180 t重載旋轉(zhuǎn)遷車(chē)臺(tái)的設(shè)計(jì)

劉忠誠(chéng)

(齊齊哈爾斯潘塞重工裝備有限公司 黑龍江 齊齊哈爾 161002)

遷車(chē)臺(tái)是鐵路車(chē)輛在制造及檢修工序中，車(chē)輛在不同軌道間平行轉(zhuǎn)軌作業(yè)時(shí)所必用的大型專(zhuān)用非標(biāo)設(shè)備。傳統(tǒng)遷車(chē)臺(tái)只能在基礎(chǔ)的軌道上直線運(yùn)行，不能夠圍繞中心點(diǎn)360°轉(zhuǎn)動(dòng)，因此在作業(yè)過(guò)程中，不能夠滿(mǎn)足機(jī)車(chē)車(chē)輛調(diào)頭的工藝要求，該180 t重載旋轉(zhuǎn)遷車(chē)臺(tái)是在傳統(tǒng)遷車(chē)臺(tái)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，使得該遷車(chē)臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)在作業(yè)過(guò)程中旋轉(zhuǎn)機(jī)車(chē)車(chē)輛，滿(mǎn)足車(chē)輛調(diào)頭的生產(chǎn)工藝要求。

作業(yè)過(guò)程為當(dāng)遷車(chē)臺(tái)需要對(duì)工序車(chē)輛進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)頭時(shí)，遷車(chē)臺(tái)將車(chē)輛移動(dòng)到轉(zhuǎn)盤(pán)的站車(chē)位置，操作者通過(guò)下降遷車(chē)臺(tái)的升降受電裝置，對(duì)遷車(chē)臺(tái)進(jìn)行與滑觸線的斷電操作，然后操作遷車(chē)臺(tái)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)180°，對(duì)遷車(chē)臺(tái)連同車(chē)輛進(jìn)行調(diào)頭后，再次通過(guò)上升遷車(chē)臺(tái)的升降受電裝置，恢復(fù)遷車(chē)臺(tái)受電裝置與滑觸線的受電連接，從而完成車(chē)輛調(diào)頭(見(jiàn)圖1)。

圖1 旋轉(zhuǎn)遷車(chē)臺(tái)

1 重載旋轉(zhuǎn)遷車(chē)臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)

傳統(tǒng)遷車(chē)臺(tái)只能在下面設(shè)置的基礎(chǔ)上行走，不能?chē)@中心點(diǎn)進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，不能適應(yīng)機(jī)車(chē)車(chē)輛在生產(chǎn)工序中需要調(diào)頭的工藝需求，該重載旋轉(zhuǎn)遷車(chē)臺(tái)的設(shè)計(jì)理念為在遷車(chē)臺(tái)下面的基礎(chǔ)上設(shè)置一個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)裝置，能夠?qū)⑦w車(chē)臺(tái)連同遷移車(chē)輛整體進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到機(jī)車(chē)車(chē)輛調(diào)頭的目的，使得傳統(tǒng)的先“調(diào)頭”再“遷移”的2個(gè)工序及工位得到了集成統(tǒng)一，既節(jié)省了工序平面又提高了生產(chǎn)效率。

2 設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

遷車(chē)臺(tái)額定載重：180 t；遷車(chē)臺(tái)總長(zhǎng)度：30 m；遷車(chē)臺(tái)總功率：50 kW；基礎(chǔ)軌道軌距：18 m；走行速度：0～25 m/min；遷車(chē)臺(tái)走行軌面高：-0.3 m；旋轉(zhuǎn)裝置額定載重：300 t；旋轉(zhuǎn)速度：180°/min。

3 解決的技術(shù)難題

由于該遷車(chē)臺(tái)作業(yè)過(guò)程中需要旋轉(zhuǎn)，因基礎(chǔ)滑觸線為單側(cè)供電，遷車(chē)臺(tái)轉(zhuǎn)向前如何斷開(kāi)滑線電源，轉(zhuǎn)向后再恢復(fù)滑線供電成為急需解決的技術(shù)難題。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況，經(jīng)過(guò)仔細(xì)研究討論及模擬，決定采用在遷車(chē)臺(tái)兩端設(shè)置具有升降功能的彈性受電弓，受電弓采用48 V直流電瓶驅(qū)動(dòng)電動(dòng)推桿控制受電弓的升降完成接觸與斷開(kāi)動(dòng)作，即當(dāng)遷車(chē)臺(tái)需要旋轉(zhuǎn)前，以操作室內(nèi)的直流電瓶為電源，操作者通過(guò)控制按鈕控制電動(dòng)推桿下降，實(shí)現(xiàn)受電弓的集電刷與遷車(chē)臺(tái)滑線脫離，然后遷車(chē)臺(tái)啟動(dòng)下面的轉(zhuǎn)盤(pán)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)作業(yè)，旋轉(zhuǎn)到位后，操作者再控制電動(dòng)推桿上升使受電弓的集電刷與滑線接觸，恢復(fù)遷車(chē)臺(tái)供電，從而解決該旋轉(zhuǎn)遷車(chē)臺(tái)的供電技術(shù)難題。

4 遷車(chē)臺(tái)的結(jié)構(gòu)組成

該遷車(chē)臺(tái)主要由升降受電系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、主體車(chē)架、警示及安全系統(tǒng)、對(duì)位裝置、渡板機(jī)構(gòu)、防雨棚及旋轉(zhuǎn)裝置等組成，如圖2所示。

圖2 遷車(chē)臺(tái)組成

因?yàn)檫w車(chē)臺(tái)走行基礎(chǔ)較長(zhǎng)(500 m)，為節(jié)省基礎(chǔ)條制造成本，該遷車(chē)臺(tái)設(shè)計(jì)2條走行軌道，軌道間距18 m，采用4臺(tái)三合一減速機(jī)在四角驅(qū)動(dòng)[1]。

4.1 主體車(chē)架

主體車(chē)架主要由2根主梁、28根橫梁及2根縱向軌道梁組成，因?yàn)檫w車(chē)臺(tái)走行輪跨距較大(18 m)，因此主梁設(shè)計(jì)為箱型梁結(jié)構(gòu)，截面高1 200 mm×寬400 mm，由于箱型梁截面的上下蓋板是遷車(chē)臺(tái)承載抗彎的主要部位，計(jì)算采用厚度為20 mm的鋼板制造，材質(zhì)為新型鋼材Q450NQR1低合金耐候鋼，該材質(zhì)力學(xué)性能高，屈服強(qiáng)度為Q235的2倍以上，且焊接性能好，耐候性能好，低溫韌性很好，涂裝附著力強(qiáng)，綜合機(jī)械性能較高，在大型船舶、橋梁、車(chē)輛、重型機(jī)械等行業(yè)中重點(diǎn)應(yīng)用；兩側(cè)腹板主要承受結(jié)構(gòu)的彎曲剪應(yīng)力以及橫梁引起的扭轉(zhuǎn)剪力，采用厚度為16 mm、材質(zhì)為Q450NQR1的低合金耐候鋼板制造；橫梁截面為高220 mm×寬260mm的箱型梁結(jié)構(gòu)，鋼板厚度為16 mm，材質(zhì)為Q450NQR1；軌道梁為高220 mm×寬260 mm的工字梁結(jié)構(gòu)，鋼板厚度為16 mm，材質(zhì)為Q450NQR1；遷車(chē)臺(tái)上車(chē)輛通過(guò)軌道采用硬度較高力學(xué)性能較好的50#鋼，在鋼廠直接定制，軋制成型，截面為寬70 mm×高35 mm。綜上此種結(jié)構(gòu)使得該遷車(chē)臺(tái)具有承載強(qiáng)度較大、結(jié)構(gòu)合理、抗彎抗扭性能好、焊接性能較高、制造安裝速度快、涂裝效果好等特點(diǎn)[2]。

4.2 升降受電系統(tǒng)

該遷車(chē)臺(tái)受電系統(tǒng)由受電石墨、受電弓、引升彈簧、柔性過(guò)渡連接、同步拉桿、直流電動(dòng)推桿、48 V直流電瓶、電控系統(tǒng)等部分組成，該系統(tǒng)的受電弓具備升降功能，升降機(jī)構(gòu)采用操作室內(nèi)的48 V直流電瓶供電，通過(guò)電動(dòng)推桿伸縮控制受電弓的升降。

電動(dòng)推桿的工作原理為直流電動(dòng)機(jī)通過(guò)傘齒輪變速機(jī)構(gòu)減速后驅(qū)動(dòng)一套螺桿、螺母機(jī)構(gòu)，將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U的直線運(yùn)動(dòng)，利用電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)完成受電弓集電刷的升降動(dòng)作。

受電弓設(shè)計(jì)為水平和垂直2個(gè)自由度，采用兩側(cè)對(duì)稱(chēng)升引彈簧保持向上常態(tài)張緊及左右柔性平衡狀態(tài)，以保證受電弓時(shí)刻保持向上彈性張緊狀態(tài)，并且左右可以隨滑線移動(dòng)，引升彈簧張緊力的大小可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，以保證石墨電刷受電接觸良好，只有在電動(dòng)推桿用力向下拉時(shí)才會(huì)向下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)與滑線脫離，并且電動(dòng)推桿與受電弓之間采用柔性連接，保證遷車(chē)臺(tái)運(yùn)行過(guò)程中受電弓始終處于升引彈簧的張緊狀態(tài)，并可以在彈性自由度范圍內(nèi)上下左右自由擺動(dòng)，防止遷車(chē)臺(tái)走行過(guò)程中電動(dòng)推桿過(guò)定位，阻礙受電弓隨滑線自由擺動(dòng)。

該遷車(chē)臺(tái)選用電動(dòng)推桿推拉速度為42 mm/s，行程為300 mm(可調(diào))，推拉力為1 000 kg，直流電機(jī)功率為0.12 kW，額定電壓直流為48 V,推桿材質(zhì)為1Cr18Ni9T(不銹鋼)，防護(hù)等級(jí)為IP65,升降受電系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 升降受電系統(tǒng)

4.3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

該遷車(chē)臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用4臺(tái)三合一減速機(jī)驅(qū)動(dòng)4個(gè)主動(dòng)車(chē)輪對(duì)該遷車(chē)臺(tái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。車(chē)輪踏面直徑630 mm×寬90 mm；4臺(tái)減速機(jī)由一臺(tái)45 kW變頻器集中控制，每臺(tái)減速機(jī)電機(jī)功率為11 kW,該驅(qū)動(dòng)型式具有能夠適應(yīng)頻繁啟動(dòng)、同步精度高、制動(dòng)效果好、便于檢修、適于遠(yuǎn)程控制等優(yōu)點(diǎn)。

遷車(chē)臺(tái)的制動(dòng)系統(tǒng)利用三合一減速機(jī)主軸上安裝的電磁制動(dòng)器進(jìn)行制動(dòng)，該制動(dòng)器斷電為制動(dòng)狀態(tài)，得電為脫開(kāi)狀態(tài)，該制動(dòng)方式具有制動(dòng)可靠、響應(yīng)靈敏、操作簡(jiǎn)單、檢修方便等優(yōu)點(diǎn)[3]。

4.4 渡板裝置

渡板裝置主要由承載骨架、車(chē)輛通過(guò)軌道、驅(qū)動(dòng)及傳感系統(tǒng)等部分組成。當(dāng)需要車(chē)輛通過(guò)時(shí)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制渡板落下，使渡板軌道與基礎(chǔ)臺(tái)位軌道對(duì)接，待遷移車(chē)輛通過(guò)后，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)渡板抬起，完成一次車(chē)輛通過(guò)作業(yè)。

渡板的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用PLC控制電動(dòng)推桿及位置傳感裝置完成動(dòng)作，電機(jī)功率為1.1 kW，驅(qū)動(dòng)力為1 t，并且設(shè)有過(guò)載保護(hù)裝置及行程限位雙重保護(hù)裝置，當(dāng)推桿行程達(dá)到極限位置或超過(guò)額定拉力時(shí)，PLC自動(dòng)停機(jī)并在顯示屏上進(jìn)行故障報(bào)警，起到系統(tǒng)自動(dòng)保護(hù)作用。

4.5 電控系統(tǒng)

在遷車(chē)臺(tái)的兩端對(duì)角分別設(shè)有操作臺(tái)，操作者在操作臺(tái)上可以完成遷車(chē)臺(tái)前進(jìn)、后退、制動(dòng)、停機(jī)、緊急停止、對(duì)軌、點(diǎn)動(dòng)、集電刷下降、集電刷起升、車(chē)輛旋轉(zhuǎn)等操作。

遷車(chē)臺(tái)采用PLC可編程控制器對(duì)遷車(chē)臺(tái)進(jìn)行控制，通過(guò)對(duì)變頻器頻率的控制完成對(duì)遷車(chē)臺(tái)走行速度的控制，控制系統(tǒng)的核心部件走行電機(jī)的變頻器選用西門(mén)子公司的產(chǎn)品，該變頻器具有編程簡(jiǎn)單、體積小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，且在操作臺(tái)上設(shè)有顯示屏，具有遷車(chē)臺(tái)實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示功能，能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行自檢并反饋故障信息[4]。

4.6 自動(dòng)對(duì)位裝置

該遷車(chē)臺(tái)具有自動(dòng)對(duì)位功能，自動(dòng)對(duì)位原理為通過(guò)PLC邏輯控制與接近開(kāi)關(guān)組合來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)位功能，在基礎(chǔ)上每個(gè)軌道相應(yīng)位置設(shè)置相對(duì)應(yīng)的一個(gè)減速接近感應(yīng)板及一個(gè)停止車(chē)感應(yīng)板，遷車(chē)臺(tái)啟動(dòng)后會(huì)根據(jù)操作者發(fā)出的對(duì)位指令，PLC開(kāi)始執(zhí)行其循環(huán)邏輯控制，自動(dòng)尋找對(duì)位位置，即系統(tǒng)開(kāi)始通過(guò)設(shè)置在遷車(chē)臺(tái)上的接近開(kāi)關(guān)，實(shí)時(shí)檢測(cè)遷車(chē)臺(tái)運(yùn)行基礎(chǔ)上的目標(biāo)板實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)位。

4.7 旋轉(zhuǎn)裝置

為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)車(chē)輛調(diào)頭的工藝要求，該遷車(chē)臺(tái)設(shè)有遷車(chē)臺(tái)旋轉(zhuǎn)裝置，旋轉(zhuǎn)裝置主要由轉(zhuǎn)盤(pán)、驅(qū)動(dòng)裝置、定位芯盤(pán)等部分組成，該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)理念為采用定位芯盤(pán)對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)中心定位，采用4臺(tái)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)重載輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，并且在主受力位置布置驅(qū)動(dòng)輪，非承載位置采用從動(dòng)支撐輪進(jìn)行輔助支撐，如圖4所示。

圖4 旋轉(zhuǎn)裝置

轉(zhuǎn)盤(pán)直徑為20 m，主梁采用高600 mm×寬400 mm的箱型梁結(jié)構(gòu)，板材厚度為20 mm，采用材質(zhì)為Q450NQR1的低合金耐候鋼板制造，中心設(shè)置定位芯盤(pán)，芯盤(pán)底座直徑為1 m，與基礎(chǔ)采用8個(gè)M36地腳螺栓固定，芯軸最小直徑為240 mm，裝有GB/T 5859—2008標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的推力調(diào)心滾子軸承，型號(hào)為29348，芯軸采用45#鋼制造，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，芯軸的上部與轉(zhuǎn)盤(pán)焊接，下面坐在推力調(diào)心軸承上，該結(jié)構(gòu)承載力較大，并且芯軸有一定的轉(zhuǎn)角自由度，保證轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中轉(zhuǎn)盤(pán)承載輪與走行軌道接觸良好，如圖5所示。

圖5 芯軸組成

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用4臺(tái)7.5 kW三合一減速機(jī)驅(qū)動(dòng)4個(gè)走行輪，走行輪位于轉(zhuǎn)盤(pán)上移車(chē)臺(tái)站車(chē)位置，保證轉(zhuǎn)盤(pán)受力合理，走行輪直徑為500 mm，無(wú)輪沿，走行速度為35 m/min。并在兩側(cè)增加6個(gè)從動(dòng)支撐輪，均勻布置，起到輔助支撐作用。

5 推廣應(yīng)用前景

該旋轉(zhuǎn)遷車(chē)臺(tái)目前已在某車(chē)輛檢修段實(shí)際應(yīng)用，其遷車(chē)臺(tái)與旋轉(zhuǎn)裝置的集成應(yīng)用，使用戶(hù)的生產(chǎn)效率得到了大幅提高，工序流程更加合理，滿(mǎn)足了客戶(hù)的生產(chǎn)工藝要求，得到了使用單位的一致認(rèn)可。根據(jù)該旋轉(zhuǎn)遷車(chē)臺(tái)的特點(diǎn)，該遷車(chē)臺(tái)將會(huì)在鐵路車(chē)輛相關(guān)企業(yè)得到更廣泛應(yīng)用。