捣稳车增设快速切断液压油路装置的可行性分析

曹伟剑 中国铁路上海局集团有限公司上海大机运用检修段

1 前言

DWL-48型捣固稳定车（以下简称“捣稳车”）液压油箱距离发动机舱较近，吸油过滤器集中安装于油箱下部且吸油管路管径较大，当发生紧急火情时液压油会大规模泄漏助长火势，故需增设快速切断液压油路装置，防止事故扩大化。使用该装置应能够准确实现液压油切断，操作应安全便捷可靠，防止非主观原因误操作，不可影响整机其它功能，不可因操作该装置造成人身伤害。

2 方案介绍

2.1 系统概述

快速切断液压油路装置在原车基础上加装，需要考虑安装位置、使用方便性、安全性以及对原车的影响等，结合上述各方面因素，进行具体机械结构及液压系统设计，确定安装方案。

2.2 捣稳车液压油箱吸油口现有切断方式

捣稳车吸油管路共有六处，每处吸油管与液压油箱连接处均安装有吸油过滤器。吸油过滤器具备自封功能，更换过滤器滤芯时，切断过滤器位于液压油箱内部吸油口。实现该功能时需手动将吸油过滤器右侧端盖拆除，解除过滤器内部滤芯轴向推力，利用左端单向阀关闭进油口，如图1。

2.3 机械结构设计

由于捣稳车液压油箱吸油过滤器数量较多，所处空间狭小，无法加装传统的截止阀或工业蝶阀。因此，设计方案确定为利用吸油过滤器的自封功能，对原有吸油过滤器进行结构设计改造，从而实现液压油切断功能，改造部位为过滤器端盖。设计非标过滤端盖，使端盖具有定位和复位功能，如图2。正常工况下，推动活塞，使单向阀处于开启状态，并用定位销进行锁定。出现火情时，定位销迅速被推出，过滤器端盖上的单向阀在复位弹簧的作用下关闭，切断油源。此改造是在原有吸油过滤器端盖后端加装一只单作用油缸，压力油通过油缸将定位销推出。油缸活塞杆与端盖原有弹簧顶杆机构中的顶杆相连接，当油缸有杆腔充入压力油后，活塞向外拉动时带动弹簧顶杆机构一起向外运动，解除对过滤器滤芯的轴向推力，从而在无需拆卸过滤器端盖的情况下，实现过滤器进油口快速封闭，达到液压油快速切断的目的。图3 为改装后的端盖复合组件结构示意图，在未充入控制液压油的情况下保证顶杆的高度尺寸一致，相对于改造前的端盖长度尺寸增加了152 mm，油缸端盖部分直径为90 mm，缸体部分直径为55 mm。

图1 吸油过滤器结构图（改造前）

图2 吸油过滤器结构图（改造后）

图3 带弹簧单作用油缸端盖复合组件结构示意图

2.4 液压系统设计

图4 改进前液压系统原理图

根据上述机械结构设计改造方案，装置由单作用油缸驱动，由储存在蓄能器腔体内的压力油提供动力。捣稳车液压系统主要用于工作装置与走行系统，所设计液压系统应完全独立，不对整车系统造成干扰，因此考虑利用捣稳车自带的柴油应急泵。如图4所示，通过应急泵将压力油注入蓄能器，蓄能器容积为4L，充氮压力40 bar，安全阀设定压力100 bar，利用截止阀1 和2 将压力油保存在蓄能器中。发生火情时，打开截止阀2 将压力油液充入过滤器端盖的单作用油缸中，油缸动作使吸油过滤器关闭，达到切断油路的目的。油缸小腔上安装的单向阀可以保证充油管路烧损时，吸油过滤器仍然处于封闭状态。

图5 改进后液压系统原理图

模拟试验表明，该装置能及时切断液压油路，但是未考虑截止阀泄漏风险，可能导致液压泵吸空，且单作用油缸可能误动作，通过增设应急操作阀组可解决此问题，三通换向球阀具有防泄漏功能，改进后液压系统原理图如图5 所示。原截止阀更改为三通换向球阀，球阀常规状态连接形式为蓄能器压力油连接管路P1口截止，油缸进油管路A口与连接油箱管路B 口连通，应急状态连接形式为蓄能器压力油连接管路P1口截止与油缸进油管路A 口连通，连接油箱管路B 口截止，从而避免应急操作阀泄漏造成液压泵吸空风险。两者操作方式均为通过手柄进行手动操作，区别为原截止阀仅具备通断功能，控制单个管路油液通断；现三通换向球阀功能等同两位三通换向阀，且球阀结构对比电磁换向阀几乎无泄漏，手动换向过程中阀内各通道不会相互连通。同时，试验验证当蓄能器充氮压力下降为20 bar、安全阀设定压力减少为50 bar时仍可满足油缸动作需要，降低了系统压力，进一步保障了安全。

2.5 安装位置

（1）吸油过滤器端盖。吸油过滤器端盖采用原端盖再加工的方式，安装位置不变，安装方式与原端盖相同。

（2）蓄能器。为保证紧急火情下装置管路安全，将蓄能器安装在主车液压油箱右侧车体侧墙上。

（3）应急操作阀组、警示铭牌。在紧急火情下，应急操作阀组位置必须相对安全且操作方便，满足卫星小车处于任意位置时均可从车辆两侧操作的需求，多番观察和模拟后确定将其安装于车架下部液力变矩器与分动箱相连的传动轴保护架吊板上，此处可满足两侧操作要求，能够防范误操作。为进一步保证紧急火情下的操作准确性，在应急操作阀组安装吊板背面增设一块应急操作警示铭牌。

2.6 操作说明

（1）蓄能器充压。应急操作阀组三通换向球阀手柄处于横向正常位，检查柴油应急泵压力油口与蓄能器充压口连接管路，确认可以使用后打开蓄能器下方充压端截止阀，启动柴油应急泵，将蓄能器压力充至规定压力50 bar，关闭充压口截止阀，停止应急泵运转，蓄能器充压完成。

（2）应急操作。发生火情时，机组人员在保证人身安全情况的前提下，迅速来到车架下方应急操作阀组安装位置，解除应急操作阀组三通换向球阀手柄保护措施，将其由横向位置转动至竖直位置，蓄能器储存的压力油充入单作用油缸，吸油过滤器油口关闭，完成液压油切断。

（3）恢复操作。火情解除或误操作后，必须对应急操作阀组三通换向球阀手柄进行复位，将单作用油缸另一接口（无单向阀接口）堵帽拆开，保持十秒钟，放尽腔内油液再将其恢复，油缸在弹簧作用下复位，吸油过滤器进油口打开，从而保证液压泵正常运行。

3 结束语

该方案将捣稳车原有吸油过滤器端盖改装成带弹簧复位的单作用油缸端盖，单作用油缸活塞杆连接端盖内部顶杆，当单作用油缸有杆腔充入压力油时，活塞杆拉动顶杆克服端盖弹簧作用力收回，使得吸油过滤器滤芯不再受顶杆推力，同时在滤筒另一端弹簧的作用下，盖板被推回使吸油口关闭，从而实现液压油切断。单作用油缸进油口配有单向阀，可防止因充油管路破损而导致单作用油缸腔内压力油液泄漏。通过操控应急操作阀组三通换向球阀，可保证液压泵吸油端供油正常，防止吸空造成液压泵损坏。

该装置设计巧妙，操作方便，保留原吸油滤清器基本结构，在端盖设计加装单作用油缸，配置专用蓄能器作为应急动力源，独立启动吸油滤清器自封功能，实现液压油路快速切断，具备可行性。