鐵路設備用DANA變速箱反拖潤滑系統改進研究

摘 要：研究經過多年的實踐經驗，結合鐵路運用無動力回送運行要求，提出既有設備采用雙向泵作為潤滑動力源，通過工作壓力判斷工作狀態的創新方案，判斷及監測設備長距離運行狀態，可有效解決正常工作散熱及長距離無動力反拖過程中離合器、齒輪潤滑不足的問題。本次改進研究適用于采用液力機械驅動的軌道工程車輛，可有效提高該類型設備的適應能力及延長線路運行壽命。

關鍵詞：軌道車輛；變速箱；潤滑閥；反拖潤滑系統改進

中圖分類號：U 26" 文獻標志碼：A

隨著鐵路交通的不斷發展，工電自輪運轉特種設備在鐵路線路維護和保養中發揮著至關重要的作用。然而，在養路機械的使用過程中，其回送問題也一直是鐵路部門關注的焦點之一。其中，無動力回送作為一種重要的回送方式，具有節能、環保、經濟等顯著優勢，因此，對其進行深入研究具有重要意義。經過長期研究拖行工況，并對青藏鐵路進行10次以上運行驗證發現，常規的末級離合器形式變速箱存在脫掛不可靠等問題，一直困擾工電自輪運轉特種設備的運用情況。在實際應用中，工電自輪運轉特種設備無動力回送的方式多種多樣，例如利用平板車、掛車等運輸工具進行牽引或推送。同時，為了保證無動力回送的順利進行，還需要對運輸路線、道路條件等進行充分調查和評估，保證運輸過程中不出現意外情況。

結合上述情況，工電自輪運轉特種設備無動力回送研究是一個值得深入探討的課題。通過不斷研究和創新，可以為鐵路交通的可持續發展提供有力的技術支持和保障。

1 反拖潤滑系統的優化意義

在機械工程的領域，液力傳動箱的應用領域特別廣泛，液力傳動有良好的自適應能力，液力變矩器與發動機合理匹配及控制是提高液力傳動機車動力性和經濟性的關鍵[1]，同時可以實現連續變速，既能夠避免發動機因外負載突然變化而熄火，又能夠滿足車輛牽引工況和運輸工況的要求。軌道車輛液力傳動有優點，也有缺點，反拖問題便是其一，反拖時機器的變速箱離合器會因沒有壓力源會導致摩擦片燒結損壞[3]。

當反拖時，為了解決傳動箱的故障，傳統的處理方式有兩種，第一種是通過拆卸傳動箱的傳動軸來斷開變速箱的動力，運行麻煩，費時費力，不利于車輛規范運行。第二種處理方式是通過額外的動力源驅動泵，通過換向閥來給反拖時傳動箱提供潤滑油，這種方式安裝復雜，需要額外的動力接口，同時換向閥不與傳動箱的走行關聯，無法在反拖時自動給傳動箱潤滑[2]。

由于大型養路機械在鐵路上需要雙向運行，因此選用雙向泵作為潤滑系統的動力源，雙向泵正反兩個方向都是可以旋轉的，并沒有左右旋之分，可以保證兩個方向都能正常運轉。潤滑泵為持續工作狀態，因此如何判斷、分配散熱油、拖行泵潤滑油的油路十分關鍵。本文提出的改進方案為泵出口的潤滑閥提供離合器潤滑需求的壓力油和流量，從而解決反拖工況潤滑的重大問題。本次改進后可以拓展應用于軌道清掃車，除雪車，探傷車等鐵路養護車輛。

2 反拖潤滑系統的組成及工作原理

2.1 反拖潤滑系統組成

反拖潤滑系統主要由潤滑壓力傳感器、冷卻器 、潤滑油溫表 、反拖潤滑閥 、精濾器 、潤滑泵、粗濾器 、工電自輪運轉特種設備傳動箱等組成。

2.2 反拖潤滑系統介紹

工電自輪運轉特種設備用傳動箱的反拖潤滑液壓控制系統原理如圖1所示，潤滑泵從傳動箱油底殼吸油后經吸油粗濾器到精濾器，過濾后的油到反拖潤滑閥，反拖潤滑閥為液控多功能閥，當傳動箱正常運轉時，反拖潤滑閥的出油直接回油底殼。當傳動箱被反拖時，反拖潤滑閥的出油經冷卻器到傳動箱潤滑。潤滑泵為雙向泵，車輛被牽引時前進、后退動作時，取力口的旋轉方向不同。為保證兩個方向都能正常運轉，選用的雙向泵正反兩個方向都可以旋轉，沒有左右旋之分，潤滑泵只有一個吸油口和一個壓力油口，沒有泄露油口，泄露油在泵內部被吸收。無論正轉還是反轉，吸油口和壓力油口位置不變。反拖潤滑閥的換向控制是根據傳動箱是否正向運行判斷的，當傳動箱正常運行時，傳動箱自帶的潤滑泵會有2.2MPa～2.5MPa的壓力輸出，這個壓力控制反拖潤滑閥處于溢流狀態；當反拖時，傳動箱自帶的潤滑泵無法正常運行，無壓力輸出，反拖潤滑閥換向到另一位置傳動箱的離合器潤滑[4]。

2.3 反拖潤滑優化改造方案

對變速箱進行改造：將原先離合器結構取消，將3-輸出軸與22-滑套齒間長嚙合（如圖2所示）→增加潤滑系統泵源（如圖3所示，本技術方案可在變速箱取力口位置設置泵源，或在輸出法蘭位置增加皮帶輪驅動泵源）→基于皮帶輪驅動方案，通過張緊螺桿頂住泵總成上下滑動張緊皮帶（此結構包括安裝底座、滑動螺紋塊、滑動板、張緊螺桿、壓板、泵總成組成）→增加拖行油路監控系統，在運行過程中實時監控拖行狀態的潤滑油溫及壓力。

2.4 反拖潤滑控制邏輯及工作原理

反拖潤滑設計及控制邏輯是潤滑系統的關鍵。反拖潤滑閥為液控換向閥，它與傳動箱的走行系統結合，通過設置反拖潤滑系統判斷邏輯，選用傳動箱主油壓控制來判斷工作狀態。當變速箱處于工作狀態（走行）時，變速箱主油壓有固定壓力值，反拖潤滑閥將潤滑泵泵出的油接回到油底殼，避免與正常潤滑散熱油路重合，影響正常散熱。變速箱被反拖狀態時，傳動箱主油壓為0～20kPa，反拖潤滑閥開始換向，潤滑泵的油進入傳動箱給離合器進行潤滑及散熱，避免反拖時變速箱因潤滑不到位而損壞[5]，散熱及潤滑管路的分流作用及穩定性，對整個散熱及潤滑系統起著至關重要的作用。

3 試驗驗證過程

根據《鐵路大型養路機械檢查與試驗方法》（GB/T 25336—

2018）、《GCX-1000軌道除雪車液力機械變速箱惰行裝置試驗大綱》和《鐵路大型養路機械通用技術條件》 （GB/T 25337—

2018）的建議，對變速箱結構及工況進行分析，提出變速箱潤滑試驗臺[6]，在臺架上檢測反拖潤滑系統的性能，對溫度、流量、壓力進行監測。

液力機械變速箱的運行轉速如下：額定轉速為250r/min，最高轉速為 2550r/min，累計試驗時間超過5h。在試驗過程中，記錄潤滑系統的壓力、溫度，驗證系統工作穩定性。

測溫點布置點位置、流量點布置點位置見表1和表2。通過流量計、溫度傳感器、壓力傳感器等測試儀器記錄各位置點的流量、壓力、溫度參數，記錄不同轉速下各參數的變化。

4 試驗結論

4.1 測試點的傳感器測試數值記錄

表3是反拖電機在特定時間在不同轉速、從不同的輸入旋向看，用流量傳感器來測試泵出口、反拖潤滑閥到散熱器和散熱器出口的流量、壓力、溫度的記錄數據。

4.2 數值分析

潤滑溫度變化曲線和潤滑流量變化曲線如圖4和圖5所示。

通過分析測試數據針對齒輪箱軸承的潤滑系統與溫升限制要求[7]，可得出以下結論。1）反拖潤滑系統滿足低速運行能力，250r/min時有8.5L/min的流量輸出。2）反拖潤滑系統運行非常良好，最高溫度為96℃。3）潤滑壓力的最大值為360kPa，小于變速箱要求限值。

5 結論

綜上所述，經過低速和高速不間斷的運行測試，反拖潤滑系統設計能滿足使用要求，并得出以下結論。1）低速工況時（驅動轉速低于300r/min），正常工作與無動力反拖流量數據差別不大，反拖的流量能夠滿足DANA傳動箱最小流量的要求（傳動箱要求大于6L/min），不影響傳動箱的正常運行，滿足設備前后雙向運行的工況要求。2）溫度平衡，反拖時沒有散熱器來強制散熱，需要通過自然風冷，經過5h運行，將溫度平衡在100℃以下，不高于傳動箱的最高溫度限制，滿足設備運行要求。3）潤滑壓力正常，潤滑壓力小于500kPa的傳動箱要求，傳動箱可正常潤滑。4）潤滑系統切換正常，性能穩定可靠。工電自輪運轉特種設備傳動箱采用反拖潤滑系統滿足設計要求，在正常作業使用及無動力切換過程中均能正常運行，散熱及潤滑功能正常。

參考文獻

[1]李連凱，劉軍，楊大偉.城軌調車機車柴油機與變扭器匹配特性研究[J].軌道交通裝備與技術，2021（5）：62-64.

[2]劉炳利.機車無動力回送技術新方案研究[J].鐵道機車與動車，2020（1）：13-15.

[3]劉海林.大噸位叉車變速箱離合器反復燒結故障的整治方案[J].工程機械與維修，2021（3）：78-79.

[4]袁哲，臧宏達，馬文星，等.變速箱潤滑油路仿真分析及結構優化[J].吉林大學學報（工學版），2020，50（4）：1257-1264.

[5]朱浩月，蔡祖戈.工程機械變速箱潤滑流量仿真分析[J].建筑機械，2018（9）：50-52.

[6]王瑞欣，程曼，劉紅旗，等.變速器潤滑試驗臺的研究與設計[J].機電產品開發與創新，2017，30（4）：1-2，12.

[7]薛文根，劉瑩，陸海英.齒輪箱軸承的潤滑方程分析與溫升試驗研究[J].鐵道科學與工程學報，2020，17（2）：469-476.