GPLE_30系列液压调速器研发
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GPLE-30系列液压调速器研发
赵新武,付新纪,龚成武,黄礼辉(重庆普什机械有限责任公司,重庆400050)摘要:论述了GPLE-30系列液压调速器的结构、性能、主要技术参数和开发过程,较详细地介绍了该调速器的设计、工艺和试验结果。GPLE-30系列液压调速器适用于内燃机车柴油机,可以与302调速器、联合调节器和PGMV调速器实现整机互换。关键词:GPLE-30系列调速器;结构;性能;互换中图分类号:TK424.3+1文献标识码:B文章编号:10031820(2011)04002303
收修回稿日期:20100812作者简介:赵新武(1972),男,四川自贡人,高级工程师;付新纪(1977),男,湖北襄樊人,工程师;龚成武(1982),男,四川资阳人,工程师;黄礼辉(1971),男四川内江人,技师。1前言2008年,重庆普什机械有限责任公司通过市场调研,针对内燃机车非电喷柴油机尚有近万台保有量的信息,决定开发具有自主知识产权的GPLE-30系列全制式液压调速器,满足国内240/275、280/285系列柴油机新造、大修和维护的需要。2009年,GPLE-30系列全制式液压调速器通过多次试验和设计改进,完成了100h可靠耐久性试验。2010年,GPLE-30系列全制式液压调速器在DF4、DF8系列机车上完成了装车考核,并通过了铁道部产品质量监督检验中心的型式认可。可以与PGMV调速器、302调速器、联合调节器实现整机互换。2调速器性能2.1主要技术参数GPLE-30系列液压调速器原理结构如图1所示,主要技术参数如下。工作能力/Nm28输出轴扭矩/Nm30每毫米行程输出角度/()R型45/L型26控制转速范围/rmin-1300~1100补偿机构压差-针阀调节式旋转方向(俯视)顺时针工作油压/kPa1200200工作油温/<100工作电压/V(DC)110功调电阻值/4865转速调节方式电-液无级调速调速器净重/kg65适用柴油机/kW1000~50002.2结构特点(1)GPLE-30系列液压调速器采用了压力反馈补偿系统,使得补偿系统的反馈信号在动力活塞运动前即产生,并及时作用到柱塞上。缓冲活塞和一对缓冲弹簧呈水平放置,不受重力的影响,因此其反馈性能比较先进。为进一步提高调速系统的补偿裕度,我们把调速器缓冲活塞的直径加大,取得了很好的效果。(2)GPLE-30系列液压调速器采用电液、间接、无级配速方式。由遥控系统来的脉冲信号驱动步进电机,进而驱动配速滑阀,并通过工作油间接地控制配速活塞的运动来实现柴油机的无级变速。采用这种配速方式,柴油机转速的升、降比较平稳,冒黑烟少。第4期(总第446期)内燃机车2011年4月(3)GPLE-30系列液压调速器采用先降速后停机的方式,即通过释放液压配速缸中的工作油达到先降速后停机的目的。这样可以避免柴油机在高转速突然停机对柴油机运动件的冲击,起到最大限度地保护柴油机的作用。(4)对GPLE-30系列液压调速器的核心控制部件滑阀装置进行了优化设计。通过有限元计算模拟,将原来的三角花键配合定位改为光孔加销配合定位,提高了配合精度,实现了单件独立加工,降低了工艺难度。另一方面,将容易发生疲劳断裂的滑阀衬套直径加大,并将控制孔系位置重新布置,使滑阀装置的使用寿命提高了65%。
图1GPLE-30系列液压调速器结构与原理示意图1润滑油路;2传动轴;3储油室活塞;4储油室外弹簧;5储油室内弹簧;6油泵;7调节控制台;8补偿控制台;9滑阀柱塞;10滑阀座;11缓冲盘;12推力轴承;13配速齿轮;14配速排油控制台;15配速调节控制台;16配速滑阀;17配速旋转套;18配速调节浮动杠杆;19温度补偿板;20配速调整螺钉;21步进电机;22配速板;23滤油器;24飞铁;25调速弹簧;26基准转速螺母;27连接板;28复原连杆;29配速缸;30配速活塞;31停车调节螺母;32停车螺杆;33起机限位螺钉;34标牌;35连接销;36电磁阀故障旋钮;37停车电磁阀;38负荷控制单向供油阀;39功率调整螺杆;40偏心轮;41功率滑阀;42功率调节控制台;43负荷控制浮动杠杆;44功率伺服器;45连接调整螺钉;46动力活塞杆;47牵引电动机;48牵引发电机;49励磁机;50测速发电机;51功率调节控制小孔;52快速卸载控制台;53流量调节球阀;54变阻器;55补偿调整针阀;56油缸弹簧;57缓冲活塞;58动力活塞;59旁通油路孔;60缓冲弹簧;61转角式输出轴。(5)GPLE-30系列液压调速器采用国内机车用标准接口,具备调节柴油机转速和输出功率的功能,可以与PGMV调速器、302调速器、联合调速器实现整机互换,调节性能、可靠性能和性价比达到国内领先水平。3开发过程GPLE-30系列液压调速器研发的思路是以笔者在5年前开发的302系列调速器为基础,对反馈系统、配速系统、停机系统、供油系统等各个环节运用先进设计手段与方法,改善调节性能,提高调速器的稳定性和可靠性,满足铁路机车用柴油机调速系统的需要。24内燃机车2011年3.1图纸设计GPLE-30系列液压调速器从总体结构上分为上盖装置、电机装置、电器装置、配速装置、杠杆装置、附板装置、功率罩盖装置、滤油器装置、上箱装置、滑阀装置、中间体装置、机座装置和执行装置。针对302系列调速器存在的工艺性和可靠性方面的不足,我们进行了系统的改进设计。(1)上盖装置。将顶盖、上盖、油杯合为一体,减少了零件数目,降低了维护的难度。(2)电器装置。重新设计了电磁阀,该电磁阀采用不可调节式,方便电磁阀的安装,同时降低用户维护的难度,提高了调速器的可靠性。(3)上箱装置。重新设计了上箱,上箱与垫块之间采取过盈配合,取消了容易破损的耐油石棉垫,杜绝了调速器的渗漏油问题。(4)滑阀装置。见2.2中的所述,并将停车螺杆直径加大,提高了调速器起、停机的可靠性。(5)中间体装置。由于工作油压的提高,对油泵进行了重新设计,增加了泵的工作流量,改善了调速器起动性能和低速稳定性。同时,将缓冲腔尺寸扩大,提高了调速系统的补偿裕度。(6)基座装置。为了保证油封能承受上下两面油压,将原来在轴承下面的油封放在了轴承上面,取得了很好的效果。GPLE-30系列液压调速器和302系列调速器两者的总体尺寸相同,绝大多数零部件通用。3.2工艺准备GPLE-30系列液压调速器是一种制造精度相当高的机械液压产品,内部结构复杂,特别是3级同轴传动,柴油机通过调控装置花键套与调速器传动轴连接,传动轴又与油泵主动齿轮连接,主动齿轮又与配速齿轮连接,因此,要求相关零件的形状位置公差很小,并要求运动副具有镜面的粗糙度,以确保调速器运动灵活与整机性能。(1)由于调速器一方面内部液压油路较多,既有高压油路,又有控制油路,另一方面起控制作用的滑阀、柱塞、活塞等件的配合间隙只有0.02~0.04mm,所以对内含油路的上箱、中间体、油缸和机座的铸造工艺要求很高。对试制期间毛坯出现的砂眼、气孔和疏松等问题从铸造工艺上想办法,最终使毛坯的成品率得到了大幅提高。另外,对上箱、中间体、油缸等毛坯内腔进行了喷丸、磷化和涂酚醛树脂处理,较好地解决了调速器内腔沙粒脱落和生锈的问题。(2)在加工设备上,我们配置了卧式加工中心、立式加工中心、高精度内外圆磨床和数控车床,确保了调速器上箱、中间体、油缸等箱体类和滑阀装置滑阀、飞铁等回转类高精度零件的加工。对加工中心的刀具材料、切削角度、刀具安装角度、主轴转速、走刀量和切削深度等切削参数进行了反复试验和优化。(3)由于调速器结构复杂,对部件装置的装配要求较高。如滑阀衬套加工后要与滑阀座液氮冷装,工序很长,如果加上其间的加工工序,其整个制造周期将达到3个月。又如调速器3级同轴传动的装配,除了需要保证相关零部件的精度外,还需要组装钳工高超的技术和一丝不苟的工作态度。在装配工艺中,设计了大量的工装、研磨杆、研磨套,确保了调速器的装配精度。3.3试验验证(1)GPLE-30系列调速器的出厂试验是在模拟试验台上完成的。模拟试验台主要由主机和电器柜两部分组成。主机完成调速器的装、卡固定,主要由铸铁底座、转速测量系统、调速器油加热组件、油温油压测量系统、交流异步电动机、伞齿轮传动系统等几部分组成。电器柜完成柴油机、发电机系统模拟,转速、喷油泵齿条刻线、油温、油压、主发电流显示。磨合调整完的GPLE-30系列调速器在重庆普什公司试验台进行了交检交验,其静、动态指标达到了试验大纲的要求(见表1)。表1GPLE-30系列调速器性能参数表项目瞬时调速率/%稳定调速率/%稳定时间/s转速波动率/%实际检测60.440.4试验大纲要求151.551(2)GPLE-30系列调速器的型式试验是在铁路产品质量监督检验中心进行的,并获取型式试验报告。从试验的数据看,GPLE-30系列全制式液压调速器质量可靠,性能先进,符合ZJZ302(JC)-2005-80内燃机车柴油机调速器产品质量监督抽查检验实施细则,完全满足TB/T1462-1983对机车柴油机调速器的要求。(3)GPLE-30系列调速器分别在DF4B、DF8B等多台机车上进行了配机装车及运行试验,达到了TB/T1462-1983的要求。下转第38页25第4期(总第446期)赵新武等:GPLE-30系列液压调速器研发
图2车轴轴承箱结构图1轴箱体;2轴箱上拉杆;3外圆弹簧;4内圆弹簧;5车辆防倾覆装置;6轴箱下拉杆;7后盖;8轴承;9前盖;10垂向液压减振器;11起吊挂板;12测速电机;13接地装置。3.7其他附件动力转向架的构架四角设有砂箱。在非动力转向架构架两端设有两个铁鞋(止轮器)安装座。4试验和运用转向架构架试制完成后,委托铁道部质检中心机车车辆检验站按照18t轴重的载荷进行了静强度、疲劳强度试验。检验结果表明,该构架的强度满足TB/T23682005动力转向架构架强度试验方法的要求。车辆落成交验后,委托铁道部质检中心机车车辆检验站在汉丹线进行了车辆动力学性能试验。试验结果表明:该车在最高试验速度132km/h范围内,脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力均符合GB/T174261998铁道特种车辆和轨行机械动力学性能评定及试验方法的要求,可满足120km/h运行的稳定性要求。车体和司机室横向、垂向振动加速度均符合GB/T174261998铁道特种车辆和轨行机械动力学性能评定及试验方法的要求,横向和垂向平稳性指标均属优级,可满足120km/h运行的平稳性要求。轨道车交付上海铁路局后,立即投入沪杭高铁和沪宁高铁的运用,现场运用表明该转向架完全满足设计任务书和现场运用的要求。5结语GCY-300型工务重型轨道车转向架是按照高铁轨道车运用要求研制的全新轨道车转向架,与以往的轨道车转向架相比,在安全性、可靠性、通用性、工艺性和转向架的动力学性能上有了很大的提升。