液壓道岔走行時長不一致的因素分析

魏邦平 中國鐵路上海局集團有限公司合肥電務段

液壓道岔是利用液體的壓力能來傳遞能量，主要是通過動力原件（油泵）將電動機產生的機械能轉化為液體的壓力能，然后通過管道和控制原件（液壓閥）把有壓的液體輸向執(zhí)行元件（油缸），將液體的壓力能轉換成機械能，以驅動尖軌動作，實現(xiàn)尖軌解鎖、轉換、鎖閉的過程，完成動力傳遞。液壓道岔的走行時長與油缸移動距離和道岔動作的速度有關，油缸移動距離為尖軌的開程和外鎖閉裝置的鎖閉動程，道岔動作速度與油缸的壓力有關。開程的大與小、動作速度的快與慢決定了道岔動作的時長，因此道岔動作時長不一致，能夠直接反映出道岔調整和液壓傳動系統(tǒng)不良。

1 因素統(tǒng)計

2018年通過對我段管內某車間21件液壓道岔走行時長不一致問題進行跟蹤處理，并對處理情況進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)目前走行時長不一致的主要因素為：（1）提速道岔開程、鎖閉量調整不一致；（2）結合部病害；（3）液壓傳動系統(tǒng)動力不足。在這些因素中，提速道岔開程、鎖閉量調整不一致以及結合部病害，維修人員能夠通過調整、道岔聯(lián)合整治得到解決，但液壓系統(tǒng)動力不足隱患解決較為困難，一是液壓傳動中的泄露和液體的可壓縮性無法保證嚴格的傳動性；二是液壓傳動出現(xiàn)隱患時不易找出真正的原因；三是缺少有效測試手段或方法。

2 原因分析

影響液壓道岔走行時長不一致的原因相對較多，但主要因素是液壓道岔傳動系動的不穩(wěn)定造成，下面從以下4個方面進行分析。

2.1 結合部病害引起道岔動作時長不一致

由于道岔長期受到列車碾壓，道岔滑床板下部大膠墊壓潰現(xiàn)象嚴重，造成尖軌降低值不足，引起尖軌吊板或翹頭，存在多處滑床板不接觸或單塊接觸，道岔轉換阻力增加，造成液壓道岔動作變慢，從而影響了道岔轉換時長。

液壓轉轍機工作原理是油缸將壓力能轉化為動能，液壓轉轍機油缸活塞輸出作用力，油缸活塞流量示意圖如圖1所示。

圖1 油缸活塞流量示意圖

其中：D—油缸活塞直徑

d—油缸活塞桿直徑

p1—油缸輸入側的壓力

p2—油缸輸出側的壓力

從上述公式可以看出：轉轍機牽引點F=F1-F2，在液壓泵輸出功率不變（F1穩(wěn)定）的狀態(tài)下，轉換阻力F2增加后牽引輸出力發(fā)生了變化，引起道岔轉化時間發(fā)生變化。其原因是液壓油在液壓系統(tǒng)中的流動受到尖軌阻力突然增加后，由于慣性作用，液體從受阻端開始，迅速將阻力的動能逐層轉換為壓力能，液體產生壓力波，反向作用于油缸活塞，造成輸出側P2壓力增大，當P1=P2時該牽引點停止動作，這種壓力能的轉換容易從一個牽引點轉化到另一個牽引點，如此反復進行能量轉換，形成壓力波震蕩，震蕩在微機監(jiān)測道岔曲線表現(xiàn)為鋸齒波，道岔拉力測試在一段時間內拉力較小或產生反向的作用力。對于主付機牽引的道岔容易引起“定到反”或“反到定”兩者的走行時間偏差；對于全主機牽引的道岔容易發(fā)生各牽引點間道岔動作時長不一致。

2.2 液體氣穴現(xiàn)象造成道岔動作時長變化

在流動的液體中，液壓油中總是含有一定量的空氣，空氣可以溶解在液體油中，有時也以氣泡的形式混合在液壓油中。如果液壓系統(tǒng)某處的壓力低于空氣分離壓時，原先溶解在液體中的空氣就會分離出來，從而導致液壓中出現(xiàn)大量氣泡，這種現(xiàn)象稱氣穴現(xiàn)象。液壓提速道岔油路中在轉換結束后，油壓泵停止工作，由于油管密封圈不良存在漏油，油路中不真空，容易形成氣穴現(xiàn)象，這種氣穴現(xiàn)象同樣也隨著溫度的變化而變化。

當液壓系統(tǒng)中出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象時，大量的氣泡將破壞液流的連續(xù)性，造成流量壓力的脈動，氣泡隨著液流進入高壓區(qū)時又急劇破滅，以致引起局部液壓沖擊，發(fā)出噪聲并引起振動，造成道岔動作不平順，形成道岔走行時長不一致。如圖2所示，潁上站13#道岔“反到定”、“定到反”道岔功率曲線走行時間相差約240 ms，微機監(jiān)測表現(xiàn)為道岔“當前”的走行時間比“參考曲線”的走行時間延長量≥200 ms；對現(xiàn)場進行調查，并對13#道岔油缸內部空氣排盡后來回操縱定反位走行時間偏差0 ms，如圖3所示。

圖2 潁上站13#排氣前動作時長

圖3 潁上站13#排氣后動作時長

2.3 道岔各牽引點間同步調整不一致

對于多機多點牽引的道岔理想狀態(tài)下各牽引點動作應是一致的，但由于負載、摩擦、泄漏和結構變形的差異，將造成各牽引點間動作不一致。

目前主要做法調整調節(jié)閥實現(xiàn)道岔動作同步，液壓提速道岔（ZYJ7）采用定量泵的液壓系統(tǒng)，利用調節(jié)閥改變油缸輸入、輸出流量來實現(xiàn)速度調節(jié)，其速度調節(jié)實行方式為在主、付機進出油缸之處加裝流量調節(jié)閥，通過調整調整閥的大小控制油缸入口和出口流量，從改變它運動速度。其原理如下圖4所示。

圖4 油泵系統(tǒng)原理

液壓提速道岔為雙活塞桿油缸，雙活塞桿油缸兩側的活塞桿直徑相同，雙腔作用面積相同，兩活塞桿速度相同，活塞運動速度為：

其中：D—油缸活塞直徑

d—油缸活塞桿直徑

q—油缸輸入輸出流量

從上述公式可以看出：活塞桿與活塞的面積固定不變的，改變活塞輸出作用力，就是改變調節(jié)閥液體流量。在外負載不變的情況下，改變輸入、輸出側的流量就會改變牽引處尖軌運行速度，從而達到兩牽引點間或多牽引點間動作同步。有效解決了道岔“定到反”、“反到定”兩者的走行時間偏差和道岔“當前”的走行時間比“參考曲線”的走行時間延長量的問題。如圖5所示，潁上站17#道岔“反到定”、“定到反”道岔功率“當前曲線”走行時間兩者相差（后者長）約240 ms，對現(xiàn)場進行調查，并對17#道岔進行同步調整后來回操縱定反位走行時間偏差80 ms，如圖6所示。

圖5 潁上站17#同步調整前動作時長

圖6 潁上站17#同步調整后動作時長

2.4 溫差變化造成液壓油性能不一致

液壓油是液體傳動系統(tǒng)中用來傳遞能量的液體工作介質，液壓系統(tǒng)能否可靠有效地工作，在一定程度上取決液壓油的性能，特別是在液壓元件定型狀態(tài)下，液壓油的性能則成為道岔動作的關鍵。如液體的溫度、密度、黏度、液體的可壓縮性，都與液體的性質有關。

液壓油的黏度對溫度變化十分敏感，溫度升高，黏度就會下降，液壓油在油缸內流動速度加快，反之速度較慢，液壓油在油缸內部流動阻力增加。

液體受壓力作用而體積減小的性質稱為液體的可壓縮性，液壓油具有可壓縮性，即受壓后體積會發(fā)生變化。液壓油可壓縮性的大小用液體的體積壓縮系數(shù)k來表示，其表達式為：

液壓油的可壓縮性對液壓傳動系統(tǒng)的動態(tài)性能影響較大，黏度越大的液壓油在同樣受到壓力的狀態(tài)，液壓體積變化量小，反之液壓體積變化大。

由此在液壓泵動力一定的情況下，不同溫度下，體積相同的油缸，動作時長不一致。液壓道岔由于受季節(jié)的變化，液體的體積壓縮系數(shù)k不一致，極易造成道岔在性能一致的狀態(tài)下不同的季節(jié)動作時長不一致，如圖7和圖8所示，道岔“當前”的走行時間比“參考曲線”的走行時間縮短量的原因是季節(jié)不同油缸性能變化造成。

圖7 潁上站12#夏季動作曲線

圖8 潁上站12#冬季動作曲線

3 結論

綜上所述液壓道岔油缸的動作不能保證嚴格的傳動性，容易發(fā)生道岔走行時長的變化。因此在日常的維修中要精檢細修，加強液壓道岔傳動系統(tǒng)的漏油檢查，對道岔走行時長偏差應認真細致分析具體原因。重點解決以下幾個方面問題：（1）克服道岔結合部病害。由于降低值不足，容易造成道岔吊板，形成道岔走行時長不一致；（2）調整各牽引點道岔開程、鎖閉量一致。液壓提速道岔重點克服各牽引點間開程、鎖閉量大小均勻不一致，以及“虛開”引起的道岔動作時長不一致；（3）做好各牽引點間同步調整。一是定期排除油路中的空氣；二是對調節(jié)閥進行適量調整；（4）解決傳動系統(tǒng)動力的問題。動力系統(tǒng)主要存在油壓泵供油系統(tǒng)不良或者溢流板組密封狀態(tài)不良容易造成轉換力動力不足，造成道岔動作比“參考曲線”動作時長偏長，如通過道岔拉力測試道岔轉換阻力減小，應及時更換油泵組；（5）完善道岔功率曲線的設置。由于季節(jié)的變化液壓道岔的液壓油壓縮性不一致，造成道岔動作曲線在不同的季節(jié)走行時長不一致。因此，道岔的參考曲線應結合道岔季節(jié)性調整重新進行設置。