基于印度G33標準的翻車機研制

朱昌進 熊光寶

中國電建集團武漢重工裝備有限公司

1 引言

近年來，國內重型裝備企業(yè)緊跟國家“走出去”的發(fā)展戰(zhàn)略，積極開拓海外市場。某司于近期簽訂了印度電廠翻車機項目，并根據技術協(xié)議和印度標準進行了針對性的設計，設計完全滿足用戶和印度標準要求。通過研究相關技術文件及印度鐵道部翻車機相關標準G33(Rev.1)[1]，發(fā)現印度市場對翻車機的需求與國內市場主要的不同點在于以下方面：

(1)由于印度本地煤礦內的石塊等雜物較多，業(yè)主通常會要求翻車機煤篦子布置于零米層，以便于小型鏟斗車駛上煤篦子清除堆積在煤篦子上的雜物。

(2)印度市場習慣于采用液壓馬達作為驅動元件，翻車機系統(tǒng)均采用液壓馬達直接驅動，液壓馬達與驅動齒輪之間不再設置任何減速機構，而國內市場通常使用變頻電機帶動減速機驅動。

(3)印度市場翻車機的稱重裝置與翻車機平臺一體化集成，而國內的軌道衡通常布置在翻車機進車端的鐵路軌道上，采用單獨的一套系統(tǒng)運行。

(4)G33標準要求翻車機的靠車裝置與敞車側立柱之間保持金屬接觸，而國內的靠車裝置通常在靠車裝置上裝有高密度橡膠板，防止在翻卸過程中對敞車造成損壞。

(5)標準要求敞車的頂部壓車裝置包括6個橫向壓車梁(共12個壓持點)，并且每個壓持點需按標準要求布置，而國內的翻車機標準對此沒有明確的要求，常規(guī)翻車機有8個壓持點，港口翻車機多為4個壓持點。

(6)G33標準強制要求翻車機平臺上安裝夾軌器，防止在翻卸作業(yè)中車輛發(fā)生意外移動，國內的翻車機通常沒有該要求。在翻車機平臺增加夾輪器會增加翻車機翻轉時的負載阻力矩，影響驅動裝置的功率選型。

2 系統(tǒng)布局型式及主要參數

根據現場鐵路線及場地情況，設計系統(tǒng)布置型式(見圖1)。

該翻車機系統(tǒng)采用折返式布置型式，系統(tǒng)主要由重車調車機、夾輪器、翻車機、安全止擋器、遷車臺、空車調車機組成。為保證系統(tǒng)的運行效率，各個設備之間的布置較為緊湊，其中重車線和空車線距離為12.75 m，遷車臺中心線矩翻車機中心線20 m，翻車機中心線距離夾輪器中心為15.5 m。

系統(tǒng)工作時，首先由重車調車機將整列重車牽引至夾輪器位置，夾輪器將第二節(jié)敞車輪對夾緊，防止整列重車在鐵路上溜車。

隨后由人工將第一節(jié)敞車和第二節(jié)敞車之間的車鉤摘開，重車調車機牽著第一節(jié)重車到翻車機的平臺上定位。定位完畢后，重車調車機駛出翻車機區(qū)域，翻車機的壓車機構和靠車機構將敞車夾緊并開始翻轉。在此過程中，重車調車機返回初始位置，將第二節(jié)重車掛住，牽向翻車機，待翻車機內的敞車翻卸完畢并回轉到零度位置時，重車調車機將第二節(jié)重車牽向翻車機平臺定位，同時將空車推上遷車臺。

遷車臺將空車皮遷移至空車線，由空車調車機將空車推出遷車臺，并在空車線上集結，至此一個翻卸循環(huán)完畢。整列重車的翻卸，就是不斷的重復上述循環(huán)，直至整列重車翻卸結束。

翻車機系統(tǒng)主要運行參數見表1。

表1 翻車機系統(tǒng)參數

3 主要結構的設計

翻車機單元結構主要由主軸支承裝置、端盤、壓車裝置、靠板系統(tǒng)、靠車梁、電纜上機支架、托車平臺、稱重秤架、稱重裝置、傳動裝置、平臺銷座組成(見圖2)。

翻車機的主體結構采用側傾式結構，在工作過程中，翻車機本體及敞車的重量完全依靠翻車機兩端的主軸支承裝置托住，驅動裝置的小齒輪與翻車機端盤上的齒圈嚙合，并推動翻車機繞主軸支承裝置正翻或回翻。

1.主軸支承裝置 2.端盤 3.壓車裝置 4.靠板系統(tǒng) 5.靠車梁 6.電纜上機支架 7.托車平臺 8.稱重秤架 9.稱重裝置 10.傳動裝置 11.平臺銷座圖2 翻車機結構組成

3.1 主軸支承裝置

主軸支承裝置的作用是托住翻車機本體結構及鐵路敞車，主軸支承裝置中設有回轉軸承，可以讓翻車機轉子連同敞車一起繞該軸回轉，實現卸車功能(見圖3)。為防止端盤和主軸之間發(fā)生相對位移，設置了一種鎖緊套裝置，可以將主軸和端盤連接成為牢固的整體。

圖3 主軸支承裝置結構

3.2 端盤

在翻車機的進出車端分別設置有進車側端盤、出車側端盤。在端盤的外沿設置有齒條裝置，驅動裝置的小齒輪與該齒條嚙合推動端盤旋轉(見圖4)。在此項目中，由于翻車機的偏心距較大，端盤直徑達到了9 600 mm,為了便于發(fā)貨時的公路運輸，設計時將端盤做成了分段結構，每段端盤的最大尺寸均不超過公路運輸限界。

圖4 端盤及靠車梁

3.3 靠車梁

靠車梁的作用是將翻車機兩端的端盤連接成為一個整體，形成一個穩(wěn)固的剛性轉子結構，同時在靠車梁上設有壓車裝置和靠板裝置的支座，便于安裝壓車裝置和靠車裝置，實現敞車在翻車機上的定位夾緊?？寇嚵涸诠ぷ髦惺軓澟そM合作用，整體應力狀況較為復雜。

3.4 靠板裝置

靠板裝置是一塊由4只油缸及兩端的撐桿共同支撐的平板結構件，當重車在翻車機平臺上定位完畢后，靠板系統(tǒng)的4只液壓油缸首先動作，將靠板緩緩推出，直至靠板完全與敞車的側面貼合，液壓系統(tǒng)自動將靠車油缸液壓鎖鎖緊，完成對敞車側面的定位固定，防止敞車翻轉過程中的側向滑移。靠板的內部還設置有2塊靠板振動裝置，振動裝置上安裝有振動電機，當翻轉機翻轉至最大角度時，啟動振動電機，振動裝置對敞車側立柱進行擊振，將車廂內剩余物料震落至料斗內(見圖5)。

圖5 靠板裝置

3.5 壓車裝置

壓車裝置的結構見圖6，連接于壓車支座上的壓車油缸推動壓車臂繞鉸點旋轉，同時帶動前端的壓車均衡梁運動，實現對敞車壓車和松壓動作。

壓車裝置包含1個車輛轉向架彈簧彈性勢能的釋放機構，其采用雙活塞油缸方案，翻車機翻轉過程中，當敞車對頂部壓車梁作用力超過油缸閥塊釋壓閥的設定值時，壓車梁就會自適應的向上抬起，以釋放車輛轉向架彈簧中的彈性釋能，保證壓車裝置及車廂不承受過大的應力。翻車機翻轉角度達到最大角度160°時，壓車裝置鎖施加的壓力應正好滿足承受空車重量的需要。

圖6 壓車裝置結構

3.6 驅動裝置

翻車機的驅動裝置采用低速大扭矩液壓馬達直接與齒輪軸連接，馬達的殼體采用扭力臂與底座連為一體，液壓馬達的制動器與馬達集成為一體(見圖7)。

圖7 驅動裝置組成及結構

由于翻車機旋轉中心與敞車中心的水平距離達到了3 100 mm，造成翻車機旋轉時負載阻力矩較大，給驅動機構的設計帶來了困難。為減小翻車機的驅動力矩，需要在端盤上遠離敞車的一側布置平衡配重，來減小翻車機轉子整體重心產生的負載阻力矩，同時還需要加大翻車機驅動裝置的驅動功率，并提高嚙合的齒輪、齒條的強度。

3.7 平臺及稱重裝置

翻車機的平臺與端盤通過平臺銷座及平臺掛鉤與端盤連接，翻車機運轉過程中，允許平臺有一定的浮動，其作用是，當翻車機處于零度狀態(tài)時，平臺直接落于底部的秤架上，這時，平臺不與翻車機端盤接觸，保證敞車稱重的準確性。當翻車機開始翻轉時，端盤上的平臺銷座帶動平臺逐漸從秤架上的定位錐上脫離，并隨端盤一起旋轉。

4 計算分析

4.1 翻車機翻卸時負載變化規(guī)律

為分析翻車機翻轉過程中各個機構的受力變化，以及整體重心的變化規(guī)律[2-3]，需要對翻車機翻卸過程中的負載變化規(guī)律進行分析。圖8是翻卸BOXN敞車時，隨著翻卸角度的變化，翻車機各機構的受力變化曲線，其中，(a)為翻車機翻轉過程中車廂內物料重量的變化曲線；(b)為翻卸過程中敞車整體高度的變化；(c)為靠板裝置所受靠車力的變化曲線；(d)為壓車裝置所受負載的變化曲線。由該曲線可知，靠車機構受力最大的位置發(fā)生在翻車機翻轉至55°時，而壓車力則隨著翻轉角度的變化而不斷增加。初始階段由于壓車裝置還未與敞車接觸，故壓車力為零。

圖8 靠車機構及壓車機構的受力變化曲線

4.2 翻車機驅動功率校核

根據翻車機翻卸過程中物料的變化規(guī)律，可以得到翻車機在翻轉過程中整體重心的變化情況；再根據翻車機轉子整體重心與回轉中心的水平距離，算出翻車機旋轉時的負載阻力矩；再通過驅動裝置小齒輪與翻車機端盤轉子齒條的傳動比關系，求得驅動裝置需要提供的功率情況。圖9所示為翻車機翻卸總重為102.6 t的BOXNHA敞車時，翻車機驅動裝置負載阻力矩的變化情況，可見翻車機需要最大功率發(fā)生在正翻的起始階段。

圖9 翻車機驅動裝置負載變化曲線

4.3 關鍵部件的強度校核

根據翻車機翻卸過程中物料變化規(guī)律所得到的各個機械結構上的載荷情況，通過對關鍵部件的受力分析，可以計算出各個機械結構的應力分布情況，用此來分析翻車機的結構強度是否滿足設備的使用要求(見圖10)。通過分析，翻車機工作時各主要結構件的應力分布均滿足材料的安全使用要求。

圖10 關鍵部件的強度校核

5 主要創(chuàng)新點

研制的該型翻車機主要有以下幾個創(chuàng)新點：

(1)本項目完全依照用戶要求采用印度鐵道部G33標準進行設計，系統(tǒng)的布置形式及翻車機結構配置均滿足標準要求，符合印度市場需要。

(2)物料翻卸時，混入物料中的雜物直接落在煤篦子上方，便于小型作業(yè)機械直接駛上煤篦子進行機械化清理雜物，減小了運行人員的勞動強度，提高了系統(tǒng)的運行效率。同時煤篦子布置于零米層，還可以減少土建施工的基礎開挖量，降低項目的建設成本。

(3)國內翻車機的稱重裝置一般采用成套的翻車機軌道衡，并布置于翻車機入口處的鐵路軌道上，與翻車機本體設備不產生關聯(lián)。而印度市場的翻車機要求翻車機稱重裝置與翻車機平臺一體化集成，為了實現該要求，本次翻車機的設計中采用了如下結構：翻車機回到零度時，托車平臺通過定位錐落入安裝于地面的秤架上，與翻車機平臺脫開一段距離，實現翻車機一體化稱重。

(4)采用集成的獨立控制和釋放的壓車油缸，壓車油缸可以單獨控制，同時每一個油缸內部設置有釋放油缸，當壓車裝置的受力超過設定值時，壓車裝置能夠進行自適應調整，防止壓車力超過設計值。

6 結語

本項目對印度市場的翻車機標準進行研究，通過采取側傾式主體結構、活動平臺等措施，滿足了印度鐵道部G33標準要求，翻車機在整個翻轉角度范圍內，敞車及物料均位于煤篦子上方，可為今后國內重型裝備走向海外提供參考和借鑒。