鐵路機車車輛液壓起復機具液壓系統優化設計及分析

薛如慈 陳輝 張弛 王昊

摘要：液壓起復機具是鐵路機車車輛脫軌救援的重要設備，具有承載力高、操作方便、結構緊湊的特點，本論述介紹了液壓起復機具的組成和工作原理，提出了液壓起復機具液壓系統優化設計方案，進行了詳細分析，給出了液壓起復機具液壓系統使用建議，為鐵路機車車輛快速、安全、有效的實施救援提供參考。

關鍵詞：機車車輛;液壓起復機具;液壓系統;優化

中圖分類號：U294.27文獻標志碼：A

鐵路運輸中，安全是重中之重。因此對于鐵路運輸中因超速、碰撞、線路質量等原因引發的脫軌問題必須進行及時的有效處理，以盡快恢復正常運輸生產秩序。目前常用的復軌方法有頂復法、吊復法和拉復法。頂復法采用液壓起復機具通過頂升、橫移、落位的動作完成復軌作業，因具有復軌距離大、操作簡便、設備易運輸等特點而應用廣泛。吊復法采用起重機、吊具和索具等將事故車吊起實現復軌，需要使用專門的大型起重設備，不適合用于隧道、橋梁等不易實施作業的環境。拉復法采用復軌器、逼軌器或借助線路設備的自然條件，沿線路方向牽引實現復軌，也是原線開通法的一種，拉復法救援設備簡單，但不適用于線路損壞嚴重或脫軌列車傾斜嚴重的場合。近年來，在常見的脫軌事故進行救援工作中，起重機幾乎己經完全被起復機具取代;在大事故、特別重大事故中，起重機與起復機具共同使用，發揮各自優勢。

1液壓起復機具的組成及工作原理

液壓起復機具主要由支承部分、液壓泵站、頂升和橫移系統組成，具體如圖1所示。

其中，支承部分主要由橫移梁和墊梁組成，橫移梁用于放置橫移小車和頂升油缸，也是橫移小車移動的主要工作面，橫移梁有長橫移梁和短橫移梁，事故車脫軌后頂復點距軌面大于540 mm時選用長橫移梁，反之則選用短橫移梁;液壓泵站由電動機、液壓泵、控制閥組件組成，是整個液壓系統的動力源和控制操作部分，為液壓起復機具液壓系統提供液壓油，實現液壓系統的動作控制;頂升和橫移系統由頂升油缸、橫移油缸、橫移小車、旋柄式卡座組成，可實現脫軌機車車輛的頂升和橫移，完成機車車輛的復軌作業。

機車車輛脫軌后，首先需要完成液壓起復機具的現場組裝：軌道中間放置墊梁，將橫移梁放置在軌道和墊梁上方，橫移小車（含橫移油缸）放置在橫移梁上面，并將橫移小車上的防溜車裝置對準防溜孔，防止橫移小車移動，使用銷軸將橫移油缸較鏈與旋柄式卡座相連，將頂升油缸放置在橫移小車上，頂升油缸上放置油缸鎬帽。完成組裝后，操作控制閥組件進行起復作業：操作控制頂升油缸的換向閥，使頂升油缸伸出，頂起脫軌車體，當脫軌機車車輛輪緣高于軌面20 mm以上時，停止頂升作業;操作控制橫移油缸的換向閥，使橫移油缸活塞桿伸出，推動旋柄式卡座向前移動，當旋柄式卡座落入橫移梁上的方孔后，操作換向閥，使橫移油缸反向進油，拉動橫移油缸範體及橫移小車向前移動，重復作業，直至脫軌車輪對正基本軌，完成橫移作業;操作頂升油缸換向閥，使頂升油缸在車體自重作用下緩慢下降，完成落位作業。

2液壓起復機具液壓系統優化設計及分析

液壓起復機具液壓系統是液壓起復機具實施“頂升—橫移—落位”作業的動作執行系統，如何使液壓系統的設計更合理、更安全，是保障鐵路救援的關鍵。結合液壓起復機具實現的功能及使用要求，進行了液壓起復機系統優化設計，具體如圖2所示。

液壓起復機具液壓系統工作過程：（1）頂升作業：啟動電動機，液壓泵站13為液壓系統供油，調壓閥11調整系統油液壓力，操作換向閥5手柄，使油液經換向閥5左位進入雙向液壓鎖6，然后進入三級頂升油缸8下腔，三級頂升油缸8進油后逐級伸出，當升至合適位置后，操作換向閥5手柄，保持車體頂升;⑵橫移作業：操作換向閥10手柄，使油液經換向閥10左位進入橫移油缸9無桿腔，橫移油缸9活塞桿向外伸出，推動旋柄式卡座向前移動設定距離，隨后，操作換向閥10，使油液經換向閥10右位進入橫移油缸9有桿腔，橫移油缸9缸體向前移動，帶動與之相連的橫移小車向前移動，反復操作帶動車體移動至合適位置后，操作換向閥10手柄，保持橫移油缸不再移動;（3）落位：操作換向閥5手柄，使油液經換向閥5右位進入雙向液壓鎖6，然后進入三級頂升油缸8上腔，三級頂升油缸8逐級下降，直至車輪接觸軌面，完成礎作業。

在液壓起復機具液壓系統中，主要從提高救援效率和使用安全性方面考慮，進行了以下優化設計：

（1）液壓泵出油口增加單向閥。在液壓泵站的液壓泵出油口增加一個單向閥，可有效防止因系統異常而引發的油液逆向回流問題，同時防止拆卸油管時，發生油液泄漏和系統內部進入空氣的問題。單向閥因進出油口壓力差而發生反向關閉的特性，還可以使液壓系統實現短時間保壓，避免因液壓泵站故障或系統壓力異常發生油缸運動進而導致事故發生。

（2）采用先導式溢流閥卸荷回路。在液壓系統中，采用先導式溢流閥和二位二通手動換向閥組成卸荷回路，實現液壓系統的安全保護和液壓泵的卸荷功能。通過二位二通手動換向閥不同工作位置的選擇，可以使先導式溢流閥在液壓系統正常工作時實現安全保護的作用，在系統暫不供油時實現液壓泵的卸荷。先導式溢流閥的恒定壓力性能優于直動式溢流閥，這種卸荷回路卸荷壓力小，切換時較平穩。

（3）選用無彈簧定位型手動換向閥。換向閥是液壓起復機具的主要操作閥件，其性能好壞直接影響液壓系統的控制性和安全性。考慮到液壓起復機具操作中，需同步進行觀察、操作，因而選用手動換向閥。換向閥還應具有操作順暢、工作位準確、工作位鎖定等性能，因此選用無彈簧定位型手動換向閥，確保換向閥換位順暢，且換位后能保持在當前工作位，直至下_次的操作，保證液壓系統安全運行。

（4）頂升系統增加雙向液壓鎖。雙向液壓鎖是由兩個液控單向閥組合而成，具有可靠的保壓性能。頂升系統主要是進行車體頂升作業，頂升后需保持頂升狀態進行橫移作業，要求頂升油缸具有較高的承載力且能保持一段時間，因此在頂升系統中增加雙向液壓鎖，可以為頂升油缸的保壓過程提供安全保障。同時，在液壓系統發生油液泄漏、爆管等異常情況時，由于系統壓力急劇下降，雙向液壓鎖出口壓力大于進口壓力，產生閉鎖，可以保障頂升油缸和橫移油缸短時間內不會發生突然回縮問題，避免發生車體傾覆事故。

（5）頂升油缸增加安全閥。在頂升油缸上連接一個溢流閥作為安全閥，對頂升油缸起到限壓保護作用，當系統壓力過大時，該溢流閥會因壓力超限自動打開泄壓，保護液壓系統中的各元件，避免引發意外事故。

3液壓起復機具液壓系統使用建議

液壓起復機具主要用于脫軌機車車輛的救援作業，由于列車脫軌現場情況復雜，使用環境各有不同，液壓系統有其自身使用特點，因此在液壓起復機具使用中應注意按照相關要求使用，以免引起液壓系統故障，無法順利完成救援作業。

在液壓起復機具液壓系統使用中，應做好使用維護和定期維護。使用維護是指在液壓起復機具液壓系統使用中，需觀察液位計指示情況檢查液壓泵站儲油量，操作控制閥組件手柄檢查控制閥是否能順暢操作，觀察壓力表示數檢查液壓泵站工作情況及閥件、系統是否存在漏油情況，及時扣合油管防塵帽防止污染油管及液壓油。定期維護是指依據液壓系統各部件特點進行定期檢查維護：定期緊固液壓缸、閥件、油管中的連接件，至少每月緊固一次;定期觀察液壓油油量、顏色、氣味，檢查液壓油是否變質或混入空氣，及時進行油箱清洗和液壓油更換;觀察是否存在泄漏，定期更換密封件，密封件的使用壽命一般為一年半左右;定期清潔液壓泵、油缸、閥件、油箱、油管接頭的灰塵污物，液壓閥應每隔一年清洗一次，液壓缸每隔五年清洗一次，油箱每隔12-18個月清洗一次，液壓管道每隔一年清洗一次，清洗時應同時更換密封件;定期清洗或更換過濾器濾芯，需根據過濾器具體使用條件制訂清洗或更換周期。

液壓起復機具是鐵路救援中的重要設備，其性能的優劣直接影響救援效率與安全性。本論述在現有液壓起復機具液壓系統的基礎上，從提高液壓起復機具的救援效率和使用安全性角度，對液壓系統進行了優化設計，通過在液壓泵站中增加單向閥、采用先導式溢流閥卸荷回路的方式提高液壓泵站的安全性和使用效率，采用無彈簧定位型手動換向閥使液壓系統換向工作更加可靠，頂升系統增加雙向液壓鎖和安全閥保障頂升作業安全可靠，提高了液壓起復機具的適用性、安全性和可操作性，對于提升我國鐵路救援裝備有著重要意義。

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