液压道岔走行时长不一致的因素分析

魏邦平 中国铁路上海局集团有限公司合肥电务段

液压道岔是利用液体的压力能来传递能量，主要是通过动力原件（油泵）将电动机产生的机械能转化为液体的压力能，然后通过管道和控制原件（液压阀）把有压的液体输向执行元件（油缸），将液体的压力能转换成机械能，以驱动尖轨动作，实现尖轨解锁、转换、锁闭的过程，完成动力传递。液压道岔的走行时长与油缸移动距离和道岔动作的速度有关，油缸移动距离为尖轨的开程和外锁闭装置的锁闭动程，道岔动作速度与油缸的压力有关。开程的大与小、动作速度的快与慢决定了道岔动作的时长，因此道岔动作时长不一致，能够直接反映出道岔调整和液压传动系统不良。

1 因素统计

2018年通过对我段管内某车间21件液压道岔走行时长不一致问题进行跟踪处理，并对处理情况进行统计分析，发现目前走行时长不一致的主要因素为：（1）提速道岔开程、锁闭量调整不一致；（2）结合部病害；（3）液压传动系统动力不足。在这些因素中，提速道岔开程、锁闭量调整不一致以及结合部病害，维修人员能够通过调整、道岔联合整治得到解决，但液压系统动力不足隐患解决较为困难，一是液压传动中的泄露和液体的可压缩性无法保证严格的传动性；二是液压传动出现隐患时不易找出真正的原因；三是缺少有效测试手段或方法。

2 原因分析

影响液压道岔走行时长不一致的原因相对较多，但主要因素是液压道岔传动系动的不稳定造成，下面从以下4个方面进行分析。

2.1 结合部病害引起道岔动作时长不一致

由于道岔长期受到列车碾压，道岔滑床板下部大胶垫压溃现象严重，造成尖轨降低值不足，引起尖轨吊板或翘头，存在多处滑床板不接触或单块接触，道岔转换阻力增加，造成液压道岔动作变慢，从而影响了道岔转换时长。

液压转辙机工作原理是油缸将压力能转化为动能，液压转辙机油缸活塞输出作用力，油缸活塞流量示意图如图1所示。

图1 油缸活塞流量示意图

其中：D—油缸活塞直径

d—油缸活塞杆直径

p1—油缸输入侧的压力

p2—油缸输出侧的压力

从上述公式可以看出：转辙机牵引点F=F1-F2，在液压泵输出功率不变（F1稳定）的状态下，转换阻力F2增加后牵引输出力发生了变化，引起道岔转化时间发生变化。其原因是液压油在液压系统中的流动受到尖轨阻力突然增加后，由于惯性作用，液体从受阻端开始，迅速将阻力的动能逐层转换为压力能，液体产生压力波，反向作用于油缸活塞，造成输出侧P2压力增大，当P1=P2时该牵引点停止动作，这种压力能的转换容易从一个牵引点转化到另一个牵引点，如此反复进行能量转换，形成压力波震荡，震荡在微机监测道岔曲线表现为锯齿波，道岔拉力测试在一段时间内拉力较小或产生反向的作用力。对于主付机牵引的道岔容易引起“定到反”或“反到定”两者的走行时间偏差；对于全主机牵引的道岔容易发生各牵引点间道岔动作时长不一致。

2.2 液体气穴现象造成道岔动作时长变化

在流动的液体中，液压油中总是含有一定量的空气，空气可以溶解在液体油中，有时也以气泡的形式混合在液压油中。如果液压系统某处的压力低于空气分离压时，原先溶解在液体中的空气就会分离出来，从而导致液压中出现大量气泡，这种现象称气穴现象。液压提速道岔油路中在转换结束后，油压泵停止工作，由于油管密封圈不良存在漏油，油路中不真空，容易形成气穴现象，这种气穴现象同样也随着温度的变化而变化。

当液压系统中出现气穴现象时，大量的气泡将破坏液流的连续性，造成流量压力的脉动，气泡随着液流进入高压区时又急剧破灭，以致引起局部液压冲击，发出噪声并引起振动，造成道岔动作不平顺，形成道岔走行时长不一致。如图2所示，颍上站13#道岔“反到定”、“定到反”道岔功率曲线走行时间相差约240 ms，微机监测表现为道岔“当前”的走行时间比“参考曲线”的走行时间延长量≥200 ms；对现场进行调查，并对13#道岔油缸内部空气排尽后来回操纵定反位走行时间偏差0 ms，如图3所示。

图2 颍上站13#排气前动作时长

图3 颍上站13#排气后动作时长

2.3 道岔各牵引点间同步调整不一致

对于多机多点牵引的道岔理想状态下各牵引点动作应是一致的，但由于负载、摩擦、泄漏和结构变形的差异，将造成各牵引点间动作不一致。

目前主要做法调整调节阀实现道岔动作同步，液压提速道岔（ZYJ7）采用定量泵的液压系统，利用调节阀改变油缸输入、输出流量来实现速度调节，其速度调节实行方式为在主、付机进出油缸之处加装流量调节阀，通过调整调整阀的大小控制油缸入口和出口流量，从改变它运动速度。其原理如下图4所示。

图4 油泵系统原理

液压提速道岔为双活塞杆油缸，双活塞杆油缸两侧的活塞杆直径相同，双腔作用面积相同，两活塞杆速度相同，活塞运动速度为：

其中：D—油缸活塞直径

d—油缸活塞杆直径

q—油缸输入输出流量

从上述公式可以看出：活塞杆与活塞的面积固定不变的，改变活塞输出作用力，就是改变调节阀液体流量。在外负载不变的情况下，改变输入、输出侧的流量就会改变牵引处尖轨运行速度，从而达到两牵引点间或多牵引点间动作同步。有效解决了道岔“定到反”、“反到定”两者的走行时间偏差和道岔“当前”的走行时间比“参考曲线”的走行时间延长量的问题。如图5所示，颍上站17#道岔“反到定”、“定到反”道岔功率“当前曲线”走行时间两者相差（后者长）约240 ms，对现场进行调查，并对17#道岔进行同步调整后来回操纵定反位走行时间偏差80 ms，如图6所示。

图5 颍上站17#同步调整前动作时长

图6 颍上站17#同步调整后动作时长

2.4 温差变化造成液压油性能不一致

液压油是液体传动系统中用来传递能量的液体工作介质，液压系统能否可靠有效地工作，在一定程度上取决液压油的性能，特别是在液压元件定型状态下，液压油的性能则成为道岔动作的关键。如液体的温度、密度、黏度、液体的可压缩性，都与液体的性质有关。

液压油的黏度对温度变化十分敏感，温度升高，黏度就会下降，液压油在油缸内流动速度加快，反之速度较慢，液压油在油缸内部流动阻力增加。

液体受压力作用而体积减小的性质称为液体的可压缩性，液压油具有可压缩性，即受压后体积会发生变化。液压油可压缩性的大小用液体的体积压缩系数k来表示，其表达式为：

液压油的可压缩性对液压传动系统的动态性能影响较大，黏度越大的液压油在同样受到压力的状态，液压体积变化量小，反之液压体积变化大。

由此在液压泵动力一定的情况下，不同温度下，体积相同的油缸，动作时长不一致。液压道岔由于受季节的变化，液体的体积压缩系数k不一致，极易造成道岔在性能一致的状态下不同的季节动作时长不一致，如图7和图8所示，道岔“当前”的走行时间比“参考曲线”的走行时间缩短量的原因是季节不同油缸性能变化造成。

图7 颍上站12#夏季动作曲线

图8 颍上站12#冬季动作曲线

3 结论

综上所述液压道岔油缸的动作不能保证严格的传动性，容易发生道岔走行时长的变化。因此在日常的维修中要精检细修，加强液压道岔传动系统的漏油检查，对道岔走行时长偏差应认真细致分析具体原因。重点解决以下几个方面问题：（1）克服道岔结合部病害。由于降低值不足，容易造成道岔吊板，形成道岔走行时长不一致；（2）调整各牵引点道岔开程、锁闭量一致。液压提速道岔重点克服各牵引点间开程、锁闭量大小均匀不一致，以及“虚开”引起的道岔动作时长不一致；（3）做好各牵引点间同步调整。一是定期排除油路中的空气；二是对调节阀进行适量调整；（4）解决传动系统动力的问题。动力系统主要存在油压泵供油系统不良或者溢流板组密封状态不良容易造成转换力动力不足，造成道岔动作比“参考曲线”动作时长偏长，如通过道岔拉力测试道岔转换阻力减小，应及时更换油泵组；（5）完善道岔功率曲线的设置。由于季节的变化液压道岔的液压油压缩性不一致，造成道岔动作曲线在不同的季节走行时长不一致。因此，道岔的参考曲线应结合道岔季节性调整重新进行设置。