三翻翻車(chē)機(jī)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

王浩洋+蘇偉+劉震

摘 要：翻車(chē)機(jī)是一種大型的、高效率的卸載裝有散料的鐵路敞車(chē)的專業(yè)設(shè)備。與其他卸載敞車(chē)機(jī)械相比，具有卸載干凈、卸載能力強(qiáng)、卸載效率高、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，能夠顯著節(jié)省勞動(dòng)力。結(jié)合工廠常用敞車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計(jì)了三翻翻車(chē)機(jī)，并運(yùn)用轉(zhuǎn)子式“O”型翻車(chē)機(jī)設(shè)計(jì)理念對(duì)三翻翻車(chē)機(jī)的轉(zhuǎn)子鋼結(jié)構(gòu)、壓車(chē)機(jī)構(gòu)、靠車(chē)機(jī)構(gòu)、托滾組件、傳動(dòng)裝置、緩沖裝置進(jìn)行了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：三翻翻車(chē)機(jī)；壓車(chē)；靠車(chē)；托滾組件

中圖分類(lèi)號(hào)：U294.27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.10.104

目前，宣鋼煉鐵廠主要靠翻車(chē)機(jī)實(shí)現(xiàn)裝有散料的鐵路敞車(chē)卸載，通過(guò)高效、連續(xù)的卸載設(shè)備翻卸火車(chē)敞車(chē)所裝載的物料。與其他卸載敞車(chē)機(jī)械相比，翻車(chē)機(jī)具有效率高、環(huán)保的特點(diǎn)，能夠顯著降低企業(yè)的勞動(dòng)力成本。大型三車(chē)翻車(chē)機(jī)單車(chē)載重100 t，額定翻轉(zhuǎn)角度165°，最大翻轉(zhuǎn)角度180°，翻車(chē)效率可達(dá)30次/h。翻車(chē)機(jī)的自動(dòng)化程度高，能夠在很大程度上改善工人的勞動(dòng)條件，大幅度降低企業(yè)的運(yùn)行成本。本文以驅(qū)動(dòng)功率小、翻卸效率高、卸載速度快的轉(zhuǎn)子式翻車(chē)機(jī)為研究對(duì)象設(shè)計(jì)三翻翻車(chē)機(jī)。

1 三翻翻車(chē)機(jī)的擬解決問(wèn)題

考慮到翻車(chē)機(jī)的惡劣工況，為滿足其功能要求并達(dá)到延長(zhǎng)其使用壽命的目的，需要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：①由于翻車(chē)機(jī)周?chē)嬖诖罅糠蹓m，因此應(yīng)充分考慮動(dòng)力系統(tǒng)的防塵問(wèn)題。我們可以在現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)上建立綜合防塵密封系統(tǒng)。②在翻轉(zhuǎn)卸料的過(guò)程中，翻車(chē)機(jī)的質(zhì)心位置在不停地改變，與旋轉(zhuǎn)中心不重合，從而產(chǎn)生交變的沖擊載荷。此時(shí)，應(yīng)考慮主體鋼結(jié)構(gòu)受交變應(yīng)力的影響程度。③翻車(chē)機(jī)與三輛火車(chē)的質(zhì)量很大，需要考慮其慣性給制動(dòng)帶來(lái)的困難。為此，我們需要設(shè)計(jì)可靠的緩沖裝置。④要想保證火車(chē)在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中可靠定位，就需要設(shè)計(jì)可靠的壓車(chē)與靠車(chē)機(jī)構(gòu)。⑤當(dāng)火車(chē)進(jìn)入翻車(chē)機(jī)平臺(tái)時(shí)，由于摩擦力會(huì)對(duì)翻車(chē)機(jī)產(chǎn)生反向作用力，因此需要考慮翻車(chē)機(jī)的軸向移動(dòng)問(wèn)題。⑥設(shè)計(jì)時(shí)，需滿足在火車(chē)不摘鉤的情況下，完成翻車(chē)卸料與火車(chē)復(fù)位的工作循環(huán)的要求。通常，翻車(chē)卸料時(shí)的傾斜角應(yīng)在165°左右。角度越大，卸料越徹底。

2 三翻翻車(chē)機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)

三翻翻車(chē)機(jī)由2個(gè)全箱型端環(huán)和3個(gè)全箱型梁組成框架型轉(zhuǎn)子鋼結(jié)構(gòu)，在各梁與端環(huán)相交的部分均采用了變截面的設(shè)計(jì)，各梁之間均采用聯(lián)系環(huán)固定，用于將各梁連成一體；在平臺(tái)的兩側(cè)分別伸出側(cè)梁，用于連接壓車(chē)梁油缸并支撐靠板，具有剛性好、應(yīng)力值低等優(yōu)點(diǎn)。采用平臺(tái)兩側(cè)伸出支架用于壓車(chē)的布置，可降低鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力值，并且便于維護(hù)。

翻車(chē)機(jī)左右兩側(cè)并不完全對(duì)稱。在靠車(chē)板的一側(cè)，梁與靠車(chē)板均采用箱型體結(jié)構(gòu)，以保證翻車(chē)機(jī)的剛度；只有壓車(chē)機(jī)構(gòu)的一側(cè)，梁采用桁架結(jié)構(gòu)，以減輕翻車(chē)機(jī)的整體質(zhì)量。布置壓車(chē)缸時(shí)采用箱型體結(jié)構(gòu)。上述設(shè)計(jì)方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：①向固定支撐靠攏。將端環(huán)斷面“工”字型結(jié)構(gòu)改為箱型結(jié)構(gòu)；去掉配重梁，將配重塊直接配到環(huán)上；將三大梁自由變形改為三大梁用兩個(gè)輔助環(huán)捆為一體，形成一個(gè)剛度很大的整體梁共同變形，大幅增加螺栓數(shù)量，增大接觸面積。②端環(huán)和幾大梁的聯(lián)結(jié)螺栓數(shù)量大幅增加，其中，增加幅度最大的螺栓數(shù)量是原來(lái)的6倍。螺栓沿著幾大梁的軸線方向拉開(kāi)布置，環(huán)梁聯(lián)結(jié)處的端環(huán)內(nèi)圈設(shè)計(jì)成箱型，使聯(lián)結(jié)點(diǎn)向固定支撐的力學(xué)模型轉(zhuǎn)變，防止端環(huán)聯(lián)結(jié)板和大梁在該處變形，達(dá)到固定聯(lián)結(jié)效果。③大梁全部改型。三大梁全部由栓接改為焊接，保證結(jié)構(gòu)更加可靠，減少了維護(hù)工作量。各梁的斷面普遍增大，使其抵抗變形能力大為增強(qiáng)。

通過(guò)對(duì)整體布局的改動(dòng)，梁與環(huán)聯(lián)結(jié)點(diǎn)以及環(huán)本身的變形大為減小，再加上環(huán)聯(lián)結(jié)處安裝有變箱型裝置，抵抗因固定聯(lián)結(jié)產(chǎn)生彎矩的能力很強(qiáng)，因此，環(huán)無(wú)法產(chǎn)生塑性變形。

3 三翻翻車(chē)機(jī)其他零部件的設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的靠車(chē)機(jī)構(gòu)采用兩個(gè)支撐靠板的輪子將靠車(chē)板支撐在翻車(chē)機(jī)的平臺(tái)上。靠車(chē)機(jī)構(gòu)的油缸布置在側(cè)梁上，靠板采用凹槽結(jié)構(gòu)，以解決電磁脈沖的布置問(wèn)題；壓車(chē)梁穿過(guò)靠板，以保證靠板具有足夠的寬度，且靠板支架作用于平臺(tái)，受力合理。在靠車(chē)油缸上裝設(shè)位移傳感器，通過(guò)位置與液壓閥件的控制實(shí)現(xiàn)各靠車(chē)油缸區(qū)域聯(lián)動(dòng)，從而解決靠板同步的問(wèn)題。

壓車(chē)機(jī)構(gòu)由壓車(chē)梁、支座及主動(dòng)元件組成，并且采用上下移動(dòng)式。驅(qū)動(dòng)采用雙驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力系統(tǒng)，分別在兩個(gè)端環(huán)的同一側(cè)安裝電動(dòng)機(jī)和換向減速器組，利用小齒輪驅(qū)動(dòng)端環(huán)上的齒條，從而實(shí)現(xiàn)翻車(chē)機(jī)的翻轉(zhuǎn)卸料作業(yè)。通過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的剛性同步軸連接，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)完全同步，從而消除在翻車(chē)機(jī)主體內(nèi)部較大的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。在翻卸過(guò)程中，如果一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)失效，要求另一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能控制住滾筒，從而防止事故的發(fā)生，并在短時(shí)間內(nèi)利用單驅(qū)動(dòng)完成翻卸作業(yè)。

托滾組件有4個(gè)托滾座，每個(gè)托滾座上有2個(gè)托滾輪，平臺(tái)及前后梁均為懸臂結(jié)構(gòu)。端部變形量大，與端環(huán)根部連接處的彎矩大，因此支撐結(jié)構(gòu)情況惡劣。通過(guò)合理選擇各部件的材料及尺寸，可以滿足受力要求。該結(jié)構(gòu)方案具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、便于安裝和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)減輕了裝置質(zhì)量，大大降低了成本。

在三翻翻車(chē)機(jī)翻卸物料與復(fù)位的過(guò)程中需要頻繁換向。如果單純依靠電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)使電機(jī)溫度上升，嚴(yán)重?fù)p害電動(dòng)機(jī)，縮短其使用壽命。因此，應(yīng)根據(jù)變速箱的基本原理設(shè)計(jì)換向減速器，實(shí)現(xiàn)機(jī)械換向，以延長(zhǎng)動(dòng)力組的使用壽命。

三車(chē)翻車(chē)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大，兩端必須要有可靠的緩沖裝置。在原位過(guò)位時(shí)，通過(guò)地面擋鐵與緩沖器緩沖，當(dāng)翻車(chē)機(jī)過(guò)翻時(shí)，沖擊力由托滾組件經(jīng)安裝在端環(huán)上的擺桿傳到緩沖器上，將翻車(chē)機(jī)在兩端過(guò)位時(shí)的沖擊力緩沖掉。

4 三翻翻車(chē)機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)

三翻翻車(chē)機(jī)具體的設(shè)計(jì)參數(shù)為：①翻車(chē)效率高于3×27節(jié)/h。②額定翻卸質(zhì)量為3×85 t，最大翻卸質(zhì)量3×100 t。③額定翻卸角度為165°，最大翻卸角度為175°。④結(jié)構(gòu)工作級(jí)別為重載、低速、繁忙工作制（M8）。⑤金屬結(jié)構(gòu)需承受3×106次交變應(yīng)力，一個(gè)完整的周期為1次應(yīng)力交變。按每日2班，每班8 h，效率54節(jié)/h，年工作300 d計(jì)算，金屬結(jié)構(gòu)的使用壽命為15.43年。

5 三翻翻車(chē)機(jī)的使用要求

三翻翻車(chē)機(jī)的使用要求有以下幾點(diǎn)：①火車(chē)內(nèi)物料的最大塊度不應(yīng)超過(guò)300 mm。②車(chē)內(nèi)不準(zhǔn)混裝坑木瓦料，以防止卸料口堵塞。③撥車(chē)機(jī)運(yùn)送重列車(chē)進(jìn)入車(chē)場(chǎng)接近翻車(chē)機(jī)時(shí)，列車(chē)行車(chē)速度不得超過(guò)0.5 m/s，以免撞擊進(jìn)車(chē)端阻車(chē)器，對(duì)阻車(chē)器的正常使用造成影響。④經(jīng)常清洗堆積在翻車(chē)機(jī)內(nèi)及設(shè)備上的積料，以免阻礙翻車(chē)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)并便于檢查與維修。⑤應(yīng)經(jīng)常檢查定位裝置中的緩沖橡膠和阻車(chē)器上的彈簧，確保不會(huì)出現(xiàn)煤末堵住的現(xiàn)象。如果出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，應(yīng)立即清洗或更換。

〔編輯：劉曉芳〕