RM80型清篩機走行驅動液壓系統(tǒng)分析

摘 要：RM80型清篩機是技術先進的全液壓大型養(yǎng)路機械，本文對RM80型清篩機液壓走行驅動系統(tǒng)的組成和功能特點進行了全面的介紹，并詳細分析了RM80型清篩機走行驅動液壓系統(tǒng)的補油沖洗、先導操縱、卸荷、換擋控制和液壓制動5個回路的原理。

關鍵詞：鐵路；大型養(yǎng)路機械；RM80；清篩機；液壓系統(tǒng)；走行驅動

1.引言

RM80型清篩機是內燃驅動、全液壓傳動的大型養(yǎng)路機械，其作用是將鐵路道床臟污的道碴從軌枕下挖出，進行篩分后將清潔的道碴回填至道床，將污土清除到線路外。它的走行驅動液壓系統(tǒng)采用了典型的變量泵—變量馬達容積調速閉式循環(huán)系統(tǒng)，此系統(tǒng)具有結構緊湊、傳動效率高、傳動平穩(wěn)、無極調速范圍大、發(fā)熱少、可靠性高等特點。

2.液壓走行系統(tǒng)的組成

2.1 2個A4V-250HD雙向變量伺服泵

性能

參數 額定壓力 350bar

最高壓力 400bar

最小排量 250ml/r（600l/m）

最大排量 斜盤式變量

控制

特點 通過外界先導壓力控制泵的排量，可實現無級調速。

內帶自動補油泵，防止泵出現吸空和內部油溫過高。

泵內部集成液控變量伺服閥，變量液壓缸，可根據外界控制壓力的大小，實現柱塞泵流量的無級調節(jié)。

根據先導控制壓力方向的改變，可以實現反向輸出液壓流量。

內部集成雙向高壓安全閥，可以控制泵輸出的雙向壓力最高不超過400bar，保護泵不受損壞。

2.2 4個A6VM107HA1T雙向變量馬達

性能

參數 額定壓力 350bar

最高壓力 400bar

最小排量 30.8ml/

最大排量 107ml/r

控制

特點 高壓自動控制變量，負載變化，馬達排量自動調整，適應負載的變化。

沖洗閥組件集成安裝在馬達上，實現低壓側的液壓油向馬達殼體自動沖洗。

通過手動三通轉閥實現馬達高低速工況的轉換。

2.3 三個先導式減壓閥及操縱手柄

控制

特點 四個接口（P、T 、A 、B），P口接60bar先導控制壓力， A 、B口分別接在變量伺服閥的控制端口，實現泵的雙向流量輸出。

在電氣連鎖信號滿足走行操作時，向前及后推動先導式減壓閥手柄可以完成向前/后高速或作業(yè)走行工況。

2.4 與走行系統(tǒng)有關的壓力開關

2.5 電磁閥得電情況

2.6 前后走行泵合流閥

為保證前后轉向架驅動力同步，前后走行泵的液壓油要合流，必須要滿足前后發(fā)動機同時發(fā)動，兩臺發(fā)動機只發(fā)動一臺時，前后合流閥處于“O”型機能位置，前后油路始終處于斷開位置。

3.液壓走行系統(tǒng)的功能特點

3.1 高低速換擋控制

實現區(qū)間高速運行及作業(yè)低速運行換擋控制功能。把轉換手柄放在區(qū)間運行位置，馬達排

量轉換到高速及低速位置時，可以實現高速運行0-80km/h及0-45km/h。當把轉換手柄放在作業(yè)運行位置，馬達排量轉換到高速或低速位置時，可以實現作業(yè)運行速度0-1.6km/h及0-1km/h。

3.2手動先導式減壓閥比例控制

走行雙向變量泵的排量與減壓閥手柄偏轉的角度成正比，前后操縱手柄，可以改變泵輸出油液的方向。

3.3閉式系統(tǒng)實現液壓制動

當高速運行時，手柄回到中位時，變量泵斜盤傾角回0，泵的排量逐漸減小。但由于慣性，馬達仍然高速旋轉，此時馬達變成泵的工況。此時通過電液動換向閥中位，100bar背壓閥向吸油端卸荷，保護閉式系統(tǒng)并產生制動作用。當清篩機在長大坡道運行時，由于慣性，不再是馬達帶動車軸旋轉，而是車軸帶動馬達當泵使用，不管此時車是向前或者向后驅動，都可以使馬達泵油口通過100bar背壓閥實現系統(tǒng)保護及降低車速的作用。

3.4安全卸荷保護

為了防止清篩機在剛起步時，先導式減壓閥突然開啟時，回路壓力過高，致使馬達和泵損壞，在閉式回路上設置了兩個400bar的單向安全閥，使回路瞬間驅動壓力不超過400bar。另外，在變量伺服閥的前端設置了外控式截止閥，調定壓力為360bar。當閉式系統(tǒng)驅動壓力超過360bar時，該閥關閉補油泵到變量油缸的回路，使泵的斜盤角度減小，輸出流量也變小，防止系統(tǒng)過載，正常情況下，系統(tǒng)壓力不會達到400bar。

3.5補油沖洗功能

3.5.1 4個液壓馬達集成安裝沖洗閥組件，完成沖洗功能

沖洗閥組件用于泵一馬達閉式回路中，從低壓一側的管路中排出一定比例的液壓油，對泵或者馬達殼體進行沖洗；從沖洗閥排出的油液先進入泵或馬達的殼體內，沖洗泵或馬達殼體內的金屬碎屑；同時起到加溫作用，使泵或馬達較快地達到正常工作溫度，當泵或馬達溫升過高時，油液又可帶走一部分熱量而起到降溫的作用。從泵或馬達流過的油液再送去濾清和冷卻或者直接回油箱，所以稱為沖洗閥。沖洗閥組件中的低壓溢流閥的調定壓力應該比補油溢流閥的調定壓力低1～2bar。

3.5.2 前后走行變量泵集成自動補油，實現自動補油功能

液壓系統(tǒng)中的氣穴現象會影響液壓系統(tǒng)的工作性能，除產生振動、噪音外、還會使系統(tǒng)的效率降低，損壞零件、縮短液壓元件和管道的壽命.造成流量和壓力的脈動。為了補償系統(tǒng)泄漏及帶走閉式系統(tǒng)的熱量，在泵上集成了補油泵及安裝在回路上的兩個單向順序閥，可以實現泵—馬達閉式系統(tǒng)的雙向補油。同時，補油泵也提供泵斜盤變量油缸的控制壓力，系統(tǒng)補油壓力調定為25bar，如果補油壓力過低，電氣系統(tǒng)報警指示燈及報警蜂鳴器都會接通報警。

4.液壓走行系統(tǒng)回路分析

下面以清篩機向前運行（作業(yè)）為例，對走行驅動液壓系統(tǒng)各回路原理進行分析，液壓系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

當向右扳動先導手柄13時，A口壓力大于5.5bar，前行控制壓力開關21閉合，使得電液閥11和電磁閥20的b斷得電，電液閥11的“H”型機能斷開，實現“平行”功能，高壓管路23和回油管路24的通道被電液閥11斷開，實現閉式循環(huán)回路功能。系統(tǒng)油路為（原理圖上為紅色線條）：

4.1 手動先導式減壓閥操縱回路

向右扳動先導手柄13時，控制泵13壓力油通過6MPa的溢流閥8調定后進入先導閥13，經減壓后作用到主驅動泵的變量伺服閥12上，使得伺服閥12左移。伺服閥開啟量與先導閥13A口的輸出油壓成正比，先導閥13手柄的偏移量決定閥口A的油壓。同時，補油泵6壓力油通過25MPa的溢流閥33調定后經截止閥25進入變量伺服閥12的右端節(jié)流口（￠1.8mm節(jié)流孔減壓），后進入變量液壓油缸28右腔，致使活塞桿左移帶動主泵1的斜盤開始轉動產生相應的斜盤傾角。先導閥13手柄的偏移量決定著主泵1的斜盤傾角，主泵1依據傾角對應的流量向走行馬達2供油。

手動先導式減壓閥操縱回路由先導操縱控制回路和變量泵伺服控制回路組成。其油路在原理圖上為黃色線條。

4.1.1 先導操縱控制油路

進油：

回油：

4.1.2變量泵伺服控制油路

進油：

回油：

4.2 安全卸荷回路

系統(tǒng)由溢流截止閥25和單向安全閥4、5等組成安全卸荷回路，主要是為了避免清篩機運行時阻力突變帶來的沖擊危害。當運行阻力突增時，高壓油管23的油壓作用在安全閥5上（如系統(tǒng)油壓超過40MPa，則打開安全閥5通過安全閥4的單向閥流回泵1的吸油口，并部分油通過溢流閥33回油箱）。同時，高壓油管23 的油壓經單向截止閥31作用在溢流截止閥25上，如系統(tǒng)油壓超過36MPa時，溢流截止閥25開啟，補油泵6向泵1變量伺服機構的供油截斷。液壓油缸28右側供油隨之截斷，油缸28右腔油通過節(jié)流孔流向油缸28左腔，油缸28活塞隨之左移帶動泵1的斜盤，使得傾角減小，達到減少泵1供油量的目的，走行壓力也隨之減小。反之，如系統(tǒng)油壓小于36MPa時，溢流截止閥25關閉，補油泵6向泵1變量伺服機構的供油導通。液壓油缸28右側有來自補油泵6的供油，油缸28活塞隨之右移帶動泵1的斜盤，使得傾角增大，達到增加泵1供油量的目的，走行壓力也隨之增大。

安全卸荷回路分兩種情況來說明，一種是當系統(tǒng)壓力大于36MPa小于40MPa時，另一種是當系統(tǒng)壓力大于36MPa小于40MPa時，兩種情況的回油因溢流截止閥25的開閉狀態(tài)有所不同。其油路在原理圖上為綠色線條。

4.2.1當系統(tǒng)壓力大于36MPa小于40MPa時，溢流截止閥25開啟，補油泵6供油回油箱。其回路可分為溢流控制回路和補油控制回路。

溢流控制回路：

補油控制回路：

4.3 補油沖洗回路

車輛運行時，當走行馬達進出口壓力差達到能克服沖洗閥28的彈簧阻力使得閥移動（左移）時，馬達低壓管路的油通過溢流閥27部分流回油箱，起到冷卻升溫油液和清洗馬達機械摩擦產生的鐵屑作用。同時，因高低壓壓差和閉式系統(tǒng)的原因，補油泵6從油箱吸入冷卻后的清潔液壓油部分經單向安全閥4流向泵1的進油口（流入量與溢流閥27沖洗回油箱的等量），多余的油則通過溢流閥33溢流回油箱。

補油沖洗回路分為補油回路和沖洗回路。其油路在原理圖上為青色線條。

4.3.1 補油回路

4.3.2 沖洗回路

控制油路：

主油路：

4.4 換擋控制回路

為了實現清篩機在不同工況下的走行自動適應能力，清篩機走行裝置設置了高低速換擋控制回路。通過換擋控制手柄34來實現高低速轉換功能，當換擋控制手柄34在低速檔時，控制泵3的供油流向走行馬達變量伺服控制閥29的上部右側控制油管上。車輛剛起步時，由于低速大扭矩，馬達所需排量也最大，起步時系統(tǒng)壓力也最大（高達40MPa），該壓力作用經單向閥17作用在伺服閥29的上部左側，使得伺服閥29下移，馬達A、B口的都流向了變量液壓缸32的有桿腔和無桿腔，面積差使得液壓缸32活塞上移至極限位，并帶動走行馬達斜軸傾角至最大，使馬達達到最大排量，實現低速時的大扭矩工況。隨著車速的提升，馬達A、B口油壓下降，伺服閥29慢慢上移，使得進入液壓缸32無桿腔的油是經伺服閥29減過壓的液壓油，而有桿腔的進油是未減壓的，因壓差，液壓缸32的活塞桿下移，帶動走行馬達斜軸傾角逐漸減小，使馬達排量逐漸減小，實現高速運轉。低速時，補油泵3提高的6MPa壓力油一直作用在伺服閥29上部右側，使得伺服閥29的閥口一直有開啟度，使得馬達一直處于非最小排量。然而，當換擋控制手柄34在高速檔時，補油泵3的供油回油箱了，伺服閥29的閥口開啟量只取決于馬達B口的進油壓力，車速提升，馬達B口壓力不斷減小，伺服閥29可逐步上移至極限位，導致液壓缸32活塞下移至極限位，隨之馬達排量最小，輸出扭矩最小，車輛實現高速運行。

換擋控制回路分為低速檔控制回路和高速檔控制回路。其油路在原理圖上為藍色線條。

4.4.1 低速檔控制回路

伺服控制油路：

變量控制油路

4.4.2 高速檔控制回路

伺服控制油路：

變量控制油路

4.5 液壓制動回路

車輛高速運行中，如需要減速，先導手柄逐步回到中位，變量泵斜盤傾角逐漸回0，泵的排量逐漸減小。但由于慣性，馬達仍然高速旋轉，此時馬達變成泵的工況，馬達排出的壓力油被主變量泵1的吸油端吸入，由泵再供向馬達此時的吸油端。同時馬達排出的壓力油經電液換向閥11的下位作用在1 0 M P a的背壓閥9上。背壓閥溢流后向吸油端卸荷，保護閉式系統(tǒng)并產生制動作用。

同時馬達排出的壓力油一部分流向控制順序閥1 0 （8 M P a ），順序閥10的通斷控制了泵3向變量泵1的變量油缸28的供油量，以適時增加泵1向馬達的供油量，防止形成局部真空。順序閥10的通斷取決于馬達的排油壓力：當馬達排油壓力高于8MPa時，順序閥1 0導通，控制油泵3提供的控制壓力油經順序閥10、電磁閥20的下位及單向閥15到變量泵1的控制油路輸入端x3進入變量泵的變量液壓缸28的右腔，使泵1的斜盤傾角增大，增加泵1向馬達吸油端的供油；當馬達排油壓力小于8MPa時，順序閥1 0又斷開變量泵1的斜盤傾角減小到順序閥開啟前的狀態(tài)，恢復到控制泵3向泵1變量油缸28的供油量。

當先導閥1 3手柄回到中位時，先導閥13的閥口P到閥口A的通道被斷開，閥口A、閥口B與回油箱接通，變量泵l 的伺服閥1 2左、右兩端油路經閥口A和B與回油箱接通，伺服閥1 2在復位彈簧的推動下向右移動，回到中位。變量液壓缸2 8失去壓力油，在復位彈簧的作用下，活塞右移至中位，變量泵1的斜盤傾角逐漸變成0，變量泵的排量為0。此時電液換向閥11電磁閥失電在中位控制液動閥構成“H ”型機能，使馬達的排、吸油端導通， 馬達排出的油液經吸油端返回馬達，不斷循環(huán)，馬達在慣性力的作用下繼續(xù)旋轉。此時無液壓制動功能。

液壓制動回路分為背壓制動回路、順序控制回路和變量控制回路。其油路在原理圖上為洋紅色線條。

4.5.1 背壓制動回路：

4.5.2 順序控制回路：

4.5.3 變量控制回路

5.結束語

通過以上分析可以看出，RM80清篩機的走行驅動液壓系統(tǒng)各回路的結構設計和安全性能都是非常先進和可靠的。設備技術人員和操作人員只要認真分析懂得其原理，才能準確掌握其性能和故障處理方法，也可為同類液壓系統(tǒng)的設計作為參考。

參考文獻：

[1]大型養(yǎng)路機械職工培訓叢書編寫組編.液壓傳動原理與故障診斷.昆明：鐵路大型養(yǎng)路機械培訓中心，2002.

[2]鐵路職工崗位培訓統(tǒng)編教材.全斷面枕底清篩機.北京：中國鐵道出版社，1998.

作者簡介：楊永平，昆明工務機械段機械清篩車間，車間主任、工程師。