MSV60型凹體雙頭運(yùn)輸車研制

張 楊，劉培勇，杜寶鳳

（秦皇島天業(yè)通聯(lián)重工科技有限公司，河北 秦皇島 066004；河北省重型裝備工程技術(shù)研究中心，河北 秦皇島 066004）

成自高鐵是中國四川省境內(nèi)一條連接成都市與自貢市的高速鐵路，是《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》中“八縱八橫”高速鐵路主通道之一“京昆通道”的重要組成部分，為四川歷史上第一條時(shí)速350 km的高速鐵路。

錦繡隧道為成自高鐵關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)工程，秦皇島天業(yè)通聯(lián)重工科技有限公司針對(duì)錦繡隧道施工特點(diǎn)研制MSV60型凹體雙頭運(yùn)輸車，滿足了施工單位對(duì)于箱涵、管片的運(yùn)輸要求，實(shí)現(xiàn)了與盾構(gòu)機(jī)的箱涵、管片卸載系統(tǒng)的完美銜接，解決了箱涵、管片從洞外中轉(zhuǎn)場(chǎng)地到盾構(gòu)機(jī)的隧道施工問題。

1 MSV60型凹體雙頭運(yùn)輸車主要結(jié)構(gòu)

MSV60型凹體雙頭運(yùn)輸車采用低高度液壓驅(qū)動(dòng)凹形平板運(yùn)輸車輛型式。運(yùn)輸車由動(dòng)力系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、車架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、懸掛系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成。輪軸為獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)，配385/65R22.5輪胎與11.75-22.5鋼圈，通過轉(zhuǎn)向油缸實(shí)現(xiàn)整車轉(zhuǎn)向。外形結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

圖1 MSV60型凹體雙頭運(yùn)輸車外形結(jié)構(gòu)（單位：mm）

表1 主要技術(shù)參數(shù)

表1（續(xù)）

1.1 動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)

動(dòng)力系統(tǒng)是運(yùn)輸車心臟部分，是運(yùn)輸車動(dòng)力的來源。發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓系統(tǒng)的壓力能，通過液壓閥的控制、液壓管路的傳輸?shù)竭_(dá)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)所要的動(dòng)作：行星減速機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)橋行走、懸掛油缸的伸縮，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸車升降、轉(zhuǎn)向油缸的伸縮進(jìn)而實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸車的轉(zhuǎn)向，對(duì)于不同的執(zhí)行系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)著不同的液壓動(dòng)力源。

MSV60型凹體雙頭運(yùn)輸車滿載質(zhì)量（85 t）是空載質(zhì)量（25 t）的3.4倍，空載最大運(yùn)行速度（15 km/h）是滿載最大運(yùn)行速度（10 km/h）的1.5倍，所以滿載運(yùn)行的功率明顯大于空載運(yùn)行速度。動(dòng)力系統(tǒng)功率計(jì)算時(shí)，只需計(jì)算滿載工況。

運(yùn)輸車運(yùn)行阻力由滾動(dòng)阻力、坡度阻力、風(fēng)阻力等組成。由于本車速度較低，風(fēng)阻力忽略，不予計(jì)算[1-2]。

1.1.1 運(yùn)行阻力計(jì)算

滾動(dòng)阻力為：

坡度阻力為：

式（1）（2）中：m為運(yùn)輸車滿載質(zhì)量，取85 t；g為重力加速度，取9.81 m/s2；f為滾動(dòng)阻力系數(shù)，取0.025；α為縱向爬坡能力，取8%。

1.1.2 運(yùn)行功率計(jì)算

重載平路運(yùn)行功率為：

重載坡度運(yùn)行功率為：

式（3）（4）中：V1為運(yùn)輸車滿載速度，取10 km/h；V2為運(yùn)輸車坡道速度，取5 km/h。

1.1.3 運(yùn)輸車需求功率計(jì)算

運(yùn)輸車需求功率為：

式（5）中：μ為機(jī)械液壓系統(tǒng)效率，取0.75；β為功率放大系數(shù)，取1.25。

運(yùn)輸車實(shí)際選用發(fā)動(dòng)機(jī)為玉柴YC6L330-50，額定功率為243 kW，大于運(yùn)輸車的需求功率（203 kW），滿足使用要求。

1.2 行駛系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.2.1 制動(dòng)輪組

制動(dòng)輪組選用成熟的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，輪組部分包括輪轂、制動(dòng)器、制動(dòng)氣室、制動(dòng)調(diào)整臂等部件。車輪是單輪式的，車輪通過螺母旋緊在輪轂螺栓上。

每個(gè)制動(dòng)輪組上裝有2只制動(dòng)器。制動(dòng)器上的制動(dòng)蹄片由凸輪擴(kuò)張，回動(dòng)彈簧復(fù)位。當(dāng)壓縮空氣通入制動(dòng)氣室后，其推桿將推動(dòng)調(diào)節(jié)臂轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，從而也使連接于其上的凸輪轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，使蹄片外張而剎住制動(dòng)鼓，于是，車輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 制動(dòng)輪軸

1.2.2 驅(qū)動(dòng)輪組

采用靜液壓驅(qū)動(dòng)，由驅(qū)動(dòng)平衡臂和液壓馬達(dá)減速器組成，液壓驅(qū)動(dòng)馬達(dá)采用獨(dú)立控制模式，當(dāng)其中某個(gè)輪組懸空時(shí)，可以把懸空馬達(dá)排量歸零，有效地防止了驅(qū)動(dòng)輪組打滑現(xiàn)象。

控制驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)為閉式系統(tǒng)，由液壓控制閥控制進(jìn)入馬達(dá)的流量與壓力，高壓液壓油驅(qū)動(dòng)馬達(dá)減速器組合轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸車前行或者后退。

1.3 車架設(shè)計(jì)

車架鋼結(jié)構(gòu)由2個(gè)端梁+中間主梁通過連接銷軸和螺栓組裝而成。端梁和中間梁分別由Q355B高強(qiáng)板焊接而成。裝載重量通過管片支撐座的傳遞將負(fù)載施加于車上。端梁及中間梁的主梁為整體的箱型梁，是主要承載結(jié)構(gòu)。為了最大限度地將載荷分布到兩側(cè)的行走系統(tǒng)上，端梁及中間梁承載重物處分布有非常穩(wěn)定的橫梁。同時(shí)車架結(jié)構(gòu)具有非常好的抗彎、抗扭的能力，可保證整車的穩(wěn)定性。車架結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 車架結(jié)構(gòu)

1.4 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作過程是通過轉(zhuǎn)向油缸的伸縮促使驅(qū)從動(dòng)輪組的轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)向編碼器把轉(zhuǎn)向角度反饋到控制器，控制器驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向油缸伸縮，從而實(shí)現(xiàn)輪組的轉(zhuǎn)向。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)向平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，轉(zhuǎn)向角度能達(dá)到±20°，可以保證管片運(yùn)輸車在隧道內(nèi)轉(zhuǎn)向要求，轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)圖

運(yùn)輸車可以直行（前進(jìn)、后退），同時(shí)具有±20°半八字、八字轉(zhuǎn)向模式與斜行模式。

1.5 懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)

懸掛主要由懸掛架、懸掛油缸和平衡臂組成，懸掛架與平衡臂之間有懸掛油缸支撐，懸掛油缸伸縮可使整車有±100 mm的高度調(diào)節(jié)范圍。懸掛架通過法蘭和螺栓與回轉(zhuǎn)支承聯(lián)接，再通過回轉(zhuǎn)支承將支撐力傳遞到車架，結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

這種懸掛結(jié)構(gòu)有以下3點(diǎn)效能：①實(shí)現(xiàn)整車三點(diǎn)或者四點(diǎn)支承，使每個(gè)輪組受力基本相同；②可調(diào)整運(yùn)輸車的高度，具備更高的行駛通過性；③可單獨(dú)提起某個(gè)輪胎，便于維修和更換輪胎。

懸掛系統(tǒng)是連接車轎與車架的重要部分，可以使運(yùn)輸車的載荷通過全車的每一副懸掛均勻地分配到各個(gè)承重輪胎上。所以說運(yùn)輸車的懸掛系統(tǒng)是最主要的承載部分，也是整車中相對(duì)安全性要求最高的部分。當(dāng)然懸掛系統(tǒng)也肩負(fù)著平臺(tái)升降的使命，通過懸掛油缸的同步伸縮，可以使運(yùn)輸車平臺(tái)平穩(wěn)地上升或下降到指定的高度[1-2]。

1.6 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

運(yùn)輸車驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力來源于液壓系統(tǒng)，當(dāng)駕駛室輸出一個(gè)前進(jìn)（或后退）信號(hào)時(shí)，控制驅(qū)動(dòng)泵電磁鐵得電（未得電時(shí)驅(qū)動(dòng)泵斜盤無擺角，泵無輸出），使驅(qū)動(dòng)泵的斜盤到某一擺角，擺角大小與駕駛室油門大小成正比。此時(shí)驅(qū)動(dòng)泵根據(jù)斜盤的擺角輸出一定流量的壓力油，壓力油到達(dá)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，當(dāng)車輛起步時(shí)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的斜盤擺角最大，此時(shí)運(yùn)輸車驅(qū)動(dòng)力較大，車速較低。在運(yùn)輸車加速過程中，馬達(dá)斜盤擺角在電控系統(tǒng)的控制下逐漸減小，車速逐漸加快。當(dāng)車速到達(dá)需要數(shù)值時(shí)（驅(qū)動(dòng)馬達(dá)內(nèi)置速度傳感器時(shí)時(shí)檢測(cè)），馬達(dá)斜盤擺角不再變化，此時(shí)運(yùn)輸車勻速前進(jìn)[3]。

在運(yùn)輸車行走的過程中，單獨(dú)的齒輪泵會(huì)從液壓系統(tǒng)回油側(cè)抽出一定量的液壓油，此部分液壓油用于系統(tǒng)的散熱。與此同時(shí)，外置補(bǔ)油齒輪泵提供壓力油，通過補(bǔ)油過濾器后進(jìn)入到驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)回油側(cè)，避免驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)吸空。

1.7 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電氣系統(tǒng)主要由車電系統(tǒng)和微電系統(tǒng)2部分組成。車電系統(tǒng)主要由供電系統(tǒng)、車電控制系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)組成。微電系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)等組成。

1.7.1 車電系統(tǒng)

車電系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、蓄電池、照明燈、維修燈、空調(diào)、駕駛室供電等組成。照明燈即司機(jī)室組合照明燈，其功能分別為照明、轉(zhuǎn)向、剎車。

1.7.2 微電系統(tǒng)

微電控系統(tǒng)采用基于CAN總線的分布式控制，選用工程車輛專用控制器，具有CAN總線接口，降低了電控部分的復(fù)雜性，控制器防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP65，可用在振動(dòng)、潮濕等工作環(huán)境，可靠性極高。

控制系統(tǒng)不但對(duì)全車動(dòng)作發(fā)布操作指令，而且可實(shí)時(shí)監(jiān)控操作過程。在發(fā)生誤操作時(shí)顯示屏?xí)o出警示和報(bào)警提示。駕駛室內(nèi)顯示屏采用CAN總線顯示器，可顯示升降的壓力、高度，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)作參數(shù)（如水溫、油壓、油位、柴油機(jī)轉(zhuǎn)速）和整車的運(yùn)行參數(shù)（如驅(qū)動(dòng)、提升和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)內(nèi)的工作壓力、轉(zhuǎn)向角度、所選擇了的轉(zhuǎn)向模式、車身高度），由于整合了診斷故障系統(tǒng)，可用以找出故障[3]。

2 MSV60型凹體雙頭運(yùn)輸車的技術(shù)特點(diǎn)

MSV60型凹體雙頭運(yùn)輸車的技術(shù)特點(diǎn)如下：①整車采用凹體型設(shè)計(jì)，車架由2個(gè)端梁+中間主梁通過連接銷軸和螺栓組裝而成；②雙駕駛室布置，每個(gè)駕駛室都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于整車的完全控制，在隧道內(nèi)運(yùn)行時(shí)，不需要調(diào)頭就可以實(shí)現(xiàn)往返運(yùn)輸；③液壓懸掛路面補(bǔ)償系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了車輛在行駛中，遇凸凹或傾斜路面時(shí)各懸掛自動(dòng)伸縮補(bǔ)償，使各懸掛承載基本相等；④整車同步升降功能，可以在卸載貨物時(shí)進(jìn)一步降低整車高度，為隧道內(nèi)卸載貨物預(yù)留充足的安全空間；⑤在電氣系統(tǒng)的精準(zhǔn)控制下，運(yùn)輸車具有防止車輪超速（或稱打滑）功能，滿足隧道內(nèi)外凹凸不平路面的行駛要求；⑥發(fā)動(dòng)機(jī)采用國五排放標(biāo)準(zhǔn)的玉柴發(fā)動(dòng)機(jī)，充分考慮了隧道內(nèi)施工排風(fēng)不暢的客觀條件。

3 MSV60型凹體雙頭運(yùn)輸車的安全性設(shè)計(jì)

MSV60型凹體雙頭運(yùn)輸車屬于隧道內(nèi)施工特種運(yùn)輸裝備，其安全性能至關(guān)重要，也是特種運(yùn)輸車輛研制工作的關(guān)鍵技術(shù)，主要體現(xiàn)在硬件和軟件2個(gè)大的方面，具體如下。

運(yùn)輸車配置了安全有效的制動(dòng)系統(tǒng)，包括行車制動(dòng)、駐車制動(dòng)與緊急制動(dòng)3種制動(dòng)模式。行車制動(dòng)主要通過壓縮空氣驅(qū)動(dòng)鼓式制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)，負(fù)責(zé)整車行駛過程中的制動(dòng)以及坡道上的短暫停車；駐車制動(dòng)采用的是行星減速機(jī)的多片式常閉制動(dòng)器，當(dāng)打開駐車制動(dòng)按鈕或者車輛發(fā)生故障時(shí)，制動(dòng)液壓油管內(nèi)液壓油失壓，制動(dòng)器起作用，整車停止運(yùn)動(dòng)；駕駛室與車輛四周共布置有4處緊急制動(dòng)按鈕，當(dāng)車輛在發(fā)生緊急狀況時(shí)，按下任一緊急制動(dòng)按鈕，車輛的行車制動(dòng)系統(tǒng)與駐車制動(dòng)系統(tǒng)將同時(shí)觸發(fā)，車輛將在最短的時(shí)間內(nèi)停止運(yùn)動(dòng)，保證車輛與人員安全。

運(yùn)輸車安裝了防撞系統(tǒng)。在運(yùn)輸車進(jìn)入盾構(gòu)機(jī)后配套的狹窄空間時(shí)，打開防撞系統(tǒng)，系統(tǒng)將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛與周邊障礙物的距離。當(dāng)車輛與障礙物達(dá)到警示距離設(shè)定值時(shí)，駕駛室內(nèi)警報(bào)器將響起，提醒司機(jī)注意四周障礙物；當(dāng)車輛與障礙物達(dá)到危險(xiǎn)距離設(shè)定值時(shí)，整車將停止運(yùn)行，打開復(fù)位按鈕并把車輛挪出危險(xiǎn)距離后，車輛方可正常運(yùn)行。

每個(gè)駕駛室內(nèi)均布置有后視攝像頭顯示器，以便司機(jī)正向駕駛時(shí)可以隨時(shí)注意到后方可能出現(xiàn)的任何危險(xiǎn)；當(dāng)車輛需要倒車調(diào)整姿態(tài)時(shí)，在安全的前提下減少指揮人員配置。

駕駛室內(nèi)配備防瞌睡按鈕，防止司機(jī)在隧道內(nèi)運(yùn)輸時(shí)因疲勞產(chǎn)生瞌睡現(xiàn)象而發(fā)生安全生產(chǎn)事故。

4 結(jié)束語

MSV60型凹體雙頭運(yùn)輸車于2021年10月運(yùn)達(dá)四川省成都市內(nèi)錦繡隧道施工現(xiàn)場(chǎng)，完成調(diào)試交付客戶使用。目前該批運(yùn)輸車已經(jīng)投入到錦繡隧道的施工中，施工作業(yè)過程可靠、穩(wěn)定，施工單位給予了高度評(píng)價(jià)。該設(shè)備的成功研制推動(dòng)了中國隧道施工裝備技術(shù)的快速發(fā)展，該產(chǎn)品具有較大的市場(chǎng)潛力。