谢洪波，郭关柱

（1. 成都铁路局 工务处机械设备科，四川 成都 610081；2. 中国铁建高新装备股份有限公司研究院，云南 昆明 650215）

大型铁路养护车双动力传动系统及其优化研究

谢洪波1，郭关柱2

（1. 成都铁路局 工务处机械设备科，四川 成都 610081；2. 中国铁建高新装备股份有限公司研究院，云南 昆明 650215）

介绍大型铁路养护车常用的双动力传动系统，分析该系统的组成及功能，并开展牵引性能测试。针对牵引力不足和牵引效率低的缺点，提出采用2套液力变矩器传动系统驱动1辆大型铁路养护车的动力传动优化方案，开展了优化后的双动力传动系统性能计算和牵引试验。结果表明，优化后的双动力传动系统牵引性能好，发动机输出700 kW时，其牵引能力与原系统发动机输出1 000 kW时相当；发动机输出850 kW时，其施工作业能力与原系统发动机输出1 000 kW时相当。

铁路养护车；双动力传动系统；闭式静液压系统；液力变矩器；牵引能力

0 引言

大型铁路养护车通常需要具有两项基本功能：一是能够自行或牵引其他设备快速往返于施工作业现场与车辆段之间；二是能够完成铁路养护等施工任务。随着铁路养护施工作业速度要求的提高，铁路养护车逐渐向大型化和重型化发展，而采用双动力传动系统驱动1辆大型铁路养护车变得越来越普遍[1-2]。

大型铁路养护车会安装有多组执行不同功能的液压机构，并为这些机构配备供油系统及动力装置。采用闭式静液压系统驱动走行的双动力传动系统，能够兼顾利用为液压机构配置的供油系统，无需单独再配置供油系统，可节约安装空间和制造成本，但闭式静液压系统驱动效率低，高速牵引走行时燃油消耗率过高、牵引效率较低。

采用液力变矩器的动力传动系统具有两大优点：一是低速时变矩比和牵引力较大；二是高速自行时液力变矩器锁闭为机械传动，传动效率较高。缺点是高速自行锁闭为机械传动后，2套动力传动系统驱动1辆大型铁路养护车时，高速牵引条件下难于实现同步控制[3]。

为了解决2套动力系统的同步控制问题，提出一种新的控制模式，在2套传动系统同时工作时，前1套液力变矩器设定为锁闭状态，后1套设定为非机械锁定的液力驱动状态。当大型铁路养护车运行方向相反时，则前后2套液力变矩器的设定模式互换。采用新的动力传动方案后，在低速作业状态下，走行所消耗的功率较小，使用1套液力变矩器驱动大型铁路养护车的走行即可，通过控制离合器和分动箱，将另1套液力变矩器与动力源断开，另1套动力源则用于驱动液压源向施工作业机械提供液压动力[4-5]。

1 基于闭式静液压系统驱动的双动力传动系统

1.1 系统组成及功能

基于闭式静液压系统驱动的双动力传动系统采用双机组闭式静液压系统驱动模式，单套动力传动系统主要由柴油发动机、分动箱、液压泵组、液压马达、离合器、走行减速箱、车轴齿轮箱、转向架、车轴及轮对等组成（见图1），其中液压泵组的部分液压源提供给施工作业机械。

图1 基于闭式静液压系统驱动的单套动力传动系统原理

柴油发动机与分动箱直接连接并提供动力，分动箱的输出端安装有液压泵组。一部分液压泵组向走行减速箱的输入液压马达提供动力，通过车轴齿轮箱驱动车轴和轮对，用于驱动转向架走行；另一部分液压泵组则负责向施工作业机械提供液压动力。

2套相同的动力传动系统安装在1辆大型铁路养护车上，实现双动力传动驱动。

高速自行或牵引其他车辆时，施工作业机械不消耗动力，柴油发动机产生的全部动力用于驱动车轴及轮对走行。施工作业时，大型铁路养护车走行速度较低，走行所消耗动力较少，主要动力用于驱动施工作业。

1.2 系统性能研究与分析

如图1所示，采用6台液压马达驱动1套走行减速箱，经走行减速箱减速后变为2个输出点，每个输出点分别与转向架车轴齿轮箱连接，经车轴齿轮箱减速后驱动车轮旋转实现走行[6-7]。

选取柴油发动机的额定功率为500 kW；车轮直径为0.92 m；车轴齿轮箱传动比为3.73；走行减速箱传动比为1.77；车轴齿轮箱传动效率为0.98；走行减速箱机械传动效率为0.98；液压马达最小和最大排量分别为32 mL/r和160 mL/r；液压马达启动时，最大输出力矩为相同压力下额定输出力矩的85%；液压泵组出口最高压力为35 MPa。基于理论计算，得到1套动力传动系统能够输出的最大轮周起动牵引力为59.4 kN，2套走行系统同时驱动时能够输出的最大轮周起动牵引力为118.8 kN。

双动力传动系统驱动1辆大型铁路养护车高速走行时，减去发电、冷却和散热等消耗功率，2台发动机实际输出总功率约856 kW。考虑车轴齿轮箱的机械传动效率为0.88；走行减速箱的机械传动效率为0.90；液压泵的最小排量为0，最大排量为165 mL/r；供油压力为35 MPa时，液压泵的机械效率为0.90，容积效率为0.96；液压马达的机械效率为0.90，容积效率为0.92；液压系统的容积效率约为0.95。基于理论计算，得到车轴及车轮输出的最大轮周牵引功率约为397.9 kW。

将2套动力传动系统安装在1辆大型铁路养护车上，在中国铁道科学研究院环行试验线试验，试验结果见图2。实测结果表明：最大牵引力为116 kN，牵引功率实测值在380～400 kW变化，测试结果与理论计算结果相近。

研究结果表明：基于闭式静液压系统驱动的双动力传动系统运行平稳，易于实现大型铁路养护车常用的基本功能，但传动效率及最大牵引力不足，牵引效率较低。

2 双动力传动系统优化方案

鉴于闭式静液压驱动的双动力传动系统不足，提出采用液力变矩器驱动的双动力传动系统优化方案。

2.1 优化方案

优化后的双动力传动系统采用液力变矩器驱动走行，系统主要由柴油发动机、弹性联轴器、传动轴、液力变矩器、分动箱、泵驱动齿轮箱、离合器、车轴齿轮箱、转向架、车轴及轮对等组成（见图3），其中驱动施工作业机械的液压泵组通过离合器（一）与泵驱动齿轮箱连接。

图2 牵引性能试验结果

牵引工况下，2台柴油发动机功率输出均为350 kW，离合器（一）脱开且离合器（二）锁闭，通往施工作业机械的液压泵组与泵驱动齿轮箱脱开，全部动力通过液力变矩器及其他传动部件输出到车轴及轮对上，实现双动力同时驱动大型铁路养护车牵引走行。

施工作业时，1台柴油发动机输出350 kW，用于驱动大型铁路养护车慢速走行；另外1台柴油发动机输出500 kW，离合器（二）脱开，离合器（一）锁闭，该柴油机输出的全部动力消耗于液压泵组，用于驱动施工作业机械作业。

图3 优化后动力传动系统组成原理

2.2 性能分析

相比原闭式静液压驱动的动力传动系统，优化后系统在牵引工况下通过2套液力变矩器驱动牵引走行，作业工况通过1套液力变矩器驱动走行，另外1套动力传动系统为施工作业机械提供动力。

牵引工况：2套动力传动系统消耗的总功率为700 kW，考虑泵驱动齿轮箱传动效率为0.975；分动箱传动效率为0.975；车轴齿轮箱传动效率为0.950；液力变矩器传动效率为0.900；车轮直径为0.920 m。计算得出：2套动力系统能够输出的最大轮周起动牵引力为134.6 kN，在平直线路驱动质量190 t大型铁路养护车的自行速度能够达到100 km/h，车轴及车轮输出的最大轮周牵引功率约为382.3 kW。

作业工况：柴油发动机输出给2套动力传动系统的总功率为850 kW，其中有350 kW通过液力变矩器传递给车轴及轮对走行，另有500 kW经泵驱动齿轮箱驱动液压泵组，输出到施工作业机械进行施工作业。

将该动力传动系统安装在质量190 t的大型铁路养护车上，在昆明铁路局所属沪昆铁路线进行试验，试验结果表明：在平直线路上自行速度100 km/h时，车辆还有剩余加速度；最大牵引力实测值达140 kN；正向运行时，前后2套液力变矩器分别设定为锁闭状态和非锁闭状态，运行方向相反时，前后2套液力变矩器的设定模式互换，能够有效解决2套液力变矩器驱动1辆大型铁路养护车高速自行时的同步问题。

3 结论

研究了采用闭式静液压系统的双动力传动系统驱动1辆大型铁路养护车的性能，针对该系统最大牵引力及传动效率不足的缺点，提出具有同样功能的采用2套液力变矩器驱动的双动力传动系统优化方案，开展了新的动力传动系统性能研究。研究结果表明：

（1）发动机总功率1 000 kW时，基于闭式静液压系统驱动的双动力传动系统的最大牵引力为116 kN，最大牵引功率约400 kW；

（2）发动机总功率700 kW时，采用2套液力变矩器驱动的双动力传动系统的最大牵引力为140 kN，最大牵引功率约382 kW；当发动机总功率850 kW时，该动力传动系统的施工作业性能与1 000 kW的基于闭式静液压系统驱动的双动力传动系统性能相当。

[1] 肖增斌，王晓刚．我国铁路大型养路机械行业的发展与思考[J]．中国铁路，2015(1)：8-10．

[2] 许建明．铁路大型养路机械的发展趋势及展望[J].中国铁路，2014(11)：5-8．

[3] 谢洪波，郭关柱．大型铁路养护车自行与附挂动力学差异性试验研究[J]．中国铁路，2017(1)：66-70．

[4] 王晓方．除雪车功能及主要参数设计[J]．农业装备与车辆工程，2006，185(12)：24-25．

[5] 徐东明，刘莉莉．除雪车的设计计算[J]．专用汽车，2001，9(4)：9-10．

[6] 贾晓红，季林红．高速机车转向架万向轴传动系统动力学研究[J]．清华大学学报：自然科学版，1999，39(8)：49-52．

[7] 郭关柱．新型闭式液压驱动六输入两输出走行系统的牵引特性研究[J]．中国铁道科学，2015，36(6)：97-103．

责任编辑 高红义

Research on Dual Power Transmission System of Large-scale Railway Maintenance Vehicle and Its Optimization

XIE Hongbo1，GUO Guanzhu2
（1. Department of Mechanical Equipment，Track Maintenance Division，Chengdu Railway Administration，Chengdu Sichuan 610081，China；2. CRCC High-tech Equipment Corporation Limited，Kunming Yunnan 650215，China）

This paper introduces the common dual power transmission system of large-scale railway maintenance vehicle, analyzes its composition, functions and its traction performance test. Lack of tractive force and traction eff ciency, it proposes the power transmission optimization plan which suggests one largescale railway maintenance vehicle with two hydraulic converter transmission systems, and calculates the performance of the optimized dual power transmission performance and tests its traction. The result shows that the performance of optimized dual power transmission system is good. When the output of the engine is 700 kW, its tractive power equals to 1 000 kW output of the engine for the original system; when the output of the engine is 850 kW, its work capacity corresponds to the 1 000 kW output in the past.

railway maintenance vehicle；dual power transmission system；closed-type hydrostatic system；hydraulic converter；tractive ability

U216.6

A

1001-683X（2017）04-0068-04

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.04.068

2016-11-17

铁道部科技研究开发计划项目（2011G017-E）

谢洪波（1973—），男，工程师。

郭关柱（1973—），男，教授级高级工程师，博士。E-mail：guoguanzhu_616@126.com