高铁接触网检修车动力传动系统设计

朱俊亚，王鸿博，张增礼

（中国北车集团太原轨道交通装备有限责任公司，山西 太原 030009）

0 引 言

接触网作业车是电气化铁路接触网日常维修、大修、事故抢修和电气化施工的重要机具。随着铁路跨越式发展，我国高速铁路营运里程逐年增加，对接触网的维护检修工作也变得越来越重要。为了提高铁路营运效率，需要缩短天窗作业时间，要求接触网检修车能够快速到达，快速撤离。目前国内现有的接触网检修车运行速度基本在100 km/h左右，无法满足高速铁路的需要。为此，我公司设计完成了120 km/h高速铁路接触网检修车，该车主要由动力传动系统、制动系统、电气系统、车体、底架、转向架、立柱平台等部件构成，其中动力传动系统主要承担整车运行、牵引，并为车辆制动、照明、控制提供能量来源的任务〔1〕。动力传动系统采用液力机械形式，低速变扭器传动，高速机械闭锁，实现了高效传动。

1 动力传动系统动力传递路线

动力传动系统由发动机、液力机械变速箱、分动箱、传动轴、车轴齿轮箱等部件组成。图1为动力传动系统。

图1 动力传动系统

2 动力传动系统主要部件参数及结构特点

2.1 发动机

2.1.1 发动机主要参数（见表1）

2.1.2 发动机主要结构特点

WP12.480发动机为潍柴动力股份有限公司全新开发的融合国际先进技术的电喷柴油机。该柴油机在燃油系统采用了德国BOSCH高压共轨技术，ECU控制的电子喷射系统，使其排放达到了国Ⅲ或欧Ⅲ标准〔2〕。

表1 发动机主要参数

2.2 液力机械变速箱

2.2.1 变速箱主要参数（见表2）

表2 变速箱主要参数

2.2.2 变速箱主要结构特点

采用了日本日立NICO变速箱有限责任公司生产的TACN-33-2001液力机械变速箱。

液力机械变速箱由液力变矩器与机械变速箱组成。变速箱的输入轴和发动机飞轮联结，动力经液力变矩器传递到后面的机械变速箱，再经输出轴传递到车轴齿轮箱上，驱动车轮转动。

液力变矩器由泵轮、涡轮、导轮三个工作轮组成，泵轮轴与发动机飞轮相联，涡轮轴与机械变速箱的输入轴相联。三个工作轮组成了一个循环圆系统，有压力的液压油在这个循环圆中流动，即发动机输出的转速和扭矩，由泵轮通过液体传递给涡轮输出。在这个能量传递的过程中，因为导轮的作用，使液力变矩器的涡轮扭矩与泵轮扭矩有一个变矩比，这个变矩比随涡轮与泵轮之间转速比降低而增加。因此液力变矩器能自动适应负载的变化，在负载增大时，液力变矩器的涡轮力矩自动增加，转速自动降低；外负载减小时，情况相反。使液力传动的牵引特性曲线形成一条近似的恒功曲线，即车速低时，牵引力大；车速高时，牵引力小。

TACN-33-2001变速箱的液力变矩器输出到一个三档变速箱，变速箱换档采用电控液压控制方式，由司机台上的换档手柄发出换档信号，来控制变速箱上的电液控制阀，使不同的离合器处于挂档状态，实现变速箱的换档操作。变速箱内的关键换档部件是湿式离合器，它由粉片（与壳体相联）和钢片（与花键相联）交错叠串在一起组成。挂档时，离合器油缸活塞在油压下将粉片和钢片叠压在一起时，粉片和钢片连同轴和壳体同步转动。否则钢片与轴转动，而粉片与壳不转，即为脱档。

为了提高检修车的牵引速度，在液力机械变速箱上除了三个液力档，还设置了一个直接档，直接档减速比和三档相同。变速箱可自动监测到检修车运行速度，在速度达到75 km/h时，直接档自动投入工作。直接档工作时，液力变矩器闭锁，此时的传动相当于纯机械传动，从而实现检修车最高车速120 km/h的目标。

2.3 传动轴

用万向节传动轴来适应输入和输出轴间的角度和长度的不断变化。

2.4 分动箱

分动箱为齿轮箱，通过万向轴从发动机自由端取力。共有三个输出口，分别驱动空压机、静液压油泵和液压系统油泵，从而为整车的制动系统提供风源，为散热系统风扇驱动马达提供能源，以及为立柱平台和起重机提供液压系统能量来源。

2.5 车轴齿轮箱

车轴齿轮箱的作用是传递并增大到车轮的扭矩，并将绕车体纵轴的转动变成绕车轴轴线的转动。

3 牵引特性

发动机输出的转速和扭矩经过液力机械变速箱的液力变矩器，发动机的输出特性由近似于直线转变为一条近似双曲线的形式，满足机车牵引要求的牛马特性。即速度低时扭矩大，速度高时扭矩小，也就是起动时扭矩最大，可大大提高牵引重车时的起动能力；而高速时牵引重量降低，又可大大提高整车的运行速度。能够适应高速铁路列车快速到达的要求，又可作为牵引车牵引一定重量的车辆〔3〕。

发动机与液力机械变速箱匹配后，整车的牵引特性，见图2，具体计算过程可参照机车牵引规程。图中横坐标为车速，km/h；纵坐标为牵引力，kN；四条粗实线表示四个档位下的最大牵引力和车速，其中H1，H2，H3分别表示液力一档、液力二档和液力三档，D3表示直接档。图中的虚线表示牵引不同重量、不同坡道下的阻力。实线与虚线的交点即为该牵引工况下的最高车速。从图中我们可以得出如下结论：该检修车最大起动牵引力53 kN，最高车速120 km/h，在最高车速时可牵引46 t在平直道运行。

图2 检修车牵引特性曲线

4 结束语

通过对120 km/h接触网检修车动力传动系统组成部件及其匹配性能的分析可以看出，所选择的动力系统形式和配置在牵引性能方面完全可以达到预期目标，与电传动方式相比还具有配置简洁、操作简便、易于维护等优点，可为以后更高速度的接触网作业车动力系统设计提供参考。

同时应该看到，目前国内没有同等级的液力机械变速箱，该产品完全依赖进口，缺乏自主性和选择性。另外，液力传动对更高的速度要求有一定的局限性，我们还应开发其他的传动方式，开发出140 km/h、160 km/h的接触网作业车，不断适应我国高速铁路的要求。

[1] 朱熹锋.机车总体结构及设计[M].成都：西南交通大学出版社，2010.

[2] 李飞鹏.内燃机构造与原理[M].北京：中国铁道出版社，2009.

[3] 饶忠，陆啸秋.列车牵引计算[M].北京：中国铁道出版社，2010.