科技・探索・争｜｜ｌ Ｓｃ科ｉｅｎｃｅ＆Ｔｅ技ｃｈ视ｎｏｌｏｇｙ界 Ｖｉｓｉｏｎ ＧＣＳ－８０铁路道床除沙车工作小车升降液压 系统原理的设计 聂大安 （中国铁建高新装备股份有限公司，云南昆明６５０２１５） 【摘妻】本文根据ＧＣＳ一８０铁路道床除沙车工作小车的结构特点和动作要求，通过采用高低压力切换控制、节流调速、同步分流马达等方 式，设计了具有良好的调速和同步特性，以及节能效果的升降液压系统，满足了工作小车在各种ｚ＝￣ＬＴ的作业要求。 【关键词】除沙车；工作小车；液压系统；升降 Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ＧＣＳ一８０ Ｒａｉｌｗａｙ Ｔｒａｅｋｂｅｄ Ｓａｎｄ Ｒｅｍｏｖａｌ Ｖｅｒｄｅ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ ａｂｏｕｔ Ｌｉｆｔｉｎｇ ｏｒ Ｌｏｗｅｄｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｃａｒ ＮＩｌＥＤａ—ａｎ ． （Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｌａｒｇｅ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ＣＯ．ＬＴＤ，Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｙｕｎｎａｎ ６５０２１５，Ｃｈｉｎａ） 【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｆｅａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｍｏｔｉｏｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃａｒ ｏｆ ＧＣＳ一８０ ｒａｉｌｗａｙ ｔｒａｃｋｂｅｄ ｓａｎｄ ｒｅｍｏｖａｌ ｖｅｈｉｃｌｅ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｗａｙ ｏｆ ｕｓｉｎｇ ｈｉｓｈ ａｎｄ ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｈｒｏｔｔｌｅ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ，ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｗｉｔｈ ｇｏｏｄ ｔｉｍｉｎｇ ａｎｄ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ， ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ Ｃａｒ ｉｎ ｖａｒｉｏｕｓ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ． 【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］Ｓａｎｄ ｒｅｍｏｖａｌ ｖｅｈｉｃｌｅ；Ｗｏｒｋｉｎｇ ｃａｒ；Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ；Ｌｉｆｔｉｎｇ ｏｒ ｌｏｗｅｒｉｎｇ １．２液压系统的作业要求 １．２．１小车框架的提升和下降 兰新高铁是中国西北地区修建的首条高速铁路．东起兰州。途经 在放小车框架时．要求小车框架的四个车轮尽可能同时落到轨面 西宁．西至乌鲁木齐．全长１７７６公里，也是世界上首条修建在高寒风 上；不管是提升还是下降，都要求速度平稳，并能够在任意位置停止。 沙区域的高速铁路。由于车辆运行时速在２００公里以上．途经风沙区 １．２．２罩体的提升和下降 域段时。沉积到道床上的沙尘将对线路的运营安全产生不利的影响。 罩体在钢轨和扣件处有紧贴的缺口．作业时．罩体的下边缘需落 ＧＣＳ一８Ｏ铁路道床除沙车是我公司最新研究开发的一种高速铁路用大 至轨面以下并贴近道床板，因此，为保证罩体的缺口不与钢轨碰撞，罩体 型养护机械设备．主要以兰新高铁的道床结构及线路运行情况为设计 升降过程中应速度平稳。并尽可能保持水平，且能够在任意位置停止。 依据．用于清除沉积在道床表面的沙尘，保证高铁车辆在兰新高铁线 １．２．３提供下压力 路风沙区域段的正常运行 作业过程中．工作小车只由牵引杆牵引向前作业．仅靠自身重力 ＧＣＳ一８０铁路道床除沙车由主车和工作小车两部分组成．作业时工 还不足以保证小车在曲线上的运行安全．必须给小车提供垂直下压 作小车与主车分离落至轨面上．仅通过牵引杆与主车相连．由牵引杆 力．以防止工作小车在曲线作业时掉道。 牵引向前进行作业。作业小车可将兰新高铁道床板上沉积的沙尘清 １．２．４可实现快速避障 除．并收集至主车上．再通过物料转运装置向后输送至与之联挂的物 作业过程中．罩体与道床板之间只有很小的距离．因此。如不采取 料运输车上，由物料运输车运至指定地点，因此。工作小车是影响整个 措施．线路上只要高出道床表面的结构或设备都将与罩体发生碰撞 除沙车作业效果的关键部件。主车上的所有执行装置及设备都采用电 （主要是应答器）．为避免损坏线路设备．当工作小车经过障碍物前。罩 力驱动，只有工作小车的提升、下降等采用液压油缸驱动。 体应能快速提升至轨面以上，当越过障碍物后再自动放下。 本文主要根据ＧＣＳ一８０铁路道床除沙车工作小车的作业要求．设 计了满足工作小车各种工况下升降要求的液压系统．有效保证了整车 ２液压系统的组成及工作原理 在高铁线路上的除沙作业性能 ２．１液压系统的组成 根据工作小车的作业要求，液压系统设计原理如图２所示。 １ 工作小车的基本结构及作业要求 ０引言 １．１工作小车的基本结构 工作小车可分为罩体和小车框架两个部分．其基本结构如图１所 示。作业开始前，先小车框架与主车分离．下降直到４个轮子都落在轨 面上。然后罩体也与主车分离，下降直到落在小车框架上。此时。工作 小车即可通过牵引杆被主车拉着向前进行作业 作业完成后．先将罩 体收到主车上并锁定，然后再将小车框架也收到主车上锁定。 罩体是小车的主要工作部件．为保证作业效果．罩体的下边缘应 尽可能贴近道床表面。通过小车框架控制其最大下降高度。罩体由２个 液压缸控制其升降．液压缸位于罩体中间左右两侧．图１中２所在的位 置。小车框架由４个液压缸控制其升降．分别位于４个小车轮的上方。 圈２液压系统原理图 １．液压泵；２．单向阀；３．压力控制阀；４．单向节流阀； ５．电磁换向阀；６．单向减压阀；７．单向节流阀组； ８．框架提升油缸；９．电磁阀；１０．同步分流马达； １１．罩体提升油缸；１２．电磁阀；１３．单向阀；１４．过滤器；１５．散热器 图１ 工作小车的基本结构 １．－Ｔ－￣小车框架；２．罩体提升油缸；３．罩体；４．框架提升油缸；５．小车轮；６．轨道 科技视界Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｉｓｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｉｓｉｏｎ 科技视界 科技・探索・争鸣 根据功能及实现的动作，系统主要可分为４个组成部分：１）泵源； 到高压状态，系统工作压力升至１６０ｂａｒ。同时，电磁阀９的线圈Ｙ５得 ２）小车框架升降液压回路；３）罩体升降液压回路；４）过滤及冷却回路。 电，罩体上升直到锁定位：罩体升降开关回中位．压力控制阀３的线圈 各部分的组成元件及其功能如表ｌ所示。 Ｙｌ得电，系统工作压力降至３０ｂａｒ，同时．电磁线圈Ｙ５失电。 表１ 液压系统的主要组成元件及功能 ２）小车框架升降开关打到上升位．压力控制阀３的线圈Ｙ２得电 切换到高压状态．系统工作压力升至１６０ｂａｒ．同时，电磁阀５的线圈 组成部分 序号 名称 功能 Ｙ４得电，／Ｊ、车框架上升直到锁定位：小车框架下降开关回到中位．电磁 １ 液压泵 提升压力油源．通过一个３８０Ｖ的交流 线圈Ｙ２和Ｙ４都失电．系统泄荷 电动机驱动 液压系统工作过程中．液压泵输出的油液绝大部分都是经过压 泵源 ２ 单向阀 避免系统的压力冲压对泵造成影响 力控制阀３回油箱．过滤器１４和散热器１５装在压力控制阀的回油 路上。对油液不断的过滤和冷却，从而保证油液的正常质量．并使系 ３ 压力控制阀 控制系统的工作压力．高压为１６０ｂａｒ．低 统的油温维持在正常的工作温度范围之内 压为３６ｂａｒ ４．１ ５ 框架升降 液压回路 ６ ７ ８ ９ ４－２ ４＿３ 罩体升降 液压回路 １０ Ｉ１ １２ １３．１ 单向节流阀 电磁阀 调节小车框架升降的整体速度 控制小车框架提升、停止或下降 ３液压系统的主要特点 ３．１无负载启动 液压泵启动时。压力控制阀３失电．系统处于泄荷状态．因此．电 单向减压阀 控制框架提升油缸无杆腔的压力．即控 制下压力的大小 单向节流阀组 回油节流．调节４个框架提升油缸的同 步性 小车提升油缸 电磁阀 小车框架升降的执行元件 控制罩体提升、停止或下降 ．动机起动扭矩小 ３．２ 良好的速度控制特性 单向节流阀 回油节流调节罩体提升或下降的速度 同步分流马达 罩体提升油缸 电磁换向阀 单向阀 调节２个罩体提升油缸的同步性 罩体升降的执行元件 控制罩体快速提升 提供回油背压 小车框架及罩体升降回路都采用了节流调速阀进行调速．保证其 上升或下降的速度平稳性 小车框架升降回路在主进油路上有进油节 流阀．可调节小车框架升降的整体速度．同时．每个油缸的人口和出１：３ 都有回油节流阀．可以在下降时平衡小车框架的重力．保证下降速度 平稳．还可实现单独对任意一个油缸的速度进行调节：罩体升降回路 在油缸出１３和入口的主油路上都设有回油节流阀．可方便地对罩体的 升降速度进行控制 同时，罩体还能够快进行快速提升．实现快速避障功能。 ３＿３同步性好 工作小车框架有４个升降油缸．分别位于小车的的４个车轮上 方．由于小车的质量分布不均．升降时４个油缸的受力情况也不同．从 而会造成框架升降油缸运动时不同步．双单向节流阀组７可单独调节 任何一个油缸的速度．从而有效控制４个油缸的同步性。 １４ 过滤及冷 却回路 Ｉ５ 过滤器 散热器 油液过滤．保证油缸质量 液压油散热保证系统油温在正常范围内 ．１３．２ 单向阀 散热器的旁通阀 ２．２工作原理 ＧＣＳ８０铁路道床除沙车到达工作地点后．开始工作前首先需将工 作小车放到轨面．具体步骤及工作原理如下： １）先启动驱动液压泵的电动机．此时压力控制阀３处于失电状 态，系统泄荷．电动机零负载启动： ２）小车框架升降开关打到下降位．线圈Ｙ１得电使压力控制阀３ 处于３０ｂａｒ的低压状态．同时．电磁阀５的线圈Ｙ３得电使其处于下降 位，小车框架下降，直到小车框架的四个轮子都落到轨面上；小车框架 下降开关回中位，根据在轨信号，线圈Ｙ１和Ｙ３得电状态不变，小车 够有效保证压力的稳定：设定小车框架下压力的减压阀６为三通型，从泵来的高压油通过减压阀后会减压到设定的大小，当由于小车的高 框架升降油缸一直会给框架一个下压力．下压力的大小由单向减压阀 低起伏变化．出口压力实然升高超过设定值时．减压阀会反向溢流．从 ６设定。 ３压力始终保持恒定状态。 ３）罩体升降开关打到下降位．电磁阀９的线圈Ｙ６得电使其处于 而保证出１恒定的下压力是保证工作小车安全运行的重要保证。 下降位，罩体下降．直到罩体落至小车框架上；罩体升降开关回中位， ５节能 根据位置信号．线圈Ｙ６的得电状态不变 罩体升降油缸也一直会有一 ３．通过压力控制阀３使系统工作压力可在高压和低压问切换．只有 个下压力压在罩体上．下压力的大小即为压力控制阀３设定的低压压 当小车框架或罩体提升时．线圈Ｙ２得电．系统工作压力才升至１６０ｂａｒ， 力。 系统工作压力都只有３０ｂａｒ．既保证满足正常的作 小车落到轨面后．整车其他准备工作完成即可向前进行作业，此 其余工作状态下．又大大降低了液压系统的能量消耗．起到了良好的节能效果。 时压力控制阀３一直处于低压状态．小车框架及罩体升降控制电磁阀 业要求．５和９都处于下降位．一直有一定的下压力作用在工作小车上。当向 前作业经过有障碍物的路段时．通过在司机室按下快速提升开关，压 力控制阀３的线圈Ｙ２得电．使其切换到高压状态，系统工作压力升 至１６０ｂａｒ．同时．电磁阀９的线圈Ｙ５以及电磁阀１２的线圈Ｙ７得电， 罩体快速提升至高于轨面设定的位置：经过障碍物后，快速提升开关 复位．压力控制阀３的线圈Ｙｌ得电，系统工作压力降至３０ｂａｒ，电磁阀 ９的线圈Ｙ６得电从而回到下降位．而电磁线圈Ｙ７失电．罩体正常下 降至小车框架上 作业完成后．工作小车需提升到主车上，并进行可靠的锁定，保证 区间行走时的安全．具体操作步骤及工作原理如下： １）罩体升降开关打到上升位．压力控制阀３的线圈Ｙ２得电切换 罩体升降回路上装有齿轮同步分流马达．其同步精度可达到１．５％一 ２．５％．并具有良好的重复精度．可有效保证罩体在升降过程中的倾斜 度．避免罩体在钢轨处的切口与钢轨发生碰撞造成线路或设备损坏．影 响正常的作业功能 因为系统具有良好的同步特性．可迅速完成对工作小车的收放任 务；同时，不需要停车。在司机室操作即可反复实现罩体快速避障，有 效地保证了作业效率 ３．４可提供稳定可靠的下压力 工作小车工作过程中．小车框架和罩体升降油缸都处于下压状 态．一直都有一定的下压力 由于线路的不平顺性．运行过程中会存在 高低起伏变化．从而造成升降油缸无杆腔的压力波动。罩体下压力大 小等于压力控制阀３的低压压力．采用先导溢流阀控制，响应快速，能 ４结论 本文所设计的升降液压系统．不仅满足ＧＣＳ８０铁路道床除沙车 工作小车框架和罩体各种工况下的升降要求，还能为作业中的１二作小 车提供稳定的下压力，有效保ｉＴ，Ｔ￣作小车的运行安全性。● ’＇ 【参考文献】 ［１］左建民．液压与气压传动【Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００７． ［２］路甬祥．液压气动技术手册【Ｍ］ Ｅ京：机械工业出版社，２００２ ［责任编辑：田吉捷］ ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｉｓｉ。ｎ科技视界ｌ １ ８９