王浩洋+蘇偉+劉震

摘 要：翻車機是一種大型的、高效率的卸載裝有散料的鐵路敞車的專業(yè)設(shè)備。與其他卸載敞車機械相比，具有卸載干凈、卸載能力強、卸載效率高、自動化程度高等特點，能夠顯著節(jié)省勞動力。結(jié)合工廠常用敞車的標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計了三翻翻車機，并運用轉(zhuǎn)子式“O”型翻車機設(shè)計理念對三翻翻車機的轉(zhuǎn)子鋼結(jié)構(gòu)、壓車機構(gòu)、靠車機構(gòu)、托滾組件、傳動裝置、緩沖裝置進行了機構(gòu)運動分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計。

關(guān)鍵詞：三翻翻車機；壓車；靠車；托滾組件

中圖分類號：U294.27 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.10.104

目前，宣鋼煉鐵廠主要靠翻車機實現(xiàn)裝有散料的鐵路敞車卸載，通過高效、連續(xù)的卸載設(shè)備翻卸火車敞車所裝載的物料。與其他卸載敞車機械相比，翻車機具有效率高、環(huán)保的特點，能夠顯著降低企業(yè)的勞動力成本。大型三車翻車機單車載重100 t，額定翻轉(zhuǎn)角度165°，最大翻轉(zhuǎn)角度180°，翻車效率可達30次/h。翻車機的自動化程度高，能夠在很大程度上改善工人的勞動條件，大幅度降低企業(yè)的運行成本。本文以驅(qū)動功率小、翻卸效率高、卸載速度快的轉(zhuǎn)子式翻車機為研究對象設(shè)計三翻翻車機。

1 三翻翻車機的擬解決問題

考慮到翻車機的惡劣工況，為滿足其功能要求并達到延長其使用壽命的目的，需要考慮以下幾個問題：①由于翻車機周圍存在大量粉塵，因此應(yīng)充分考慮動力系統(tǒng)的防塵問題。我們可以在現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)上建立綜合防塵密封系統(tǒng)。②在翻轉(zhuǎn)卸料的過程中，翻車機的質(zhì)心位置在不停地改變，與旋轉(zhuǎn)中心不重合，從而產(chǎn)生交變的沖擊載荷。此時，應(yīng)考慮主體鋼結(jié)構(gòu)受交變應(yīng)力的影響程度。③翻車機與三輛火車的質(zhì)量很大，需要考慮其慣性給制動帶來的困難。為此，我們需要設(shè)計可靠的緩沖裝置。④要想保證火車在翻轉(zhuǎn)過程中可靠定位，就需要設(shè)計可靠的壓車與靠車機構(gòu)。⑤當(dāng)火車進入翻車機平臺時，由于摩擦力會對翻車機產(chǎn)生反向作用力，因此需要考慮翻車機的軸向移動問題。⑥設(shè)計時，需滿足在火車不摘鉤的情況下，完成翻車卸料與火車復(fù)位的工作循環(huán)的要求。通常，翻車卸料時的傾斜角應(yīng)在165°左右。角度越大，卸料越徹底。

2 三翻翻車機的總體方案設(shè)計

三翻翻車機由2個全箱型端環(huán)和3個全箱型梁組成框架型轉(zhuǎn)子鋼結(jié)構(gòu)，在各梁與端環(huán)相交的部分均采用了變截面的設(shè)計，各梁之間均采用聯(lián)系環(huán)固定，用于將各梁連成一體；在平臺的兩側(cè)分別伸出側(cè)梁，用于連接壓車梁油缸并支撐靠板，具有剛性好、應(yīng)力值低等優(yōu)點。采用平臺兩側(cè)伸出支架用于壓車的布置，可降低鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力值，并且便于維護。

翻車機左右兩側(cè)并不完全對稱。在靠車板的一側(cè)，梁與靠車板均采用箱型體結(jié)構(gòu)，以保證翻車機的剛度；只有壓車機構(gòu)的一側(cè)，梁采用桁架結(jié)構(gòu)，以減輕翻車機的整體質(zhì)量。布置壓車缸時采用箱型體結(jié)構(gòu)。上述設(shè)計方式具有以下優(yōu)點：①向固定支撐靠攏。將端環(huán)斷面“工”字型結(jié)構(gòu)改為箱型結(jié)構(gòu)；去掉配重梁，將配重塊直接配到環(huán)上；將三大梁自由變形改為三大梁用兩個輔助環(huán)捆為一體，形成一個剛度很大的整體梁共同變形，大幅增加螺栓數(shù)量，增大接觸面積。②端環(huán)和幾大梁的聯(lián)結(jié)螺栓數(shù)量大幅增加，其中，增加幅度最大的螺栓數(shù)量是原來的6倍。螺栓沿著幾大梁的軸線方向拉開布置，環(huán)梁聯(lián)結(jié)處的端環(huán)內(nèi)圈設(shè)計成箱型，使聯(lián)結(jié)點向固定支撐的力學(xué)模型轉(zhuǎn)變，防止端環(huán)聯(lián)結(jié)板和大梁在該處變形，達到固定聯(lián)結(jié)效果。③大梁全部改型。三大梁全部由栓接改為焊接，保證結(jié)構(gòu)更加可靠，減少了維護工作量。各梁的斷面普遍增大，使其抵抗變形能力大為增強。

通過對整體布局的改動，梁與環(huán)聯(lián)結(jié)點以及環(huán)本身的變形大為減小，再加上環(huán)聯(lián)結(jié)處安裝有變箱型裝置，抵抗因固定聯(lián)結(jié)產(chǎn)生彎矩的能力很強，因此，環(huán)無法產(chǎn)生塑性變形。

3 三翻翻車機其他零部件的設(shè)計

本文設(shè)計的靠車機構(gòu)采用兩個支撐靠板的輪子將靠車板支撐在翻車機的平臺上?？寇嚈C構(gòu)的油缸布置在側(cè)梁上，靠板采用凹槽結(jié)構(gòu)，以解決電磁脈沖的布置問題；壓車梁穿過靠板，以保證靠板具有足夠的寬度，且靠板支架作用于平臺，受力合理。在靠車油缸上裝設(shè)位移傳感器，通過位置與液壓閥件的控制實現(xiàn)各靠車油缸區(qū)域聯(lián)動，從而解決靠板同步的問題。

壓車機構(gòu)由壓車梁、支座及主動元件組成，并且采用上下移動式。驅(qū)動采用雙驅(qū)動的動力系統(tǒng)，分別在兩個端環(huán)的同一側(cè)安裝電動機和換向減速器組，利用小齒輪驅(qū)動端環(huán)上的齒條，從而實現(xiàn)翻車機的翻轉(zhuǎn)卸料作業(yè)。通過驅(qū)動系統(tǒng)的剛性同步軸連接，兩個驅(qū)動系統(tǒng)完全同步，從而消除在翻車機主體內(nèi)部較大的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。在翻卸過程中，如果一個驅(qū)動系統(tǒng)失效，要求另一個驅(qū)動系統(tǒng)能控制住滾筒，從而防止事故的發(fā)生，并在短時間內(nèi)利用單驅(qū)動完成翻卸作業(yè)。

托滾組件有4個托滾座，每個托滾座上有2個托滾輪，平臺及前后梁均為懸臂結(jié)構(gòu)。端部變形量大，與端環(huán)根部連接處的彎矩大，因此支撐結(jié)構(gòu)情況惡劣。通過合理選擇各部件的材料及尺寸，可以滿足受力要求。該結(jié)構(gòu)方案具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、便于安裝和維護等優(yōu)點，同時減輕了裝置質(zhì)量，大大降低了成本。

在三翻翻車機翻卸物料與復(fù)位的過程中需要頻繁換向。如果單純依靠電動機的正反轉(zhuǎn)動，會使電機溫度上升，嚴(yán)重?fù)p害電動機，縮短其使用壽命。因此，應(yīng)根據(jù)變速箱的基本原理設(shè)計換向減速器，實現(xiàn)機械換向，以延長動力組的使用壽命。

三車翻車機的轉(zhuǎn)動慣量很大，兩端必須要有可靠的緩沖裝置。在原位過位時，通過地面擋鐵與緩沖器緩沖，當(dāng)翻車機過翻時，沖擊力由托滾組件經(jīng)安裝在端環(huán)上的擺桿傳到緩沖器上，將翻車機在兩端過位時的沖擊力緩沖掉。

4 三翻翻車機的設(shè)計參數(shù)

三翻翻車機具體的設(shè)計參數(shù)為：①翻車效率高于3×27節(jié)/h。②額定翻卸質(zhì)量為3×85 t，最大翻卸質(zhì)量3×100 t。③額定翻卸角度為165°，最大翻卸角度為175°。④結(jié)構(gòu)工作級別為重載、低速、繁忙工作制（M8）。⑤金屬結(jié)構(gòu)需承受3×106次交變應(yīng)力，一個完整的周期為1次應(yīng)力交變。按每日2班，每班8 h，效率54節(jié)/h，年工作300 d計算，金屬結(jié)構(gòu)的使用壽命為15.43年。

5 三翻翻車機的使用要求

三翻翻車機的使用要求有以下幾點：①火車內(nèi)物料的最大塊度不應(yīng)超過300 mm。②車內(nèi)不準(zhǔn)混裝坑木瓦料，以防止卸料口堵塞。③撥車機運送重列車進入車場接近翻車機時，列車行車速度不得超過0.5 m/s，以免撞擊進車端阻車器，對阻車器的正常使用造成影響。④經(jīng)常清洗堆積在翻車機內(nèi)及設(shè)備上的積料，以免阻礙翻車機的運轉(zhuǎn)并便于檢查與維修。⑤應(yīng)經(jīng)常檢查定位裝置中的緩沖橡膠和阻車器上的彈簧，確保不會出現(xiàn)煤末堵住的現(xiàn)象。如果出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，應(yīng)立即清洗或更換。

〔編輯：劉曉芳〕