1 问题的起因
我国铁路客货运输所需的牵引动力主要依靠内燃机车和电力机车来实现。对于内燃机车，柴油机是内燃机车的心脏。按照铁道部机车检修规程要求，内燃机车的中修周期为23～30万公里，大修周期为70—90万公里。内燃机车检修作业中，柴油机的解体或组装是检修工作量最大，劳动强度最高的工序。柴油机的检修效率直接控制着机车检修的进度，检修质量直接影响了机车的动力品质。
在铁路内燃机车中修柴油机解体和组装作业工序中需要将长约5．9 m，宽约1．7 m，高约2．9 m，质量约30 t的柴油发电机组放置在大型升降平台钢结构支座上(柴油发电机组在平台长度方向上不受约束)，通过4根液压缸支撑平台在1．4 m范围内的升降，以此改变柴油机与地面之间的相对高度，使其随时都处于地面工人最合适的检修操作高度。作业中，平台需要升降往返多次，作业时间平均1—2天。图1a中是DF4D型内燃机车柴油机(发电机未组装)在液压升降平台上，平台降至最低位置，检修人员站在地面上可以方便地接触到柴油机的顶部，避免了以前检修人员使用高架攀爬在柴油机上作业。
由图1b中分析：根据拆装的顺序及检修工艺以及系统结构需要，质量约5 t的主发电机必须悬置在升降机平台外，造成升降平台的负载重心严重偏移。而且，在检修作业的解体与组装过程中，随着部件的拆装，负载重心位置随时变化。这种大范围的偏载和重心变化，对液压升降平台保证同步运动精度和刚度，造成了很大的困难。在升降过程中，由于同步问题引起的柴油发电机组这个庞然大物任何的倾斜、摇摆起伏都会对检修作业人员心理上造成恐惧，严重的甚至会影响生产安全。同步精度成为衡量评价升降平台性能的关键指标。
从20世纪80年代末起，该柴油机大型升降平台同步问题的解决方案历经多次选择、试验、修改，历经近20年的不懈研究，最终找到了一个较好的解决方案。2 升降平台同步方案的历史回顾。
2．1 分流集流阀同步方案
由液压系统原理图2可知，利用3个分流集流阀构成串并联回路，使4条液压缸获取等量的油液而实现运动同步。通过安装试验后，发现该系统的最大优点是简单、经济，但存在3个问题。
(1)同步精度不高，或者说同步刚性较差。当外载荷施加后，平台常常出现歪斜现象，很难保持水平。拆掉平台钢结构，做各缸无约束空载实验。测量结果如表l(单位为mm)。
数据随机无序，各液压缸运动无规律变化，误差达到±2％ 一4％。分析其原因除了与各缸缸径误差有关，与各缸的密封件阻尼有关，主要与分流集流阀的公称流量有关。由于该回路中的3个分流集流阀规格相同，当阀1在额定流量下工作时，阀2及阀3的油液远远低于额定流量，也低于降流量(液压技术中称60％公称流量为“降流量”)。试验证明分流集流阀的流量过低导致分流精度显著下降。集流时情况同样如此。集流阀的油液流速都有从零到某一稳定值的过程，据资料分析，分流集流阀在这一动态过程中不起同步作用，它只能保证执行元件的静态速度同步。因此，各液压缸在起动瞬间不能速度一致。
(2)不同步的误差积累影响了平台的实用性。若液压缸每次都走到上下死点，则可通过阀内节流孔窜油，使活塞到死点后消除积累误差。然而，实际工作中升降机很难做到这点，常常在行程途中需要停留或返回。液压缸每启动一次，液流经分流和集流，产生一次误差，最后导致不同步误差积累，影响设备正常工作。
(3)在试验中发现系统还存在另一个问题：升降台重载试验下降时，系统稳定性很差，管路发生振荡和噪声。检查分析原因是活塞下行过程中，因控制油失压，液控单向阀关闭，关闭后控制油路又建立压力，复又打开活塞下行，如此循环使活塞的下降断断续续并使管路产生激烈振荡。后经过改进，通过串联单向节流阀产生背压来平衡，但下降速度的控制受到限制，系统设计不理想。
试用证明，该方案是不成功的，不久即被淘汰。
2．2 液压马达并联同步方案
从系统原理图3可知：
(1)通过专门设计的齿轮箱，将型号规格相同的4个液压马达的输出轴机械并联在一起。因为是机械地联系在一起，迫使4个液压马达转速始终一致。理想状态每个液压马达都能通过等量的油液，然后分别供给4个液压缸。关于液压马达的选型问题是这样考虑的：若采用定量液压马达，固然有利于提高同步精度。但一旦发生事故，重新选择排量和容积效率一致的马达有困难，必须是整组(4个)换掉，造成浪费很大。因此最后选用了变量液压马达。
(2)系统中设置了交叉溢流修正回路。要使4个马达的排量调整到始终完全一致是很难做到的。并且，液压缸的制造精度和内泄漏都会影响同步精度。系统中由以下的阀组成了修正回路：由4个单向阀(5—4、5—5、5-6、5-7)、4个液控单向阀(12—1、12—2、12—3、12—4)、2个溢流阀(6—4、6—5)以及压力表和开关等组成。该油路第一个功能是：在活塞运动至液压缸上下两端时可自动消除不同步误差。具体说明如下：当某一液压缸(比如缸14—1)到达了行程上限，而其他缸还未到达，这时其他缸还继续供油。由于4个液压马达转速是一致的，当马达(11-2、11—3、l1—4)继续运转向对应的液压缸供油的同时，马达11—1输出的油经溢流阀6 4流回油箱。这样，4条缸在到达了行程上限处不同步的误差得以修正。当活塞下降时，与先到达行程下限的液压缸对应的液压马达可以通过液控单向阀12吸油，一直到所有的油缸都到达行程终点。该油路第二个功能是：可以人为随时修正因活塞多次在液压缸两端点间往返而积累的不同步误差(这种误差往往发生在沿柴油机纵向两端的液压缸)。操作如下：在操纵台上除了设有“升”“降”按钮外，还有两个“修正”按钮。按动“修正”按钮使三位四通电磁换向阀(9-2)通电工作，可使升降机纵向某一端的液压控单向阀反向出油，从而加快或迟缓某一端的油缸运动速度，使不同步的误差得以消除。
(3)该系统另一个特点是：采用双泵系统，大泵司升降主运动，小泵司启闭液控单向阀。控制液控单向阀的油压由小型定量柱塞泵(3—2)供给，独立于主回路之外，防止了相互的干扰。操纵三位四通换向阀(9-3)可控制油缸液压锁的启闭。控制回路的油压采用独立的系统，使运动平稳，单向阀的启闭迅速，灵敏，效果非常理想。液压缸液压锁选择了外泄式液控单向阀，有利于降低开启压力。
经现场试用半年后，液压马达并联同步方案同步性能较分流集流阀同步方案同步精度高，基本满足了升降机的大偏载、负载重 f=‘ 变化的实际工况。但同时也暴露出一些问题，如造价昂贵，系统复杂，故障率高，给操作维修调试带来许多不便。
最终，该方案也因实用性差被淘汰。
2．3 液压．机械同步方案(已获得国家专利)
鉴于柴油机升降平台偏载严重，且负载重心位置变化频繁，经深入研究，考虑设计采用链销传动机械一液压同步方案。即在升降平台钢结构平台下部设计一套机械传动装置，即链传动机械同步机构安装在升降平台的钢结构下。它由6部分组成：2根纵向同步轴，1根横向同步轴，大同步齿轮箱，小同步齿轮箱，2对直齿锥齿轮及4个同步链论。以上6部分构成1条传动链，传动链上的4个链轮转速一致，链齿与链轨圆销相互啮合(见图4)。
当升降平台工作时，传动链强迫4个链轮在链轨(固定在土建机坑壁侧，安装标高一致)上转过相同的齿数，导致升降平台始终保持水平状态。尽管钢结构承受着较大的偏载力，但凭借机械构件的传动精度、强度和刚性使升降平台保持水平状态。
由于采用了机械同步机构，使液压子系统大大简化。如图5所示，各液压缸的上下腔分别构成了2个连通器。因而，无论升降机的偏载有多严重，各缸的工作压力仍然是相等的。
图5中主要元件在系统中的作用如下：
(1)单向阀5—1串联在液压泵出口处，以防止由于系统压力的忽然升高而损坏价格昂贵的柱塞泵。后来的试验和运用实践证明，这样的考虑是必要的。
(2)为了在下降开始瞬间能及时打开液控单向阀(液压锁)，实现油流反向且避免冲击。希望在电磁阀7。2通电时，控制回路能迅速建压，特在控制回路的回油处串联一个单向阀，以防止管路失压。
(3)由于下降工况液压缸承受负值负载，故将单向节流阀8设置在液压缸下降一侧，使重载下降时运动十分平稳。
(4)因为单向节流阀的影响，使下降时液控单向阀反向出油腔油流背压较高，导致解锁的最小控制压力大大提高。为了克服这一影响，采用了外泄式液控单向阀11。实践证明这对节省控制系统的功率和减少液压冲击都是有利的。
(5)对于电磁换向阀7。1，采用“M型”中位机能，目的是：阀芯处在中位时，A、B两工作腔都被封住，对锁死油缸起双保险作用，另外，“M型”中位机能有利于电机卸载启动。
2．4 方案综合比较(见表2)
历经3种设计方案的试验及运用，综合比较结论如下：分流集流阀方案同步精度最低。而油马达并联同步方案随着不断改进和完善，系统愈趋复杂，对应的电气操纵也繁琐麻烦，系统功率损失大，制造、维护成本高。因此最后确定了机械．液压同步方案。长时间运用实践证明，机械同步方案中液压系统结构简单，操作维护便利，设备使用正常，同步性能满足机车检修工艺要求。链传动机械同步的精度取决于机械零件的加工精度，安装精度，及整个链传动的刚性。因此，提高同步精度的途径十分有效。
3 对机械．液压同步方案的改进建议
3．1 机械一液压同步方案的不足
尽管最终采用了机械一液压同步方案，但经过长期使用观察，该方案也存在不足：
(1)升降过程中柴油机组的蛇形摆动虽然小，但未彻底消除，这是由于链销传动性质所决定，做不到无间断啮合。
(2)该同步方案的关键是机械传动机构应具有足够的刚性。经研究发现传动链各环节刚性不均匀，横向同步轴是最薄弱的环节。
3．2 修改建议
(1)将机械同步方案中的链销传动改为齿轮齿条传动，系统同步精度将进一步提高，升降过程中柴油机组的蛇形晃动将彻底消除。但制造成本、安装精度、维护成本将也会提高。
(2)机械同步方案设计中倘若增设一根横向同步轴及两对锥齿轮将现有的传动链封闭起来，提高整体刚性，同时将更有利于同步精度的提高。
4 结束语
液压升降平台同步问题不是一个新问题，但非常棘手。同步精度的高低决定了整个大型液压升降平台系统的最终使用品质。回顾3个方案，升降平台液压同步问题的研究经历了从理论应用再到实践归纳总结、提炼集成的过程。全液压系统虽然可以满足同步要求，但其整个系统非常复杂、庞大，并由此带来操作维护上的一系列问题，不能完全满足内燃机车检修作业简单实用的生产需求。液压．机械同步方案将液压系统、机械传动巧妙的结合在一起，取长补短，相得益彰。既解决了实际问题，满足了工况需要，又降低了设计制造、安装、调试、维护综合成本，不失为一个较好解决同步问题的方案。采用液压一机械同步方案设计的内燃机车柴油机检修用大型升降平台已在全国铁路18个铁路局(集团公司)所属内燃中修机务段推广运用，累计已达68台，该升降平台的动、静态同步效果得到了用户的充分肯定。