抱罐車優(yōu)化創(chuàng)新設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李利民，陳 俊，柯友金，張吉?jiǎng)?/p>

（中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司，上海200941）

抱罐車是為冶煉工程出渣系統(tǒng)熱態(tài)鋼渣倒駁運(yùn)輸而開發(fā)的一種無軌運(yùn)輸機(jī)械產(chǎn)品。該產(chǎn)品集背罐、放罐、翻罐倒渣、載罐運(yùn)輸?shù)裙δ苡谝惑w，采用鉸接式車架結(jié)構(gòu)，相比有軌運(yùn)輸而言，具有投資小、縮短工藝流程、便于控制、優(yōu)化環(huán)境、使用維護(hù)方便等特點(diǎn)［1］。隨著國內(nèi)抱罐車技術(shù)不斷成熟，采用抱罐車進(jìn)行無軌運(yùn)輸熱態(tài)渣已被國內(nèi)各冶煉廠認(rèn)可和接受，需求量日漸增大［2］。抱罐車在不同工況下暴露出的實(shí)際問題逐漸增多，且不同用戶又有不同的需求，這給抱罐車創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了方向。

1 抱罐車常規(guī)使用中的突出問題

通過對(duì)中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司抱罐車近3年在各地運(yùn)行出現(xiàn)異常情況的匯總，以及客戶所反映的情況，目前抱罐車有以下突出問題亟需改進(jìn)：1）工作小臂油缸桿在伸出時(shí)因受熱態(tài)渣的輻射而縮短了其使用壽命；2）抱罐車出現(xiàn)故障時(shí)應(yīng)急處理能力有待提高；3）規(guī)避抱罐車由于誤動(dòng)作而釀成不可逆的后果，須設(shè)計(jì)工作機(jī)構(gòu)聯(lián)鎖控制；4）為了便于客戶生產(chǎn)作業(yè)量的統(tǒng)計(jì)，須設(shè)計(jì)負(fù)載稱重顯示及超載報(bào)警控制。

2 優(yōu)化方法

2.1 小臂油缸倒裝防護(hù)技術(shù)

在翻罐作業(yè)時(shí)，由于抱罐車小臂機(jī)構(gòu)的執(zhí)行油缸渣罐離小臂油缸較近，液態(tài)熔渣易飛濺至小臂油缸活塞桿上，導(dǎo)致油缸壽命受到影響。

如圖1所示，將小臂機(jī)構(gòu)與大臂機(jī)構(gòu)通過銷軸鉸接，當(dāng)小臂油缸的無桿腔內(nèi)進(jìn)油，小臂機(jī)構(gòu)在小臂油缸的作用下往外翻轉(zhuǎn)，此時(shí)缸筒往外伸出，而活塞桿仍在大臂機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)內(nèi)部。翻罐作業(yè)時(shí)，液態(tài)熔渣不易飛濺至小臂油缸活塞桿上，很好地保護(hù)小臂油缸。由于油源從大臂機(jī)構(gòu)處引入，小臂油缸也與常規(guī)油缸不同，進(jìn)、出油口設(shè)置在活塞桿上。

圖1 小臂油缸倒裝示意圖

2.2 增設(shè)應(yīng)急處理功能

當(dāng)車輛出現(xiàn)如發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱不工作或者液壓、電器系統(tǒng)故障時(shí)，車輛必須被其他的車輛牽引至安全區(qū)域進(jìn)行檢修，以免影響正常生產(chǎn)。為了解決抱罐車故障后的應(yīng)急處理，設(shè)計(jì)了應(yīng)急操縱控制技術(shù)，如：應(yīng)急制動(dòng)解除和轉(zhuǎn)向、外部應(yīng)急動(dòng)力接口、應(yīng)急渣罐回位與卸罐。

2.2.1 應(yīng)急制動(dòng)解除技術(shù)和轉(zhuǎn)向 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)因故障而停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，抱罐車需通過外力牽引至安全區(qū)域進(jìn)行檢修。牽引前需要解除駐車制動(dòng)，牽引中需根據(jù)牽引方向進(jìn)行轉(zhuǎn)向。應(yīng)急制動(dòng)解除和轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的動(dòng)力由一個(gè)應(yīng)急液壓動(dòng)力單元（圖2）提供，通過車載蓄電池組驅(qū)動(dòng)24V直流電動(dòng)機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一個(gè)齒輪泵旋轉(zhuǎn)；齒輪泵將液壓動(dòng)能輸入到對(duì)應(yīng)的液壓系統(tǒng)中，可實(shí)現(xiàn)駐車制動(dòng)解除和轉(zhuǎn)向的動(dòng)作。

圖2 應(yīng)急液壓動(dòng)力單元

2.2.2 應(yīng)急外部動(dòng)力接口 車輛液壓系統(tǒng)裝配可快速裝卸的快插接頭和專用液壓管路。如果車輛出現(xiàn)故障而又必須卸下渣罐時(shí)，通過進(jìn)油P口、回油T口快插接頭（圖3）可以方便快速地聯(lián)接至另一輛正常工作的抱罐車或其他液壓動(dòng)力單元，然后關(guān)閉本車主回油管路上的兩個(gè)截止閥（圖4），就可通過外接液壓動(dòng)力源將渣罐安全放至地面，再將抱罐車通過外力牽引至安全區(qū)域進(jìn)行檢修。

圖3 進(jìn)、回油快插接頭

圖4 截止閥組件

2.2.3 應(yīng)急渣罐回位與卸罐 應(yīng)急時(shí)，通過操作手動(dòng)油泵供油至應(yīng)急渣罐回位與卸罐功能模塊（圖5）的先導(dǎo)控制口K，油口K與3＃閥件（液控二位三通換向閥）的油口1相通，此時(shí)3＃閥件的右端先導(dǎo)液控口與油口1相通，在壓力的作用下克服3＃閥件的左端彈簧力，推動(dòng)其閥芯向左運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了3＃閥件油口1與油口2相通；壓力油分流至1＃閥件（液控二位二通錐閥）的先導(dǎo)控制口和2＃閥件（平衡閥）的先導(dǎo)控制口；1＃閥件在左側(cè)先導(dǎo)油壓的作用下，克服右端彈簧力，推動(dòng)其閥芯向右運(yùn)動(dòng)，從而溝通大臂油缸無桿腔M1與有桿腔M2，工作大臂機(jī)構(gòu)在渣罐的重力作用下，將渣罐安全地回位至車輛或者地面上。

圖5 應(yīng)急渣罐回位與卸罐模塊原理圖

在渣罐回位至車輛上的過程中，大臂油缸無桿腔內(nèi)的油液一部分通過1＃閥件流向大臂油缸有桿腔內(nèi)，另一部分油液通過2＃閥件流回液壓油箱。

在渣罐回位至地面上的過程中，大臂油缸有桿腔內(nèi)的油液通過1＃閥件流向大臂油缸無桿腔內(nèi)，另外通過4＃閥件（補(bǔ)油閥）從液壓油箱向大臂油缸無桿腔內(nèi)補(bǔ)油，從而保證無桿腔內(nèi)不形成真空。

在渣罐安全放置好之后，操作手動(dòng)泵組件上的二位四通換向閥的手動(dòng)換向手柄，將應(yīng)急渣罐回位與卸罐功能模塊的先導(dǎo)控制口K與油箱溝通，3＃閥件的右端先導(dǎo)液控口壓力為零，3＃閥件在左端彈簧力的作用下，閥芯向右運(yùn)動(dòng)；實(shí)現(xiàn)3＃閥件油口3與油口2相通；此時(shí)1＃閥件的先導(dǎo)控制口和2＃閥件的先導(dǎo)控制口的壓力為零，油液直接流回油箱。1＃閥件和2＃閥件回到原位。車輛的原車載動(dòng)作可以正常運(yùn)行。

2.3 工作機(jī)構(gòu)連鎖控制

在抱罐車使用過程中難免存在誤動(dòng)作，誤動(dòng)作一般會(huì)導(dǎo)致小臂機(jī)構(gòu)變形損壞，嚴(yán)重的會(huì)在大臂機(jī)構(gòu)收回到位時(shí)，由于速度過快而導(dǎo)致渣罐內(nèi)的液態(tài)熔渣潑出，燒損車輛等。

為了避免誤動(dòng)作使抱罐車在使用過程中產(chǎn)生人、物損，設(shè)計(jì)了工作機(jī)構(gòu)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)：大臂與鎖銷互鎖、大臂與小臂互鎖、大臂尾部緩沖和頭部到位止動(dòng)，以及鎖銷及支腿伸出到位與縮回到位指示控制技術(shù)。

作為接近開關(guān)的觸發(fā)器，大臂油缸的護(hù)罩與活塞桿通過螺栓聯(lián)接固定，并隨著大臂油缸的活塞桿一起運(yùn)動(dòng)；大臂油缸的缸筒上的五個(gè)電感式接近開關(guān)，分別對(duì)應(yīng)大臂油缸運(yùn)行中的5個(gè)狀態(tài)，通過接近開關(guān)檢測(cè)大臂油缸狀態(tài)。鎖銷與支腿也分別設(shè)置接近開關(guān)，大臂翻轉(zhuǎn)角度傳感器等。以上各信號(hào)輸入到PLC控制器，經(jīng)過PLC控制器運(yùn)算處理，輸出相應(yīng)控制信號(hào)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)連鎖控制。

圖6 負(fù)載稱重顯示及預(yù)警方框圖

2.4 負(fù)載稱重顯示及超載報(bào)警技術(shù)

為了便于客戶生產(chǎn)作業(yè)量的統(tǒng)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)負(fù)載稱重顯示及超載報(bào)警控制技術(shù)。負(fù)載稱重分為低位稱重和高位稱重兩種狀態(tài)檢測(cè)，通過同時(shí)檢測(cè)大臂油缸兩端工作壓力，傳給PLC，PLC算出托起渣罐的重量，并顯示在顯示器上。低位與高位通過角度傳感器檢測(cè)工作大臂的運(yùn)行角度，從而判定位置。

3 結(jié)束語

我國的抱罐車技術(shù)雖然起步較晚，但發(fā)展迅速，有往模塊化、系列化、智能化、節(jié)能降耗等方向發(fā)展的趨勢(shì)。近幾年，中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司在其制作的抱罐車上陸續(xù)使用了上述技術(shù)，使抱罐車的功能日益完善，抱罐車的可靠性和安全性不斷提升，產(chǎn)品更加安全可靠。以上技術(shù)大大改進(jìn)了抱罐車在不同工況下的可靠性，很好滿足了用戶的不同需求。

［1］ 任中立.鉸接式抱罐車研制［J］.湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，23（02）：30－31，43.

［2］ 任中立，耿會(huì)良.BGC－100抱罐車研制［J］.湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，25（04）32－34：