鐵路多功能裝卸機(jī)的設(shè)計與研究

張克家，時 健

（1.濟(jì)南鐵路局 滄州車務(wù)段，山東 德州 253003；2.德州永泰機(jī)械電子有限公司 生產(chǎn)部，山東 德州 253003）

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會的高速發(fā)展，鐵路、港口、公路系統(tǒng)運(yùn)輸任務(wù)繁忙，逐步形成各類大型物流企業(yè)，對貨物運(yùn)輸及裝卸效率提出更高的要求，使機(jī)械化裝卸成為裝卸貨物的主流。但是，鐵路部分站段在糧食、化肥、水泥等大宗袋裝貨物的裝卸車與裝箱入庫作業(yè)方面還主要存在袋裝貨物在鐵路運(yùn)輸中占有很大比重，目前大多采用人工搬運(yùn)裝卸；人工裝卸勞動強(qiáng)度大，效率低，裝卸過程占用貨車停留時間長，影響貨車周轉(zhuǎn)，加之人工成本費(fèi)用高，用工企業(yè)負(fù)擔(dān)重等問題，影響鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)效率。

隨著時代的進(jìn)步，笨重的體力裝卸勞動和低效率已經(jīng)不適應(yīng)鐵路的快速發(fā)展，亟需采用先進(jìn)的科技手段和技術(shù)設(shè)備替代繁重的人工裝卸作業(yè)，以解決當(dāng)前鐵路面臨的問題。鐵路多功能裝卸機(jī)較好地實現(xiàn)了裝卸作業(yè)高效率、低成本、用人少、效益高的目標(biāo)。

1 鐵路多功能裝卸機(jī)設(shè)計思想

國內(nèi)市場上成熟應(yīng)用的輸送機(jī)或裝卸機(jī)多為機(jī)械直板式和伸縮式，輸送帶只能平直運(yùn)轉(zhuǎn)，不能轉(zhuǎn)彎，無遙控、液壓和電子技術(shù)，難以適應(yīng)鐵路棚車、敞車裝卸要求。因此，采用先進(jìn)的機(jī)電一體化技術(shù)，研發(fā)專門用于鐵路棚車、敞車袋裝貨物裝卸的鐵路多功能裝卸機(jī)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)臂輸送臂任意轉(zhuǎn)彎，輸送臂可多節(jié)伸縮、調(diào)整升降，自動顯示計件計量、整機(jī)遙控移動等功能。裝卸機(jī)自帶走行裝置、發(fā)電裝置，可以實現(xiàn)鐵路貨車與汽車或貨位的對裝對卸。

1.1 設(shè)計原則

（1）功能齊全。無論是汽車與鐵路敞車、棚車之間，還是貨位與車輛之間等的對裝作業(yè)，該裝卸機(jī)均能適應(yīng)，不受限制。

（2）使用靈活簡便。整機(jī)遙控，減少人工操作?？紤]裝卸場地供電困難及裝卸機(jī)移動、線間距離等實際工況，裝卸機(jī)應(yīng)具備較高的自動化程度。

（3）安全可靠耐用。材料的材質(zhì)、設(shè)備的構(gòu)件等應(yīng)充分考慮連續(xù)露天作業(yè)要求，抗腐蝕、抗撞擊、耐磨耗，研制或購置的部件符合有關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，采用或集成的技術(shù)應(yīng)成熟先進(jìn)，具有創(chuàng)新性。

1.2 主要設(shè)計內(nèi)容

裝卸機(jī)應(yīng)具備以下特點(diǎn)：轉(zhuǎn)臂輸送臂實現(xiàn)任意轉(zhuǎn)彎；輸送臂實現(xiàn)多節(jié)伸縮，可以調(diào)整升降；整機(jī)可以遙控移動，自帶行走裝置；自帶發(fā)電裝置和外電源轉(zhuǎn)換；能夠自動顯示計件計量。

裝卸機(jī)由輸送臂、輸送帶、中旋轉(zhuǎn)臂、主旋轉(zhuǎn)臂、底盤、行走機(jī)構(gòu)、柴油發(fā)動機(jī)(發(fā)電機(jī)組)、液壓馬達(dá)滾筒(電動滾筒)、回轉(zhuǎn)支承、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成，外形如圖1 所示。該裝卸機(jī)設(shè)計 8 處活動關(guān)節(jié)，8 處液壓油缸，1 處電動(或汽車發(fā)動)行走裝置，全部采用遙控控制。

圖1 鐵路多功能裝卸機(jī)外形

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）輸送臂。輸送臂由入料輸送臂、中間輸送臂、出料輸送臂 3 部分構(gòu)成。輸送臂寬 0.8 m，輸送帶寬 0.7 m，3 節(jié)輸送臂伸展總長 15.7 m，收縮總長8.7 m，兩端輸送臂最高升至 5 m，滿足汽車、貨位對棚車、敞車裝卸現(xiàn)場距離要求。輸送臂主框架包括電動滾筒(液壓馬達(dá)滾筒)、從動滾筒、回轉(zhuǎn)支承、軸承、道軌、滑塊、輸送帶、同步鋼絲繩等配件；選用高強(qiáng)度、耐腐蝕的 304 材質(zhì)不銹鋼板制成，主要解決化肥等腐蝕性貨物對主框架的侵蝕和使用壽命的影響。

入料輸送臂、出料輸送臂有伸縮、升降、轉(zhuǎn)向等功能，輸送帶速度 3 m/s，功率 5.5 kW，轉(zhuǎn)彎半徑 180o。其活動關(guān)節(jié)通過輸送臂末端的回轉(zhuǎn)支承座，連接在下面中旋轉(zhuǎn)臂上的兩端部位。中間輸送臂由 1節(jié)組成，沒有伸縮、升降、轉(zhuǎn)向的功能，輸送帶速度3 m/s，功率 1.5 kW，由支腿固定在中旋轉(zhuǎn)臂上的中間部位。

（2）中旋轉(zhuǎn)臂。中旋轉(zhuǎn)臂由工字鋼、槽鋼、鋼板等鋼結(jié)構(gòu)焊接及回轉(zhuǎn)支承制成。中旋轉(zhuǎn)臂的上面兩端通過活動關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)支承與上面的出入料輸送臂連接；中段上面與中輸送臂連接，中段下面通過活動關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)支承與主旋轉(zhuǎn)臂連接，轉(zhuǎn)彎半徑180o。

（3）主旋轉(zhuǎn)臂。主旋轉(zhuǎn)臂由工字鋼、槽鋼、鋼板等鋼結(jié)構(gòu)焊接及回轉(zhuǎn)支承制成。臂的中間底面通過活動關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)支承與下面的底盤連接，轉(zhuǎn)彎半徑 90o。上面一端通過活動關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)支承與上面的中旋轉(zhuǎn)臂連接。上面另一端裝有配重件，確保裝卸機(jī)整體動作行程的平穩(wěn)性。

（4）底盤行走結(jié)構(gòu)。底盤行走結(jié)構(gòu)包括底盤架體、前后支腿庫、四腳支撐、前后車橋、車輪、輪胎(雙錢 700R16 全鋼絲輪胎)、駕駛室、柴油發(fā)動機(jī)、方向機(jī)等行駛控制系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等組成。行駛速度 20 km/h，便于在裝卸場地、裝卸地點(diǎn)靈活移動。

（5）柴油發(fā)動機(jī)與液壓馬達(dá)滾筒。柴油發(fā)動機(jī)選用全柴 495 系列機(jī)型，功率 32 kW，額定轉(zhuǎn)速2 400 轉(zhuǎn)/min，能夠?qū)崿F(xiàn) 1 次裝卸 30 車的連續(xù)供電。液壓馬達(dá)滾筒直徑為 320 mm，長度 800 mm，數(shù)量為功率 5.5 kW 2 個，功率 1.5 kW 1 個。

（6）回轉(zhuǎn)支承?；剞D(zhuǎn)支承選用內(nèi)齒式單排 4 點(diǎn)接觸球式回轉(zhuǎn)支承，由 2 個座圈組成。結(jié)構(gòu)緊密，鋼球與圓弧滾道 4 點(diǎn)接觸，能夠同時承受軸向力、徑向力和傾翻力矩，支承直徑大，精度高、大模數(shù)，使用壽命長。

（7）液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)由油缸、液壓馬達(dá)、液壓油泵組成。油缸數(shù)量共 12 套，其中支腿升降 4套、支腿伸縮 4 套、出料升降 1 套、出料伸縮 1 套、進(jìn)料升降 1 套、進(jìn)料伸縮 1 套；液壓馬達(dá)共 7 臺，其中皮帶傳輸 3 臺、主臂旋轉(zhuǎn) 1 臺、中臂旋轉(zhuǎn) 1 臺、進(jìn)料臂旋轉(zhuǎn) 1 臺、出料臂旋轉(zhuǎn) 1 臺；液壓油泵共 2 臺，其中傳輸帶用 1 臺、其他液壓用 1 臺。

（8）輸送帶。輸送臂上的輸送帶選用較厚的、耐磨耐高溫 PVC 材質(zhì)的整體爬坡帶，具有材質(zhì)柔軟、韌性好、爬坡能力強(qiáng)、使用壽命長等特點(diǎn)。

（9）控制系統(tǒng)。裝卸機(jī)的所有裝卸作業(yè)均直接由液壓系統(tǒng)的電磁閥控制。電磁閥線圈采用較安全的直流 24 V?？刂凭€路由開關(guān)按鈕或遙控器直接控制電磁閥線圈，進(jìn)出料臂的移動設(shè)計為由面板開關(guān)或遙控器控制，面板開關(guān)控制由裝卸人員在地面對控制面板的按鈕進(jìn)行操作，完成進(jìn)出料臂的移動。遙控器的控制由裝卸人員在車內(nèi)、車上通過手持遙控器進(jìn)行操作，完成進(jìn)出料臂的移動，無需下車到裝卸機(jī)控制面板前操作。

（10）計量件數(shù)設(shè)計。依據(jù)傳感器光電開關(guān)產(chǎn)生光電計件脈沖的原理，將脈沖信號輸入計數(shù)器，以光電開關(guān)計數(shù)方式完成件數(shù)計量。

綜上所述，多功能裝卸機(jī)最終實現(xiàn)能裝能卸、能伸能縮、能升能降、能左能右能轉(zhuǎn)彎，獨(dú)立行走運(yùn)行，自動計件，固定電源和自發(fā)電轉(zhuǎn)換，整機(jī)遙控移動，從而滿足鐵路裝卸場地及環(huán)境等各項工況條件要求。

3 主要技術(shù)參數(shù)與創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 主要技術(shù)參數(shù)

（1）整機(jī)靜止時外型尺寸：高 3 m × 寬 3.3 m × 長5.2 m。

（2）軸距：3.2 m。

（3）自重：8 t。

（4）臂伸展最長距離：15.7 m。

（5）支撐最大寬度：3.7 m。

（6）輸送臂上升最高：5 m；輸送臂下降最低：0～0.5 m。

（7）油缸最大行程：1.6 m。

（8）輸送速度：3～5 m/s。

（9）最大輸送單件重量：100 kg/袋。

近年來,社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,使得競爭力也越來越激烈,人們工作和生活中的壓力不斷增大,導(dǎo)致失眠的發(fā)生率逐年增長。對于長期失眠者,其一般伴有不同程度的焦慮抑郁癥狀。本研究特將本院收治的38例失眠伴焦慮抑郁狀態(tài)患者作為研究對象,探究加味逍遙散結(jié)合中醫(yī)心理干預(yù)的效果。具體研究報告見正文:

（10）輸送帶寬：700 mm。

（11）輸送臂寬：800 mm。

（12）貨件袋尺寸：700 mm × 1 000 mm。

（13）發(fā)電機(jī)最大功率：20 kW。

（14）柴油機(jī)最大功率：32 kW。

3.2 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）利用柴油發(fā)動機(jī)帶動液壓馬達(dá)實現(xiàn)裝卸機(jī)作業(yè)的動力，不需要使用電源，解決了鐵路裝卸場地供電困難、自備發(fā)電機(jī)不方便的問題。

圖2 多功能裝卸機(jī)裝卸鐵路棚車

（3）設(shè)計的整機(jī)遙控使作業(yè)更加便捷，隨著裝卸進(jìn)度和貨物距離變化，輸送臂可以達(dá)到裝卸物料最近處，作業(yè)人員不需下車處理，多功能裝卸機(jī)裝卸鐵路敞車如圖3所示。

圖3 多功能裝卸機(jī)裝卸鐵路敞車

（4）使用靈活，綜合性能強(qiáng)?？梢栽谘b卸線路任意地點(diǎn)、任意場地移動使用，整機(jī)設(shè)計科學(xué)合理、功能完善。

4 經(jīng)濟(jì)社會效益及應(yīng)用前景

4.1 經(jīng)濟(jì)社會效益分析

與人工裝卸相比，多功能裝卸機(jī)壓縮貨車停留時間(裝卸時間部分)50%；裝卸效率提高 60%；用工量大幅度減少，原來裝 1 車用工 8 人，現(xiàn)在僅需要 3人，節(jié)約成本支出費(fèi)用顯著。該裝卸機(jī)減輕裝卸人員勞動強(qiáng)度和裝卸環(huán)境，對減輕或緩解運(yùn)輸業(yè)對笨重體力用工難有一定的作用，解決了鐵路裝卸用工難、鐵路季節(jié)性人員緊缺與貨物集中到發(fā)的矛盾。

4.2 應(yīng)用前景

多功能裝卸機(jī)適合港口等大型物流基地、大型汽車集裝箱的掏箱作業(yè)，以及化肥、水泥、糧食及面粉加工企業(yè)的鐵路、汽車裝卸；操作簡單，安全穩(wěn)定可靠。目前，全國鐵路有眾多的貨場或物流基地需要人工進(jìn)行裝卸袋裝化肥、水泥、糧食等，在目前裝卸人力資源緊缺的狀況下，使用該設(shè)備可以減少用工數(shù)量和成本支出，減輕勞動強(qiáng)度，提高裝卸效率。因而該設(shè)備具有良好的市場推廣前景。

5 結(jié)束語

鐵路多功能裝卸機(jī)在技術(shù)上實現(xiàn)了機(jī)電一體化，在功能上實現(xiàn)了將袋裝貨物一次運(yùn)送到位等功能，在使用上實現(xiàn)了便捷操作、整機(jī)遙控、任意地點(diǎn)裝卸，具有一定的使用價值和實用性，對推動鐵路裝卸設(shè)備多樣性和裝卸機(jī)械革新有積極意義。