四翻串聯(lián)式轉(zhuǎn)子翻車機(jī)卸車工藝系統(tǒng)研究

柳玉濤，魏夢嬌，陳明玉

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，天津 300222）

引言

翻車機(jī)是一種機(jī)械化的鐵路卸車設(shè)備，適用于港口和冶金、化工、電力等行業(yè)運輸量大的散裝燃料、原材料和其他散裝物料卸車系統(tǒng)中，在國內(nèi)外已得到了廣泛的應(yīng)用。2004年，國投交通公司擬在曹妃甸建設(shè)煤炭下水碼頭工程，鐵路接卸量將達(dá)到10 000萬t/年，分兩期進(jìn)行建設(shè)，卸車系統(tǒng)設(shè)備共4臺套四翻串聯(lián)式轉(zhuǎn)子翻車機(jī)卸車系統(tǒng)[1]。自從國投曹妃甸港采用第一臺四翻翻車機(jī)卸車系統(tǒng)以來，國內(nèi)港口共實施了13臺套四翻翻車機(jī)卸車系統(tǒng)。四翻翻車機(jī)卸車工藝系統(tǒng)自投產(chǎn)后，運行穩(wěn)定，性能可靠，作為世界上第一臺最大能力的鐵路卸車設(shè)備值得推廣和應(yīng)用。

圖1 翻車機(jī)

1 研究前提條件

1.1 設(shè)計車型

表1 C80旋轉(zhuǎn)鉤敞車，專用列車，車型主要尺度

1.2 機(jī)車

表2 機(jī)車的控制性數(shù)據(jù)

1.3 列車編組及重量

列車編組重量20 000噸，4個機(jī)車牽引200-204輛C80敞車。牽引機(jī)車布置方式為2輛機(jī)車牽引100-102輛C80車+2輛機(jī)車牽引100-102輛C80車。

2 四翻式翻車機(jī)卸車工藝系統(tǒng)研究和開發(fā)

2.1 四翻式翻車機(jī)卸車系統(tǒng)適時應(yīng)用

翻車機(jī)作為專業(yè)化煤炭裝船碼頭工程中的核心設(shè)備，翻車機(jī)機(jī)型的選擇隨著年卸車量不斷增加、車型技術(shù)不斷創(chuàng)新和車列編組變化而實時變化。卸車工藝設(shè)計與卸車設(shè)備選型關(guān)系密切，沒有裝卸工藝需求也就沒有裝卸設(shè)備，裝卸設(shè)備應(yīng)適應(yīng)并滿足裝卸工藝要求。

以大秦線為例，早期運行的車型主要為C61、C63和C70等，車輛載重量60～70噸，每臺機(jī)車牽引50～70節(jié)車列（～5 000t）混編非旋轉(zhuǎn)車鉤車列，從50節(jié)車列，到70節(jié)車列整整花了近15年時間[2]。

隨著車型制造技術(shù)的進(jìn)步，鐵路線路上開始出現(xiàn)C80專列，每輛車載重量為80噸，每臺電力機(jī)車牽引108節(jié)車列，除秦皇島港外的其他港口仍運行著載重5 000t混編非旋轉(zhuǎn)車鉤車列；2000年以后大秦線上全部運行20 000t標(biāo)準(zhǔn)化專列列車編組，車型為C80（旋轉(zhuǎn)車鉤），每輛車載重量80噸，配備4臺電力機(jī)車，每2臺機(jī)車牽引102節(jié)車列。列車運行速度也由60 Km/h提高到120～160 Km/h。

秦皇島港最早建設(shè)的煤一期工程采用單轉(zhuǎn)子翻車機(jī)卸車系統(tǒng)，設(shè)計車型為C50、C61和C62等混編車型，每小時的卸車效率為22～25節(jié)車輛，單臺翻車機(jī)年卸車量約500萬t；煤二期采用串聯(lián)式雙翻“C”型轉(zhuǎn)子翻車機(jī)，每小時卸車效率約為60～66節(jié)車輛，單臺翻車機(jī)年卸車量約1 050萬t；秦皇島港的煤三期、煤四期和煤五期工程采用了三翻轉(zhuǎn)子翻車機(jī)的機(jī)型，主要設(shè)計車型為C80單元列車，單臺三翻轉(zhuǎn)子翻車機(jī)每小時的卸車效率為81節(jié)車輛，根據(jù)配備翻車機(jī)卸車線數(shù)量不同，煤三期年卸車能力為3 000萬t，煤四期4 000萬t和煤五期5 000萬t[3]。

根據(jù)秦皇島港翻車機(jī)使用狀況，三翻轉(zhuǎn)子翻車機(jī)的機(jī)型存在不合理結(jié)構(gòu)，在實際生產(chǎn)中曾出現(xiàn)過焊縫開裂、平臺大梁斷裂等設(shè)備事故；又為了提高卸車能力，完成規(guī)定的年卸車量要求，造成過度使用翻車機(jī)卸車系統(tǒng)，翻車機(jī)系統(tǒng)利用率高達(dá)60%以上（最高達(dá)63-68%），造成翻車機(jī)系統(tǒng)設(shè)備完好率降低，使用壽命降低到8～10年，增加了卸車系統(tǒng)工程維修費用和使用成本。

國投曹妃甸煤碼頭工程設(shè)計規(guī)劃中，總結(jié)了秦皇島港翻車機(jī)使用情況和存在問題，為避免出現(xiàn)翻車機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)結(jié)構(gòu)開裂、大梁斷裂事故等發(fā)生，更為提升煤炭碼頭工程市場競爭力和節(jié)省工程投資，最終決定采用四翻串聯(lián)式轉(zhuǎn)子翻車機(jī)卸車工藝方案。

從1981年至今，港口翻車機(jī)卸車系統(tǒng)從單轉(zhuǎn)子翻車機(jī)、雙翻“C”型轉(zhuǎn)子翻車機(jī)、三翻轉(zhuǎn)子翻車機(jī)，到四翻串聯(lián)式轉(zhuǎn)子翻車機(jī)系統(tǒng)，從50～70車混編摘鉤車列，到10 000～20 000t C80專列，年卸車能力從1 000萬t發(fā)展到5 000萬t，這是中國港口建設(shè)者們大膽創(chuàng)新，應(yīng)用新工藝、新設(shè)備、新技術(shù)，從而促進(jìn)翻車機(jī)卸車系統(tǒng)進(jìn)步的結(jié)果。

2.2 四翻串聯(lián)式轉(zhuǎn)子翻車機(jī)卸車工藝系統(tǒng)平面布置

四翻串聯(lián)式轉(zhuǎn)子翻車機(jī)卸車系統(tǒng)包含翻車機(jī)主體端環(huán)（含端部加強(qiáng)圈 ）、三大梁（平臺梁、靠車梁和連系梁）、車廂壓車裝置、轉(zhuǎn)子驅(qū)動裝置、以及支撐端環(huán)的托輪組組成。此外，系統(tǒng)配套設(shè)備還包括牽引列車的定位車、空車線/重車線的夾輪器、空車線/重車線動態(tài)軌道衡以及維修用橋式起重機(jī)等。

四翻式翻車機(jī)由A、B兩臺雙翻式翻車機(jī)串聯(lián)組成，兩臺雙翻式翻車機(jī)既可同時進(jìn)行翻車作業(yè)；還可以保證任何一臺雙翻翻車機(jī)單獨進(jìn)行翻車卸作業(yè)。其適應(yīng)的最大列車編組為2萬t列車，每列車編組為200-204輛C80敞車，由4輛8k型電力機(jī)車牽引。4臺機(jī)車分別牽引2組10 000 t重車車列（2輛機(jī)車牽引100-102輛C80車+2輛機(jī)車牽引100-102輛C80車）。

按C80車輛計算，每臺套卸車系統(tǒng)的煤炭年卸車量達(dá)到2 600-2 700萬t。

四翻串聯(lián)式轉(zhuǎn)子翻車機(jī)卸車系統(tǒng)總平面布置圖見圖2。

圖2 四翻串聯(lián)式轉(zhuǎn)子翻車機(jī)卸車系統(tǒng)平面布置示意圖

2.3 四翻串聯(lián)式轉(zhuǎn)子翻車機(jī)卸車工藝系統(tǒng)

1）翻車機(jī)作業(yè)工藝方式：

四翻串聯(lián)式轉(zhuǎn)子翻車機(jī)具有三種工作工況：

工況1：A、B兩臺雙翻翻車機(jī)同步作業(yè)；

工況2：A翻車機(jī)作業(yè)，B翻車機(jī)不作業(yè)；

工況3：A翻車機(jī)不作業(yè)，B翻車機(jī)作業(yè)。

圖3 四翻串聯(lián)式轉(zhuǎn)子翻車機(jī)卸車系統(tǒng)工藝斷面圖

2）翻車機(jī)作業(yè)工藝過程：

翻車機(jī)卸車作業(yè)工藝過程根據(jù)列車前面牽引機(jī)車1個或2個以及列車停車定位不同會有變化。下面僅就前牽引為2臺機(jī)車，卸車定位工藝過程進(jìn)行說明如下：

定位車在停止位啟動，并向后巡鉤，主臂在列車第3節(jié)車廂和第4節(jié)車廂之間車鉤處落下，定位車牽引著機(jī)車及后面的整列車廂（簡稱“定位車前推后牽著列車”）至定位車牽車停止位。夾輪器夾緊，固定臂下落，定位車收回主臂并退回，定位車主臂到達(dá)列車第9節(jié)和第10節(jié)車廂之間車鉤處時，落下定位車臂；固定臂抬起，同時夾輪器松開，定位車再次向前牽引列車至機(jī)車和前兩節(jié)車廂位于翻車機(jī)外，夾輪器夾緊，定位臂落下，定位車主臂縮回。對機(jī)車和車廂進(jìn)行摘鉤。摘鉤完全后，機(jī)車升弓啟動，駛離翻車機(jī)作業(yè)區(qū)域。

定位車主臂伸出，夾輪器松開，定位臂抬起，定位車向后牽引整列車廂，至前四節(jié)車廂位于翻車機(jī)內(nèi)時停止?fàn)恳＿M(jìn)行第一次作業(yè)循環(huán)：靠車板伸出，壓車梁下壓，信號到位后，翻車機(jī)驅(qū)動翻轉(zhuǎn)啟動，進(jìn)行翻卸物料，卸空后返回零位，壓車梁抬起至中位，靠車板縮回。定位車?yán)^續(xù)牽引列車向前至定位車工作停止位，翻車機(jī)進(jìn)行第二次循環(huán)作業(yè)。在鐵路機(jī)車駛離翻車機(jī)區(qū)域后，翻車機(jī)基坑內(nèi)帶式輸送機(jī)啟動，待翻卸作業(yè)開始時，從翻車機(jī)上卸下的煤炭，進(jìn)入翻車機(jī)下受料漏斗，漏斗給料系統(tǒng)向帶式輸送機(jī)進(jìn)行給料，通過帶式輸送機(jī)和堆場堆料機(jī)，將煤炭送至預(yù)先選定的堆場堆存。

此后定位車按照“回退一組車輛的長度（4輛車），前推后牽著列車，將在翻車機(jī)平臺上的一組空車車輛推出翻車機(jī)的同時，將另一組重車（4車）車輛定位于翻車機(jī)內(nèi)”的反復(fù)運行規(guī)律，直到將車輛全部送入翻車機(jī)。

對于列車最后的一組重車，通過使用定位車輔臂將車廂推入翻車機(jī)內(nèi)進(jìn)行定位，進(jìn)行最后一個循環(huán)翻卸作業(yè)。全部卸車作業(yè)完成后，翻車機(jī)向中控和鐵路車站發(fā)送卸車完成信號。

定位車每向翻車機(jī)內(nèi)送入一組車輛（4車）后將回退運行一次，在車廂定位準(zhǔn)確后，定位車主臂縮回，位于翻車機(jī)進(jìn)出口處的夾輪器和定位臂進(jìn)行工作，并對列車進(jìn)行控制。在夾輪器和定位臂控制列車期間，翻車機(jī)將進(jìn)行翻卸車作業(yè)。

翻車機(jī)的作業(yè)動作依次為：鎖定翻車機(jī)內(nèi)的車輛，正向旋轉(zhuǎn)，卸空車內(nèi)的煤炭，反向旋轉(zhuǎn)，翻車機(jī)平臺上的車輛復(fù)位并解鎖。在翻車機(jī)每次翻卸作業(yè)完成，且定位車主臂伸出控制車廂后，夾輪器和定位臂將對列車解除控制，接著由定位車將卸空的車廂推出翻車機(jī)，同時將下一組車廂推送入翻車機(jī)內(nèi)定位。翻車機(jī)與定位車、夾輪器和定位臂如此配合，反復(fù)運行，直到將全部車廂卸完。

在翻車機(jī)空重車鐵路線兩側(cè)上設(shè)置動態(tài)軌道衡，對進(jìn)出翻車機(jī)車輛進(jìn)行在線計量。在帶式輸送機(jī)上配有皮帶秤，對翻車機(jī)給料機(jī)給料量進(jìn)行瞬時計量和實時調(diào)整。在漏斗側(cè)壁和翻車機(jī)前后梁上就位振動電機(jī)，提高冬季卸車的效率。

四翻串聯(lián)式轉(zhuǎn)子翻車機(jī)系統(tǒng)設(shè)備的循環(huán)周期為27次/小時。

3 結(jié)語

1）在卸車能力要求5 000萬t/年以上的超大工程中，四翻串聯(lián)式轉(zhuǎn)子翻車機(jī)卸車系統(tǒng)較其他類型翻車機(jī)系統(tǒng)，可以減少卸車線和鐵路線的建設(shè)，節(jié)省大量土地，投資相對比較合理，經(jīng)濟(jì)效益很好。國投四翻串聯(lián)式轉(zhuǎn)子翻車機(jī)系統(tǒng)的實踐證明這種翻車機(jī)系統(tǒng)技術(shù)上是成熟的，使用也是成功的，前景很好。

2）我國從上世紀(jì)80年代初秦皇島港煤炭二期工程開始，在日照港煤碼頭、前灣煤碼頭、天津港煤碼頭、黃驊港煤碼頭和錦州港碼頭工程中，引進(jìn)英國Strachan &Henshaw和德國Thyssen Krupp設(shè)計的”C”型串聯(lián)轉(zhuǎn)子翻車機(jī)卸車系統(tǒng)到目前為止已有20～30臺套卸車線，中國是個能源大國，研究各種翻車機(jī)卸車線的新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料，并將其國產(chǎn)化是非常必要的。

3）國內(nèi)所有翻車機(jī)卸車系統(tǒng)受料斗均單個獨立布置在翻車機(jī)托輪下，這種結(jié)構(gòu)造成翻車機(jī)地下結(jié)構(gòu)很深，地下基礎(chǔ)投資很大。就目前工程實踐，港口工程卸車系統(tǒng)工藝設(shè)計和布置經(jīng)驗，或改變翻車機(jī)端環(huán)支承方式，或受料斗改變結(jié)構(gòu)和容量，漏斗可以設(shè)計成槽形漏斗，給料機(jī)垂直BF帶式輸送機(jī)橫向布置方式等多種工藝設(shè)計，無疑淺地下結(jié)構(gòu)會節(jié)省大量工程投資，而且施工難度降低，避免出現(xiàn)如管涌等施工事故發(fā)生。