电液执行器驱动自动栏木机的研究与应用

摘要：

自动栏木机应用于铁路与道路交口, 在列车通过时, 为避免行人及车辆穿过道口与列车发生碰撞事故, 以便提高道口的通行能力、确保行车及人身安全。进行一种电液执行器 (EHA) 驱动方式的新型道口栏木机研究, 着重分析介绍该设备的组成、工作原理及主要功能。

关键词：

自动栏木机; 电液执行器 (EHA) ; 工作原理;

收稿日期：2018-09-13

Research and Application of Electro-hydraulic Actuator Driven Automatic Barrier Machine

Kui Kaiteng Wang Lijun Ning Bo Jiang Xiuzhong Jiang Jingming

CRSC Wanquan Signal Equipment Company Ltd

Abstract：

Automatic barrier machine applied in railway and road crossing to avoid collision accident of pedestrians, vehicles and train, in order to improve the capacity of crossings, and ensure driving and personal safety. This paper studies a way of EHA electro-hydraulic driven new crossing carrier machine, focuses on introduction and analysis of the device composition, working principle and main functions.

Keyword：

automatic barrier machine; electro-hydraulic actuator (EHA) ; working principle;

Received： 2018-09-13

1概述

道口历来是影响行车安全的重要因素, 尤其是近年来, 随着交通运输事业的迅速发展, 交通运输日益繁忙, 列车速度提高、密度增大, 公路汽车数量猛增, 道口事故时有发生, 已引起国内外的普遍关注, 道口安全防护也变得越来越重要。现阶段国内外道口栏木应用广泛存在, 且道口改造工期长, 因此道口安全防护急需更安全可靠的栏木机设备。

目前国内传统的铁路道口栏木机通常采用齿轮传动的驱动方式, 由电机经3～4级齿轮系统减速后, 通过低转速工作的主轴转动约90°, 带动栏木上升、下降, 从而实现栏木功能。这种传统齿轮传动栏木机存在着箱体漏油、栏杆摇摆幅度大等问题。针对目前传统栏木机存在的上述问题, 介绍一种EHA电液执行器方式的新型道口栏木机。该栏木机整体结构简单, 运行可靠、稳定, 在确保道口通行能力的同时, 保障了行车及人身安全。

2电液执行器 (EHA) 特点

电液执行器 (Electro-Hydraulic Actuator, EHA) 是一种高度集成的液压元器件, 具有油箱与液压缸一体, 齿轮泵置于极小的油箱内部, 可集成溢流、以及双向液压锁功能, 所有液压元件内置, 无任何泄漏, 可靠性高, 免维护, 输出力大等特点。

通过在栏木机外部给定驱动电机正反转电流, 即可控制液压缸伸出/缩回, 从而实现外部栏杆的转换功能。栏木机内部结构简单, 所有液压元件内置, 无任何泄漏, 无维护问题, 系统可靠性高。电液驱动单元内置的液压锁可使栏杆在外部断电情况下停止于0°～90°任意位置。由于栏木机设计中无需润滑油液润滑, 因此箱体不会出现漏油的状况, 如图1所示。

图1 EHA液压原理图

Fig.1 EHA hydraulic principle diagram

3 栏木机原理

栏木机原理如图2所示。

图2 栏木机原理简图

Fig.2 Carrier machine principle diagram

栏木机箱体内置包括EHA电液驱动单元、状态监测单元。当道口控制系统给出信号后, EHA电机带动齿轮泵使液压缸伸出驱动U型连接座, 带动拨叉驱动块驱动拨叉使主轴转动, 从而实现栏木机的升降功能。

4 栏木机功能

栏木机主要用于铁路与公路的平交道口, 在道口处有列车接近和通过道口时, 栏木机栏杆放下阻挡公路上的行人和车辆通过, 在列车通过后, 栏木机栏杆升起放行公路上的行人及车辆。

根据既有资料及相关标准, 道口栏木机的主要功能包括以下几点:锁止功能、表示功能、转换过程中消除惯性功能、防护功能、过载保护功能、缓冲功能。

      4.1 锁止功能

栏木机在转换到极限位置的时候, 状态监测触点闭合, EHA电机断电, 齿轮泵停止工作, EHA内部液压锁封闭液压回路, 液压缸位置锁死, 栏木机栏杆在极限位置锁闭。

在栏木机转换过程中如遇突然断电等不可控因素时, EHA电机断电, EHA内部液压锁封闭液压回路, 液压缸位置锁死, 栏木机停在故障位置, 避免砸到行人及车辆, 可由现场工作人员通过摇把手动恢复。

      4.2 表示功能

栏木机箱体内置两组位置检测触点, 当栏杆在两极限位置 (水平、垂直) 时, 两组检测触点其中一组会闭合, 将栏木机状态反馈给外部控制系统;当两组检测触点均处于常开状态时表示栏木机在转换过程中;当EHA内置液压锁出现故障油路有泄漏时, 栏杆会缓慢落下, 水平极限位置检测触点闭合, 栏杆锁闭。

      4.3 转换过程中消除惯性功能

栏木机在转换过程中, EHA液压缸匀速伸出, 拨叉转动呈现出先加速后减速特性, 运动曲线如图3所示, 因此避免了急加速带来的惯性, 同时能减轻栏杆末端位置的晃动。

图3 转速曲线图

Fig.3 Speed graph

      4.4 防护功能

栏木机在放入摇把孔处安装有安全节点, 在栏木机突然断电情况下现场人员手动转换时, 将堵孔板顺时针旋转, 内置安全节点断开, 电路切断, 即使供电恢复, 栏木机内部电路依然处于断开状态, 保护了现场操作人员的安全。

     4.5 过载保护功能

EHA电液执行器内部置有溢流阀, 在栏木机转换过程中若出现卡住时EHA内部液压回路压力上升, 超过溢流阀调定压力时, 溢流阀溢流保护电机及箱体内零部件。

     4.6 缓冲功能

考虑道口实际应用中, 公路车辆偶尔会撞击到栏杆, 栏杆容易被撞弯, 因此在栏杆连接处安装有缓冲弹簧装置, 缓冲幅度±7°。

5 实际应用的优点

经过多次改进后, 采用EHA驱动方式的栏木机克服了以往栏木机的不足, 成功实现上述各功能。经过现场试验, EHA电液执行器驱动栏木机有如下优点。

1) 栏木机负载能力强, 运行平稳, 栏杆在升起、下落过程中, 晃动量小。

2) 栏杆在下落过程中如碰到障碍物, EHA内置溢流阀溢流, 栏杆停止下落, 很好的保护过往车辆。

3) 停电后现场工作人员可通过摇把手动升起、放下栏杆, 确保道口正常工作。

4) 栏木机检测触点位置可调, 很好的满足了现场对栏木机升起角度不同的需求。

6 结语

EHA驱动方式栏木机集成度高、结构简单、免维护, 大大减轻了道口工作人员工作量, 同时由于EHA具有较高的可靠性, 也为道口行车和行人的安全提供了保障。