在流体传动均载装置中运用弹性胶泥的试验研究

石峰

摘 要：为了验证用于铁路货车的流体传动均载装置的工作原理和结构方案的可行性，在试验室利用万能试验机和试验工装测试传动介质为弹性胶泥的和按比例缩小尺寸的流体传动均载装置原理机的传动载荷和位移，计算工作效率。试验证明流体传动均载装置的工作原理和结构方案均可行，并且可以推广应用至其他铁路车辆的传动装置。

关键词：铁道车辆；流体；均载装置

中图分类号：U272 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）22-0043-02

1 概况

铁路货车的均载装置是多轴铁路货车、旁承承载转向架的关键部件之一，主要用途是实现旁承之间的负荷平衡，保证车辆安全运行。

目前，国内外的多轴车的均载装置多数采用机械式，传动机构复杂，需要的运动空间和安装空间较大，传动效率均小于70%。

流体传动均载装置工作原理是：在两组相邻的转向架的旁承上方各安装1组液压缸，将两组液压缸用液压管路连通成一密闭系统，其内腔充满液压介质。在初始状态，两组液压缸承受的载荷相同，两组液压缸处于静止状态。当车辆在运行过程中，液压缸承载的载荷不断变化，连通成一密闭系统的两个液压缸的承载出现差距，其中承载大的液压缸的活塞工作面对液压介质的压强大，承载小的液压缸的活塞工作面对液压介质的压强小，随即承载大的缸将载荷通过液压介质向承载小的缸传递，达到两个液压缸的活塞工作面对液压介质的压强相等，促使两个液压缸的负载相等。工作原理示意如图1所示。

2 试验设施

专门设计、制造了一套按比例缩小尺寸的和采用流体传动介质的流体传动均载装置原理机及试验工装。试验现场如图2所示，原理机和试验工装的外形如图3所示。

2.1 试验原理机

试验原理机是由两个液压缸和连接两个液压缸的液压管路组成，主动缸与从动缸用管路连通成一密闭系统，其内腔充满流体介质。当主动缸活塞受试验机加载时，压力传到流体介质上，通过液压管路传到从动缸，推动从动缸的活塞外伸，压缩回位弹簧，将载荷传至负荷传感器。当主动缸承受载荷减小或消失时，回位弹簧的回弹力压迫从动缸的活塞回缩，将压力传到流体介质上，通过液压管路传到主动缸，推动主动缸的活塞外伸。

均载液压缸是一种特殊的液压缸，若将油口布置在缸底存在安装空间不够的问题，因而将油口移至缸筒中部。均载液压缸既承载轴向载荷，又承载径向载荷，因而缸筒内的导向长度尽量长，我们设计了一种独特的阶梯导向的活塞缸，采用油口布置在缸筒中部，既可以缩短轴向尺寸，又可以简化液压管路。采用顶部和活塞两处导向，既增大了导向长度，又可以保证导向长度不随活塞伸缩变化，还可以简化缸筒的制造工艺。均载液压缸的结构如图4所示。

缸筒用于固定安装在安装座上，活塞和活塞杆在缸筒内轴向滑动，用于传动外部载荷。油口布置在缸筒圆柱面中部，与液压管路连接，作为流体介质的运动通道。

2.2 试验条件

试验工装（包括安装座、回位弹簧等），电子万能试验机和负荷传感器等。

3 试验方法

3.1 试验步骤

（1）将流体介质装入试验原理机内。

（2）将试验原理机、回位弹簧、负荷传感器等按要求安装在安装座组成上，主动缸处于全伸状态，从动缸处于全缩状态。

（3）将安装完毕的原理机和试验工装等安装在万能试验机的试验平台上，调整万能试验机，使施压触头与主动缸活塞杆上端面接触。

（4）使用万能试验机向主动缸活塞杆施加负荷，推动主动缸活塞杆和活塞向下回缩。

（5）测出主动缸输入和从动缸输出的相应负荷。试验数据按照主动缸（试验机端/计算机）及被动缸（弹簧端/压力传感器）分列记录。

（6）保压试验是向主动缸施加一定负荷后静置保压，观察记录保压期间压力数值变化情况和位移数值，检查是否存在渗漏现象。

3.2 试验过程

试验先后进行了4次，首先做均载传动试验，然后做保压试验。试验采用的流体介质见表1。

第一次试验采用89D制动缸脂和聚四氟乙烯粉配制流体介质，但经过试验后发现流体介质出现分层离析现象，因而判定流体介质不能满足试验要求。

从第二次试验开始流体介质采用HM-1型缓冲器用弹性胶泥，该胶泥的工作温度为-50℃～70℃，粘度为（1.8～2.8）×105 MPa·s，检修期大于9年。

第三次试验略微减小密封圈的预紧力，摩擦阻力略微减小，传递效率略有提高。

第四次试验采用粘度较大的弹性胶泥，传递效率略有提高。

3.3 传递效率计算方法

计算方法为：

（1）负荷差=主动缸负荷-从动缸负荷 （即均载装置的阻尼损耗。）

（2）传动效率=（从动缸负荷/主动缸负荷）×100%

4 试验结果

4.1 试验数据

均载传动试验数据参见表2，保压试验数据参见表3。

4.2 数据分析

（1）表2的试验数据表明，向主动缸施加的试验负荷大于从动缸输出的负荷，原因是由于流体介质在流动过程中存在阻尼现象，造成压力损失；密封装置的存在摩擦阻力，降低了传动效率。

（2）流体介质存在微小的压缩性，试验工装、液压缸出现微小的弹性变形，造成主动缸与从动缸之间存在伸缩行程差。

（3）传动介质采用缓冲器用弹性胶泥，均载传动效率在71.17%～74.07%之间，平均为72.88%，高于机械式均载装置的传动效率。

（4）表3的试验数据表明，在静置保压试验中，主动缸负荷值变化轻微，被动缸负荷值基本无变化，位移值无变化，说明没有出现泄漏现象，密封装置可靠。

5 结论

（1）采用传动介质为缓冲器用弹性胶泥的均载装置的原理可行，满足作业要求，可以在铁路货车上推广应用，也可以在铁路车辆其他传动装置推广应用。

（2）液压缸的结构型式可行，通过对基本结构缩放和变形，可根据各种铁路货车的具体需要具体设计和制造液壓缸。

（3）均载传动效率在71.17%～74.07%之间，平均为72.88%，为设计和应用同类产品提供了参考依据。

参考文献：

[1]李克兴，戴家骥.弹性胶泥减震器在国内外的研究和应用[J].铁道车辆，1995（06）.

[2]董广强.流体传动机构数控综合对刀装置设计[J].机床与液压，2016，44（22）.