低地板有軌電車集成式真空注油機的設計研究

彭志強

摘要：本文主要根據客戶企業需求設計并制造了針對低地板有軌電車抗折彎系統的集成式真空注油機，分別對集成式真空注油機的五個部分（真空除氣系統、加壓注油系統、電控系統、抗折彎手動加載系統和推車）進行了介紹，經交付客戶企業后，集成式真空注油機的各項性能參數均符合預期性能指標。

關鍵詞：低地板有軌電車;集成式真空注油機;設計

0? 引言

低地板有軌電車是目前世界范圍內“最綠色”的交通工具之一，可在現有城市道路基礎上鋪設軌道，與其他車輛共享路權，建設成本僅為地鐵和城軌的30%。低地板有軌電車作為一種中等運量的軌道交通系統，以其良好的適用性和設計的靈活性可以滿足不同城市、不同區域、不同時期對于公共交通的不同需求。其采用了模塊化設計、超級電容供電、抗折彎系統等多項先進技術。其中抗折彎系統用于防止單個車體模塊在車輛行駛于直軌和曲軌上、以及駛入和駛出曲線時不必要的位移和運動，主要包括鉸接裝置、控制液壓缸、主控閥塊、緩沖液壓缸、緩沖閥塊、輔助閥塊和蓄能器等部件。該系統具有橫向減振的功能，可提高列車行駛的舒適性。如果一旦抗折彎系統失效不僅會影響車輛的運行性能，而且還有可能危及車輛和乘客生命安全。

抗折彎系統作為典型的液壓裝置，影響其正常工作的因素主要在于液壓油的質量，而液壓油質量主要取決于輸送液壓油的設備性能好壞。而為液壓系統輸送液壓油的設備主要是注油機，傳統注油機是以開放式油箱和普通液壓泵為液壓系統提供油液，液壓油長期暴露在大氣中，導致油液中溶解了部分空氣。當低地板有軌電車緊急制動時，溶解在液壓油中的氣體會分離出來，形成“氣蝕”現象，直接影響制動效果和列車運行的平穩性。

為了解決“氣蝕”現象，并能綜合解決抗折彎系統的其他問題，提出‘集成式真空注油機’方案。旨在設計一款能除去液壓油中空氣、清洗抗折彎系統液壓回路、測試抗折彎系統性能的集成式裝置，并能通過PLC和工業觸摸屏對整個注油機各個模塊進行監測和控制。

1? 集成式真空注油機的設計

為完成低地板有軌電車抗折彎系統的注油等系列任務，根據廠家要求對產品的要求，設計了針對低地板、城軌專用的集成式真空注油機，包含5個部分：真空除氣系統、加壓注油系統、抗折彎手動加載系統、電控系統和推車。集成式真空注油機采用模塊化設計，既可以單獨拆分進行獨立的功能測試，又能夠通過電控系統對其進行各項數據進行采集和自動化控制，具有集成化，模塊化設計、輕量化設計、方便組合拆分、操作簡單、使用壽命長、維護成本低等優點。

1.1 真空除氣系統

真空除氣系統能快速去除液壓系統中混入的空氣，原理圖如圖1所示，主要包含交流220V電機、真空泵、過濾器、真空蓄能器、電磁截止閥、快速接頭等部件;包含由快速接頭、渦輪轉子流量計、玻璃管浮子等觀察真空除氣效果的顯示模塊，包含9組球閥和快速接頭的多路供油模塊。系統首先驅動真空泵、真空蓄能器和壓力傳感器從封閉郵箱中抽取空氣，使整個油箱系統中的維持在-1～-0.5bar之間，再由加壓注油系統從封閉油箱吸取油液通過快速接頭流入渦輪流量計等部件，以可視化的形式顯示油管內油液流動形態。

1.2 加壓注油系統

加壓注油系統主要用于抗折彎系統管路的清洗、排氣、注油及加壓，原理圖如圖2所示，主要部件包括由交流220V電機、齒輪泵、吸油過濾器組成的動力部分;由溢流閥、安全閥、單向卸荷閥、發力傳感器和壓力表組成的壓力控制部分;由雙位比例節流閥和流量傳感器組成的流量控制部分;有溫度傳感器和液位傳感器組成的監測部分。在真空除氣系統的作用下，封閉油箱的壓力整體處于負壓狀態，經過除氣后的油液在動力部分的作用下，經過壓力控制部分和流量控制部分的雙重作用后，流入真空除氣系統中顯示模塊和多路供油模塊，用于防折彎系統管路的清洗、排氣、注油及加壓。

1.3 電控系統

電控系統主要用于控制真空除氣系統和加壓注油系統，具體控制真空除氣系統的真空泵啟停、吸氣開關的開關、自動加油除氣的啟停/故障的顯示報警、注油機各個檢測部分的數據采集和反饋;加壓注油系統油泵的啟停。各個部分通過航空插頭來與電控系統進行連接，可以單獨進行控制，也可以由PLC行進自動控制。

1.4 抗折彎手動加載系統

抗折彎手動加載系統主要泄漏測試（加壓測試）、確定系統剛度、給系統補注少量的液壓油以及調整系統運行壓力，如圖3所示，包含手動加載泵、溢流閥、手動換向閥、旁通節流閥、高壓球閥、增速缸等部件。抗折彎手動加載系統可根據實驗情況對低地板有軌電車的抗折彎系統進行剛度實驗、滲漏實驗。

剛度實驗和泄漏實驗同步進行，首先緩慢輕壓手動泵的壓桿，將防折彎管路內的壓力加壓至115～120bar，增速缸作用在抗折彎系統上，以高負載檢測抗折彎系統剛度;然后將管路壓力穩定在115～120bar之間，穩定1分鐘，讀取液壓壓力表的讀數P1，3分鐘后，再次讀取液壓壓力表的讀數P2，要求要求P1-P2≤10bar，最后維持防折彎管路內的壓力在110bar以上，目視檢查整車防折彎管路的每個液壓管接頭，確認液壓管路沒有泄漏。

1.5 推車

由于低地板有軌電車較長，為擴展集成式真空注油機的工作范圍，將各部分系統按照一定位置關系集成在推車上，經最終裝配完成后，集成式真空注油機如圖4所示。

2? 總結

與傳統注油機相比，集成式真空注油機有如下特點：采用封閉式油箱，隔絕液壓油與大氣的接觸，減少污染物侵蝕液壓油;采用負壓除氣裝置，將溶于液壓油中的空氣抽取出來，提高液壓油的質量;集成抗折彎系統測試裝置，用于測試完成注油后的抗折彎系統泄露和剛度，確保抗折彎系統能正常工作;采用PLC、工業觸摸屏控制和各類型傳感器監測注油機的各個系統，如：封閉式油箱的真空度、封閉式油箱的液位傳感器、故障報警顯示和注油機各個檢測部分的數據采集和反饋等，確保注油機各系統的運轉都處于監測之下，保證低地板有軌電車的行駛安全。

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