輪胎式抱罐車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

耿會(huì)良，曲登偉，任中立，鄭 峰

（中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司，上海200941）

無(wú)論黑色冶煉還是有色冶煉都會(huì)產(chǎn)生爐渣。爐渣產(chǎn)生時(shí)為熔融的熱態(tài)，將其從冶煉廠運(yùn)輸?shù)皆鼒?chǎng)需要專(zhuān)業(yè)的機(jī)械設(shè)備，這種機(jī)械設(shè)備俗稱(chēng)爐渣搬運(yùn)車(chē)。早期的爐渣搬運(yùn)一般采用軌道運(yùn)輸，由于軌道運(yùn)輸受場(chǎng)地限制大，運(yùn)送不方便，因此，一種基于無(wú)軌化運(yùn)輸爐渣工藝的設(shè)備——輪胎式爐渣搬運(yùn)車(chē)應(yīng)運(yùn)而生。輪胎式爐渣搬運(yùn)車(chē)即輪胎式抱罐車(chē)，簡(jiǎn)稱(chēng)抱罐車(chē)，具有背包（渣包）、放包、翻包倒渣、運(yùn)輸?shù)墓δ?。這種設(shè)備具有高度機(jī)動(dòng)性，它的應(yīng)用簡(jiǎn)化了爐渣搬運(yùn)工藝，是無(wú)軌化爐渣處理工藝的關(guān)鍵設(shè)備。

1 抱罐車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外抱罐車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外抱罐車(chē)的歷史發(fā)展較早。20世紀(jì)70年代以來(lái)，美國(guó) KRESS、瑞典KIROW、德國(guó) KAMAG公司、日本車(chē)輛株式會(huì)社等開(kāi)始研制并推出輪胎式系列抱罐車(chē)產(chǎn)品。這種抱罐車(chē)因其機(jī)動(dòng)靈活、性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)，被世界各國(guó)冶煉企業(yè)廣泛采用。按照車(chē)體結(jié)構(gòu)，國(guó)外抱罐車(chē)可以分為整體式和鉸接式兩種，其中以鉸接式為主，市場(chǎng)需用量也最大。

整體式抱罐車(chē)的特點(diǎn)是其主車(chē)架為整體式結(jié)構(gòu)，采用前轉(zhuǎn)向橋?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)向。這種抱罐車(chē)底盤(pán)是一種特殊的重型卡車(chē)底盤(pán)，一般驅(qū)動(dòng)在中后橋，其特點(diǎn)是載重量較小，通常額定載重≤50 000kg。圖1就是一款由日本車(chē)輛株式會(huì)社生產(chǎn)的整體式抱罐車(chē)。鉸接式抱罐車(chē)車(chē)體結(jié)構(gòu)分為前后兩部分，中間通過(guò)中央鉸接結(jié)構(gòu)聯(lián)接，形成折腰轉(zhuǎn)向。這種抱罐車(chē)通常前車(chē)體為驅(qū)動(dòng)牽引，后車(chē)體為工作承載，具有噸位覆蓋廣的特點(diǎn)，小到10t，大到100t。圖2就是一款由KAMAG公司生產(chǎn)的鉸接式抱罐車(chē)。

圖1 日本車(chē)輛株式會(huì)社整體式抱罐車(chē)

圖2 KAMAG鉸接式結(jié)構(gòu)抱罐車(chē)

進(jìn)入20世紀(jì)，在汽車(chē)工業(yè)發(fā)展引領(lǐng)之下，CAN總線、液壓負(fù)載敏感控制、遠(yuǎn)程操縱控制、集成電子控制、故障診斷等一些先進(jìn)和智能化的技術(shù)大量應(yīng)用到抱罐車(chē)產(chǎn)品上。

1.2 KAMAG鉸接式結(jié)構(gòu)抱罐車(chē)

抱罐車(chē)在國(guó)內(nèi)最早出現(xiàn)在上海寶鋼。寶鋼1985年投產(chǎn)時(shí)引進(jìn)了日產(chǎn)的35t抱罐車(chē)。90年代在日產(chǎn)35噸抱罐車(chē)基礎(chǔ)上，上海寶鋼冶金建設(shè)公司（現(xiàn)中冶寶鋼技術(shù)）和長(zhǎng)沙礦山研究院合作開(kāi)發(fā)了國(guó)內(nèi)首臺(tái)35t整體式抱罐車(chē)（圖3）。

圖3 國(guó)產(chǎn)首臺(tái)35t整體式抱罐車(chē)

經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，國(guó)內(nèi)抱罐車(chē)已從起初的整體式抱罐車(chē)已經(jīng)發(fā)展到多種結(jié)構(gòu)系列的抱罐車(chē)產(chǎn)品，載重能力從35t到120t，生產(chǎn)廠家以中冶重機(jī)（中冶寶鋼技術(shù)）和長(zhǎng)沙凱瑞重工為代表。國(guó)內(nèi)抱罐車(chē)按照大類(lèi)可分為拖拉式、整體式、鉸接式和組合式四種。

拖拉式抱罐車(chē)是參照大型拖拉機(jī)和拖板車(chē)樣式開(kāi)發(fā)的一款抱罐車(chē)產(chǎn)品。其采用輪式裝載機(jī)或低速重型牽引車(chē)做動(dòng)力，通過(guò)鞍座結(jié)構(gòu)牽引一帶有抱罐車(chē)工作承載結(jié)構(gòu)的后拖掛而成。圖4就是一款由裝載機(jī)作牽引頭的拖拉式抱罐車(chē)。

圖4 裝載機(jī)做牽引動(dòng)力的35t拖拉式抱罐車(chē)

經(jīng)過(guò)近些年快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)整體式和鉸接式抱罐車(chē)不管在技術(shù)還是質(zhì)量上都已接近國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品，在此不再贅述。圖5是由中冶重機(jī)生產(chǎn)的國(guó)內(nèi)最大載重120t鉸接式抱罐車(chē)。

圖5 中冶重機(jī)120t鉸接式抱罐車(chē)

組合式抱罐（圖6）由抱罐車(chē)和渣罐運(yùn)輸車(chē)組合而成，達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、節(jié)能降耗的目的。即背放翻包由抱罐車(chē)實(shí)現(xiàn)，運(yùn)包由渣包專(zhuān)用運(yùn)輸車(chē)實(shí)現(xiàn)。

圖6 組合式抱罐車(chē)

1.3 當(dāng)前國(guó)內(nèi)抱罐車(chē)技術(shù)發(fā)展存在的問(wèn)題

雖然國(guó)內(nèi)抱罐車(chē)與國(guó)外差距正在縮小，但也存在一些問(wèn)題：1）驅(qū)動(dòng)車(chē)橋、變速箱等關(guān)鍵零部件依賴(lài)進(jìn)口，嚴(yán)重制約了抱罐車(chē)的生產(chǎn)、維護(hù)和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展；2）抱罐車(chē)技術(shù)缺乏充足總結(jié)和分析，產(chǎn)品的可靠性成為我國(guó)參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的主要問(wèn)題；3）科研力量薄弱，科研的手段、人才匱乏，導(dǎo)致抱罐車(chē)在聯(lián)鎖反饋、精度控制、功率計(jì)算等技術(shù)水平方面較國(guó)外先進(jìn)水平還有一定差距。

2 抱罐車(chē)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 牽引驅(qū)動(dòng)動(dòng)力匹配

抱罐車(chē)由于自重和載重質(zhì)量大，需要有充足的行走牽引動(dòng)力，動(dòng)力系統(tǒng)匹配應(yīng)滿足抱罐車(chē)行駛性能要求。抱罐車(chē)動(dòng)力匹配計(jì)算一般考慮如下行駛性能參數(shù)：重載爬坡能力，8%～15%（數(shù)值根據(jù)不同客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)條件選擇確定）；空載車(chē)速，25km／h；重載車(chē)速，15km／h。

抱罐車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、雙變系統(tǒng)（變矩器、變速箱）、傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)車(chē)橋組成的液力機(jī)械傳動(dòng)。鉸接式抱罐車(chē)通常采用動(dòng)力前入式（圖7）［2］。

圖7 抱罐車(chē)前入式的液力機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

抱罐車(chē)的主要功能是完成對(duì)盛熱態(tài)渣的渣包運(yùn)輸、背、放、翻等功能。由于不同用戶(hù)渣包的外形尺寸、耳軸、擋耳座等技術(shù)數(shù)據(jù)差異較大，因此，工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在抱罐車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中是最關(guān)鍵和重要的，這也使得抱罐車(chē)的設(shè)計(jì)是一種非標(biāo)設(shè)計(jì)。圖8為抱罐車(chē)工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)圖。

圖8 抱罐車(chē)工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，有限元分析和計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于抱罐車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化起到了促進(jìn)作用。

2.3 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

以鉸接式抱罐車(chē)轉(zhuǎn)向?yàn)槔?，抱罐?chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為以中間鉸接體為中心的折腰轉(zhuǎn)向，由前后方向盤(pán)、轉(zhuǎn)向器、流量放大閥、轉(zhuǎn)向油缸、轉(zhuǎn)向限位控制閥組等組成。抱罐車(chē)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)類(lèi)似輪式裝載機(jī)的轉(zhuǎn)向流量放大系統(tǒng)，原理如圖9所示。

圖9 抱罐車(chē)動(dòng)力轉(zhuǎn)向原理圖

由于抱罐車(chē)工作的特殊性，設(shè)計(jì)了帶前后駕駛位的雙方向盤(pán)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（圖10）。

圖10 具有前后雙方向盤(pán)的抱罐車(chē)駕駛室

2.4 安全裝置和技術(shù)

由于抱罐車(chē)在運(yùn)送的物料和使用環(huán)境等安全保障技術(shù)上要求較高，其安全裝置和技術(shù)主要包括以下幾個(gè)方面：1）后車(chē)架防護(hù)技術(shù)；2）液壓軟管防火技術(shù)；3）應(yīng)急轉(zhuǎn)向技術(shù)；4）應(yīng)急拖動(dòng)的支腿設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)；5）應(yīng)急放包技術(shù)；6）帶活動(dòng)百葉窗的駕駛室防護(hù)技術(shù)。

3 抱罐車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 模塊化設(shè)計(jì)

抱罐車(chē)的非標(biāo)性使其設(shè)計(jì)無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全標(biāo)準(zhǔn)化，但對(duì)其車(chē)架、駕駛室、鉸接機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向工作電氣液壓控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)車(chē)橋、后承載橋、輪胎、防護(hù)系統(tǒng)等進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，不僅可縮短設(shè)計(jì)周期，而且還能夠極大提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，從而降低制造成本和維護(hù)費(fèi)用［3］。

3.2 產(chǎn)品系列化

抱罐車(chē)的發(fā)展離不開(kāi)用戶(hù)的需求，多樣化的客戶(hù)需求必然造就多樣化的產(chǎn)品。抱罐車(chē)產(chǎn)品將在拖拉式、整體式、鉸接式、組合式等多種結(jié)構(gòu)方式的架構(gòu)內(nèi)繼續(xù)豐富內(nèi)涵，向著多樣化和系列化的方向發(fā)展。

3.3 核心部件的國(guó)產(chǎn)化

載重大于60 000kg的國(guó)產(chǎn)大型抱罐車(chē)的核心部件（如變速箱、驅(qū)動(dòng)車(chē)橋、重要液壓元件等）目前尚依賴(lài)進(jìn)口，引進(jìn)成本高，制作工期長(zhǎng)，嚴(yán)重制約了國(guó)產(chǎn)抱罐車(chē)的發(fā)展。因此，國(guó)產(chǎn)抱罐車(chē)的發(fā)展必須實(shí)現(xiàn)核心部件的國(guó)產(chǎn)化。

3.4 控制系統(tǒng)的可靠性

當(dāng)前，國(guó)產(chǎn)抱罐車(chē)若要良性發(fā)展，就必須突破抱罐車(chē)產(chǎn)品可靠性的瓶頸。抱罐車(chē)產(chǎn)品的可靠性集中體現(xiàn)在控制系統(tǒng)上。提高系統(tǒng)的可靠性需要采用先進(jìn)可靠的控制系統(tǒng)和元件，這也對(duì)國(guó)產(chǎn)元件供應(yīng)商提出了要求。

采用先進(jìn)可靠的控制系統(tǒng)和元件，要和抱罐車(chē)的使用環(huán)境、歷年來(lái)遇到的問(wèn)題充分結(jié)合起來(lái)，找出解決問(wèn)題的根本辦法。

3.5 更節(jié)能環(huán)保的技術(shù)

產(chǎn)品的節(jié)能環(huán)保問(wèn)題是一個(gè)永恒的課題。緊跟技術(shù)發(fā)展，采用節(jié)能環(huán)保技術(shù)是抱罐車(chē)產(chǎn)品發(fā)展的必然選擇。

抱罐車(chē)的節(jié)能環(huán)保要把整車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、各系統(tǒng)優(yōu)化及細(xì)節(jié)改進(jìn)等多方面結(jié)合起來(lái)。在整車(chē)設(shè)計(jì)上，要采用滿足現(xiàn)場(chǎng)工藝，使渣包在整個(gè)搬運(yùn)過(guò)程中耗時(shí)最少的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)優(yōu)化應(yīng)考慮排放污染小、系統(tǒng)發(fā)熱小、泄露小的技術(shù)和選型；細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮材料的選擇、加工工藝更有利于節(jié)能和環(huán)保。

［1］ 任中立.鉸接式抱罐車(chē)研制［J］.湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，23（02）32－34.

［2］ 任中立.BGC－100抱罐車(chē)研制［J］.湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（04）：64－65，82.

［3］ 郭 銳，趙靜一.基于電液控制系統(tǒng)的大型抱罐車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)［J］.液壓氣動(dòng)與密封，2010（08）：15－18.