浅谈气动换挡装置在边坡清筛机走行系统的运用

朱代雄 高 珍

（中车北京二七机车有限公司，北京100072）

0 引言

铁路线路道床及边坡对线路上部的钢轨和枕木极为重要，实践证明，对边坡道碴尤其是板结的石碴进行清筛，对于改变道床边坡的弹性、排水性能，恢复其承载能力是一种行之有效的措施。而边坡清筛机的引进、投入使用满足了国内铁路养护行业的需求，它一次作业能实现对轨枕两侧0.8 m的道床边坡进行挖掘、输送、筛分、回填、整形和清扫作业，最大作业效率1 200 m3/h，实现了对25 mm以上方形旧石碴的重复利用，节省资源的同时大大提高了铁路养护作业效率。

受铁路线周边环境制约以及为满足铁路线上的连续性作业、快速整治并投入使用（铁路线上开天窗时间短）的要求，铁路局还相应配置了其他的工程养护机械，如物料运输车、捣固车等，而在进入和离开作业区间时，需要将边坡清筛机与其他车辆进行编组，这就涉及车齿箱挂挡和空挡功能的频繁切换，本文系统阐述了边坡清筛机走行系统及气动换挡装置的结构特点和工作原理，对气动换挡装置的故障原因进行了分析，并结合现场经验给出了相关建议。

1 走行系统的主要参数及要求

边坡清筛机由装载车和筛分车两节车组成。装载车为整车提供动力，走行系统采用闭式静液压系统（图1），液压油持续在泵和马达之间流动，液压油箱起到散热和补油的作用。全车有八个静液压泵，其中两个为专用行驶泵，其余六个泵用于输送带和挖掘斗轮的工作，在走行模式下也用于行驶，但走行模式下最多只能有五个泵同时用于走行。

图1 闭式静液压系统

筛分车有两个从动转向架，装载车有两个动力转向架。每个动力转向架有两个动力轴，动力轴由变量静液压马达经过两级变速驱动，每个轮对的车轴齿轮箱上安装有一个变量液压马达，马达最大排量250 cm3/h，每个驱动马达都配有一个手动截止阀。当驱动马达或传动箱出现故障时，手动截止阀不但可以在故障诊断时分开每根驱动轴，而且能够将四个传动箱中的一个分开，另外三个运行作业。

变速箱为气动换挡，只有停车时才能进行换挡，在停车以及整车处于联挂状态时换挡处于中位（即空挡位）。它的设计能同时满足以下要求：

（1）适用于1 435 mm标准轨距，车轮直径915 mm；

（2）适用于双向运转，车轴齿轮箱有空挡和运行挡（高挡自走行、低挡作业），两挡位之间的换挡操作方便、灵活；

（3）满足作业速度0～4 km/h、最大自走行速度80 km/h、最高联挂速度120 km/h要求。

2 换挡装置的结构特点及工作原理

2.1 结构特点

边坡清筛机由装载车上两个动力转向架驱动，图2是边坡清筛机的动力转向架。车轴齿轮箱通过两个圆锥滚子轴承支承在车轴上，另一端通过连接板等悬挂于转向架构架上，属于轴悬齿轮箱，因此其齿轮、轴承以及齿轮箱箱体承受来自轨道的冲击。

比如，跑腿小哥，他们每天“往死里跑单”，跑得多的每天至少有两三百千米，但是却没有社会保障。甚至在具体协议中，由于不存在劳动关系，劳动者与平台之间不存在缴纳相关社会保险的义务，而劳动者由于患病或工作期间负伤，应自行承担相关责任，与平台方无涉。可见，零工经济带来了自由和效率，但也让劳动关系确认变得更加复杂。

图2 动力转向架结构

动力转向架的挡位切换由气动换挡装置来执行，其主要由换挡气缸、安装座、传感器等部件构成，如图3所示。换挡气缸与其安装座固定在车齿箱上，气缸杆与车齿箱内部的齿轮副一端连接，齿轮副的另一端安装有传感器，用于检测执行机构是否到位。

图3 气动换挡装置结构

2.2 工作原理

齿轮箱的原理如图4所示。高速自运行和作业模式下，驾驶员通过司机室微机给电磁阀电信号（图5），电磁阀阀芯动作接通换挡气缸上相应的空气回路（图6），进气克服弹簧阻力向左移动，带动啮合套也一起向左移动，当啮合套Z5与Z3完全啮合时，换挡气缸走完行程并锁住，此时车齿箱上的接近开关得到信号，将信息反馈给微机，此时显示屏显示处于挂挡位置。此时锁定销不能锁定，车齿箱上的马达输入的动力通过输入花键轴、啮合套传递给主传动齿轮箱，带动从动齿轮，然后带动车轴和车轮，从而实现走行驱动功能。

图4 换挡齿轮箱原理图

图5 换挡动作电气控制原理图

当边坡清筛机处于联挂运行或空挡位时，换挡气缸相应回路接通，气缸杆带动啮合套移动，当啮合套Z5和主动齿轮啮合端Z3完全脱开时，换挡气缸走完行程并锁住，此时车齿箱上的接近开关得到信号，将信息反馈给微机，显示屏显示处于空挡位置。此时，从动齿轮反向带动主动齿轮轴旋转，而啮合套、输入轴和马达均不旋转，这样就处于空挡位置。而这时锁定销可以正常锁定，防止误操作或其他原因导致齿轮箱内部的齿轮啮合带来损坏。

图6 换挡气缸管路连接图

不同工况下换挡气缸接口情况如下：

（1）高挡（H挡）：气缸H口有风，其他口无风；

（2）低挡（L挡）：气缸L挡、N挡有风，H口无风；

（3）空挡（N挡）：气缸H口、N口有风，L口无风。

3 换挡装置的故障及原因分析

3.1 机械部件

气缸机械动作不到位或推动不了内部的啮合套，这是在现场中最常见的故障，其主要原因是换挡气缸调整不到位。如图7所示，换挡气缸通过衬套、垫片和螺钉固定到车轴齿轮箱上的安装座上。

图7 换挡气缸安装图

影响气缸动作是否可靠、准确的主要因素有：

（1）安装座的加工精度。其直接决定了气缸杆是否与齿轮轴同轴，如果不同轴，气缸在推动齿轮副的过程中同时承受径向剪切力，容易致使气缸杆磨损甚至折断。

（2）衬套及调整垫的安装。由于车齿箱承受来自轨道的冲击，衬套及调整垫的安装状态直接决定了气缸能否自动补偿，如果不进行调整会直接导致机构卡滞甚至气缸杆折断。

（3）紧固件的松动。受工作环境的影响，标准件易松动，致使气缸位置波动而不能推动执行机构动作。

3.2 检测部件

车齿箱的接近开关反馈信号不正确。由于车齿箱承受来自轨道的冲击，在调试的过程中如果没有通过加垫等方式对传感器进行精确调整，接近开关与齿轮轴检测处容易发生磨损，从而导致检测机构的行程不到位，检测信号不能准确传输。

3.3 控制回路

气缸供风系统漏风或气路不通。这会直接导致气缸不动作或气缸动力不足以推动齿轮副动作，从而不能实现车齿箱换挡动作。

4 保证换挡装置工作可靠性的建议

为了保证换挡装置工作的可靠性，经过组装以及调试过程中的试验，对保证换挡装置工作可靠性的建议总结如下：

（1）气缸安装座安装前进行检查，保证气缸杆相对于齿轮副的连接处同轴，这样才能保证气缸杆动作顺畅；同时由于车齿箱承受来自轨道的冲击，气缸固定衬套与安装座间应采用间隙配合，这样能让气缸在工作时自动进行补偿，而不至于出现换挡困难的现象，可以在安装前用外接风源对气缸与车齿箱的联动进行测试，在气缸调整完毕后将固定螺栓涂抹乐泰螺纹紧固胶，并在易观察处换防缓线定期进行检查。

（2）对不同位置处的传感器进行精确调整，在相应的位置处测量深度并加垫调整，保证传感器活动部件的行程满足接触和离开齿轮轴两种工况；另外，为了验证电气系统和气动系统是否存在问题，可以通过松动气缸上的进气管路验证换挡动作是否正确。

（3）安装时注意当换挡气缸处于中位时锁定销能正常锁定。

（4）当出现换挡信号显示没有挂上挡位时，可以将机车在原有挡位状态下向前或向后走行一段，然后进行换挡操作，直至车轴齿轮箱内部的齿轮能正确啮合，如果锁定销能正常入位，则说明车齿箱处于中位（即空挡位），这时可进行联挂牵引。

5 换挡装置的应急处理方案

对于边坡清筛机上使用的气动换挡方式，由于采用气缸带动齿轮离合的方式来实现换挡，重点在于保证空气系统有风。在边坡清筛机由于故障不能启动柴油机、失去动力的情况下，车辆可以通过临时增加管路接通空气回路的方式，将列车管直接与换挡气缸的管路连通，这时可以利用管路剩余用风通过减压操作来实现换挡操作；甚至在整车不能正常供电、微机不能正常工作的紧急情况下，将换挡气缸的控制管路和救援车辆的列车管联通，也可实现换挡操作，将机车调离现场。

6 结语

走行系统工作的可靠性和稳定性涉及行车安全，尤其是针对养护机械的高低速工况，而气动换挡装置的设计使用无疑适应了养护机械在铁路线上作业的需求，其操作使用简单，经精确调试后气缸工作可靠，便于维护，换挡装置故障点易查找且处理起来方便，对于提高机车在线路上出现故障时的应急处理效率具有明显优势，为今后开发同类产品打下了坚实基础。

[1]周明连.液压与气动技术[M].北京：北京交通大学出版社，2012.

[2]何学科.铁道工务[M].北京：中国铁道出版社，2009.

[3]寇长青，宋慧京.全断面枕底清筛机[M].北京：中国铁道出版社，1998.