電氣控制原理圖

當邊坡清篩機處于聯掛運行或空擋位時，換擋氣缸相應回路接通，氣缸桿帶動嚙合套移動，當嚙合套Z5和主動齒輪嚙合端Z3完全脫開時，換擋氣缸走完行程并鎖住，此時車齒箱上的接近開關得到信號，將信息反饋給微機，顯示屏顯示處于空擋位置。此時，從動齒輪反向帶動主動齒輪軸旋轉，而嚙合套、輸入軸和馬達均不旋轉，這樣就處于空擋位置。而這時鎖定銷可以正常鎖定，防止誤操作或其他原因導致齒輪箱內部的齒輪嚙合帶來損壞。

圖6 換擋氣缸管路連接圖

不同工況下換擋氣缸接口情況如下：

（1）高擋（H擋）：氣缸H口有風，其他口無風；

（2）低擋（L擋）：氣缸L擋、N擋有風，H口無風；

（3）空擋（N擋）：氣缸H口、N口有風，L口無風。

3 換擋裝置的故障及原因分析

3.1 機械部件

氣缸機械動作不到位或推動不了內部的嚙合套，這是在現場中最常見的故障，其主要原因是換擋氣缸調整不到位。如圖7所示，換擋氣缸通過襯套、墊片和螺釘固定到車軸齒輪箱上的安裝座上。

圖7 換擋氣缸安裝圖

影響氣缸動作是否可靠、準確的主要因素有：

（1）安裝座的加工精度。其直接決定了氣缸桿是否與齒輪軸同軸，如果不同軸，氣缸在推動齒輪副的過程中同時承受徑向剪切力，容易致使氣缸桿磨損甚至折斷。

（2）襯套及調整墊的安裝。由于車齒箱承受來自軌道的沖擊，襯套及調整墊的安裝狀態直接決定了氣缸能否自動補償，如果不進行調整會直接導致機構卡滯甚至氣缸桿折斷。

（3）緊固件的松動。受工作環境的影響，標準件易松動，致使氣缸位置波動而不能推動執行機構動作。

3.2 檢測部件

車齒箱的接近開關反饋信號不正確。由于車齒箱承受來自軌道的沖擊，在調試的過程中如果沒有通過加墊等方式對傳感器進行精確調整，接近開關與齒輪軸檢測處容易發生磨損，從而導致檢測機構的行程不到位，檢測信號不能準確傳輸。

3.3 控制回路

氣缸供風系統漏風或氣路不通。這會直接導致氣缸不動作或氣缸動力不足以推動齒輪副動作，從而不能實現車齒箱換擋動作。

4 保證換擋裝置工作可靠性的建議

為了保證換擋裝置工作的可靠性，經過組裝以及調試過程中的試驗，對保證換擋裝置工作可靠性的建議總結如下：

（1）氣缸安裝座安裝前進行檢查，保證氣缸桿相對于齒輪副的連接處同軸，這樣才能保證氣缸桿動作順暢；同時由于車齒箱承受來自軌道的沖擊，氣缸固定襯套與安裝座間應采用間隙配合，這樣能讓氣缸在工作時自動進行補償，而不至于出現換擋困難的現象，可以在安裝前用外接風源對氣缸與車齒箱的聯動進行測試，在氣缸調整完畢后將固定螺栓涂抹樂泰螺紋緊固膠，并在易觀察處換防緩線定期進行檢查。

（2）對不同位置處的傳感器進行精確調整，在相應的位置處測量深度并加墊調整，保證傳感器活動部件的行程滿足接觸和離開齒輪軸兩種工況；另外，為了驗證電氣系統和氣動系統是否存在問題，可以通過松動氣缸上的進氣管路驗證換擋動作是否正確。

（3）安裝時注意當換擋氣缸處于中位時鎖定銷能正常鎖定。

（4）當出現換擋信號顯示沒有掛上擋位時，可以將機車在原有擋位狀態下向前或向后走行一段，然后進行換擋操作，直至車軸齒輪箱內部的齒輪能正確嚙合，如果鎖定銷能正常入位，則說明車齒箱處于中位（即空擋位），這時可進行聯掛牽引。

5 換擋裝置的應急處理方案

對于邊坡清篩機上使用的氣動換擋方式，由于采用氣缸帶動齒輪離合的方式來實現換擋，重點在于保證空氣系統有風。在邊坡清篩機由于故障不能啟動柴油機、失去動力的情況下，車輛可以通過臨時增加管路接通空氣回路的方式，將列車管直接與換擋氣缸的管路連通，這時可以利用管路剩余用風通過減壓操作來實現換擋操作；甚至在整車不能正常供電、微機不能正常工作的緊急情況下，將換擋氣缸的控制管路和救援車輛的列車管聯通，也可實現換擋操作，將機車調離現場。

6 結語

走行系統工作的可靠性和穩定性涉及行車安全，尤其是針對養護機械的高低速工況，而氣動換擋裝置的設計使用無疑適應了養護機械在鐵路線上作業的需求，其操作使用簡單，經精確調試后氣缸工作可靠，便于維護，換擋裝置故障點易查找且處理起來方便，對于提高機車在線路上出現故障時的應急處理效率具有明顯優勢，為今后開發同類產品打下了堅實基礎。

[1]周明連.液壓與氣動技術[M].北京：北京交通大學出版社，2012.

[2]何學科.鐵道工務[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

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