朱俊亞，王鴻博，張?jiān)龆Y

（中國北車集團(tuán)太原軌道交通裝備有限責(zé)任公司，山西 太原 030009）

0 引 言

接觸網(wǎng)作業(yè)車是電氣化鐵路接觸網(wǎng)日常維修、大修、事故搶修和電氣化施工的重要機(jī)具。隨著鐵路跨越式發(fā)展，我國高速鐵路營運(yùn)里程逐年增加，對接觸網(wǎng)的維護(hù)檢修工作也變得越來越重要。為了提高鐵路營運(yùn)效率，需要縮短天窗作業(yè)時(shí)間，要求接觸網(wǎng)檢修車能夠快速到達(dá)，快速撤離。目前國內(nèi)現(xiàn)有的接觸網(wǎng)檢修車運(yùn)行速度基本在100 km/h左右，無法滿足高速鐵路的需要。為此，我公司設(shè)計(jì)完成了120 km/h高速鐵路接觸網(wǎng)檢修車，該車主要由動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、車體、底架、轉(zhuǎn)向架、立柱平臺(tái)等部件構(gòu)成，其中動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)主要承擔(dān)整車運(yùn)行、牽引，并為車輛制動(dòng)、照明、控制提供能量來源的任務(wù)〔1〕。動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)采用液力機(jī)械形式，低速變扭器傳動(dòng)，高速機(jī)械閉鎖，實(shí)現(xiàn)了高效傳動(dòng)。

1 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞路線

動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、液力機(jī)械變速箱、分動(dòng)箱、傳動(dòng)軸、車軸齒輪箱等部件組成。圖1為動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。

圖1 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)

2 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)主要部件參數(shù)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)

2.1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)（見表1）

2.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

WP12.480發(fā)動(dòng)機(jī)為濰柴動(dòng)力股份有限公司全新開發(fā)的融合國際先進(jìn)技術(shù)的電噴柴油機(jī)。該柴油機(jī)在燃油系統(tǒng)采用了德國BOSCH高壓共軌技術(shù)，ECU控制的電子噴射系統(tǒng)，使其排放達(dá)到了國Ⅲ或歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)〔2〕。

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)

2.2 液力機(jī)械變速箱

2.2.1 變速箱主要參數(shù)（見表2）

表2 變速箱主要參數(shù)

2.2.2 變速箱主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

采用了日本日立NICO變速箱有限責(zé)任公司生產(chǎn)的TACN-33-2001液力機(jī)械變速箱。

液力機(jī)械變速箱由液力變矩器與機(jī)械變速箱組成。變速箱的輸入軸和發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪聯(lián)結(jié)，動(dòng)力經(jīng)液力變矩器傳遞到后面的機(jī)械變速箱，再經(jīng)輸出軸傳遞到車軸齒輪箱上，驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。

液力變矩器由泵輪、渦輪、導(dǎo)輪三個(gè)工作輪組成，泵輪軸與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪相聯(lián)，渦輪軸與機(jī)械變速箱的輸入軸相聯(lián)。三個(gè)工作輪組成了一個(gè)循環(huán)圓系統(tǒng)，有壓力的液壓油在這個(gè)循環(huán)圓中流動(dòng)，即發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速和扭矩，由泵輪通過液體傳遞給渦輪輸出。在這個(gè)能量傳遞的過程中，因?yàn)閷?dǎo)輪的作用，使液力變矩器的渦輪扭矩與泵輪扭矩有一個(gè)變矩比，這個(gè)變矩比隨渦輪與泵輪之間轉(zhuǎn)速比降低而增加。因此液力變矩器能自動(dòng)適應(yīng)負(fù)載的變化，在負(fù)載增大時(shí)，液力變矩器的渦輪力矩自動(dòng)增加，轉(zhuǎn)速自動(dòng)降低；外負(fù)載減小時(shí)，情況相反。使液力傳動(dòng)的牽引特性曲線形成一條近似的恒功曲線，即車速低時(shí)，牽引力大；車速高時(shí)，牽引力小。

TACN-33-2001變速箱的液力變矩器輸出到一個(gè)三檔變速箱，變速箱換檔采用電控液壓控制方式，由司機(jī)臺(tái)上的換檔手柄發(fā)出換檔信號(hào)，來控制變速箱上的電液控制閥，使不同的離合器處于掛檔狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)變速箱的換檔操作。變速箱內(nèi)的關(guān)鍵換檔部件是濕式離合器，它由粉片（與殼體相聯(lián)）和鋼片（與花鍵相聯(lián)）交錯(cuò)疊串在一起組成。掛檔時(shí)，離合器油缸活塞在油壓下將粉片和鋼片疊壓在一起時(shí)，粉片和鋼片連同軸和殼體同步轉(zhuǎn)動(dòng)。否則鋼片與軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而粉片與殼不轉(zhuǎn)，即為脫檔。

為了提高檢修車的牽引速度，在液力機(jī)械變速箱上除了三個(gè)液力檔，還設(shè)置了一個(gè)直接檔，直接檔減速比和三檔相同。變速箱可自動(dòng)監(jiān)測到檢修車運(yùn)行速度，在速度達(dá)到75 km/h時(shí)，直接檔自動(dòng)投入工作。直接檔工作時(shí)，液力變矩器閉鎖，此時(shí)的傳動(dòng)相當(dāng)于純機(jī)械傳動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)檢修車最高車速120 km/h的目標(biāo)。

2.3 傳動(dòng)軸

用萬向節(jié)傳動(dòng)軸來適應(yīng)輸入和輸出軸間的角度和長度的不斷變化。

2.4 分動(dòng)箱

分動(dòng)箱為齒輪箱，通過萬向軸從發(fā)動(dòng)機(jī)自由端取力。共有三個(gè)輸出口，分別驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)、靜液壓油泵和液壓系統(tǒng)油泵，從而為整車的制動(dòng)系統(tǒng)提供風(fēng)源，為散熱系統(tǒng)風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)馬達(dá)提供能源，以及為立柱平臺(tái)和起重機(jī)提供液壓系統(tǒng)能量來源。

2.5 車軸齒輪箱

車軸齒輪箱的作用是傳遞并增大到車輪的扭矩，并將繞車體縱軸的轉(zhuǎn)動(dòng)變成繞車軸軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)。

3 牽引特性

發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速和扭矩經(jīng)過液力機(jī)械變速箱的液力變矩器，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出特性由近似于直線轉(zhuǎn)變?yōu)橐粭l近似雙曲線的形式，滿足機(jī)車牽引要求的牛馬特性。即速度低時(shí)扭矩大，速度高時(shí)扭矩小，也就是起動(dòng)時(shí)扭矩最大，可大大提高牽引重車時(shí)的起動(dòng)能力；而高速時(shí)牽引重量降低，又可大大提高整車的運(yùn)行速度。能夠適應(yīng)高速鐵路列車快速到達(dá)的要求，又可作為牽引車牽引一定重量的車輛〔3〕。

發(fā)動(dòng)機(jī)與液力機(jī)械變速箱匹配后，整車的牽引特性，見圖2，具體計(jì)算過程可參照機(jī)車牽引規(guī)程。圖中橫坐標(biāo)為車速，km/h；縱坐標(biāo)為牽引力，kN；四條粗實(shí)線表示四個(gè)檔位下的最大牽引力和車速，其中H1，H2，H3分別表示液力一檔、液力二檔和液力三檔，D3表示直接檔。圖中的虛線表示牽引不同重量、不同坡道下的阻力。實(shí)線與虛線的交點(diǎn)即為該牽引工況下的最高車速。從圖中我們可以得出如下結(jié)論：該檢修車最大起動(dòng)牽引力53 kN，最高車速120 km/h，在最高車速時(shí)可牽引46 t在平直道運(yùn)行。

圖2 檢修車牽引特性曲線

4 結(jié)束語

通過對120 km/h接觸網(wǎng)檢修車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)組成部件及其匹配性能的分析可以看出，所選擇的動(dòng)力系統(tǒng)形式和配置在牽引性能方面完全可以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，與電傳動(dòng)方式相比還具有配置簡潔、操作簡便、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，可為以后更高速度的接觸網(wǎng)作業(yè)車動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

同時(shí)應(yīng)該看到，目前國內(nèi)沒有同等級的液力機(jī)械變速箱，該產(chǎn)品完全依賴進(jìn)口，缺乏自主性和選擇性。另外，液力傳動(dòng)對更高的速度要求有一定的局限性，我們還應(yīng)開發(fā)其他的傳動(dòng)方式，開發(fā)出140 km/h、160 km/h的接觸網(wǎng)作業(yè)車，不斷適應(yīng)我國高速鐵路的要求。

[1] 朱熹鋒.機(jī)車總體結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2010.

[2] 李飛鵬.內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

[3] 饒忠，陸嘯秋.列車牽引計(jì)算[M].北京：中國鐵道出版社，2010.