劉琨偉 李學偉 文 /圖

導語：本設(shè)計以半掛牽引車取力器作為動力源，基于半掛車底盤，通過加裝液壓系統(tǒng)和翻轉(zhuǎn)裝置等裝置，提出了產(chǎn)品設(shè)計的工作原理和總體方案，成功實現(xiàn)了大噸位鐵水運輸和自動傾倒，有效提高了鐵水轉(zhuǎn)運效率，減少和避免了沾包現(xiàn)象的發(fā)生，避免了鐵水的浪費。投入實際使用后，達到預(yù)期要求，符合鑄造業(yè)需求。

目前國內(nèi)鑄造行業(yè)的多數(shù)鑄造廠的工藝是把在高爐接下的鑄造鐵水轉(zhuǎn)運到澆鑄場地，分多次倒入多個澆鑄鐵水包中進行生產(chǎn)。而多數(shù)鑄造車間天車噸位較小，如使用小鐵水包進行鐵水運輸，費時費力，且因鐵水粘包造成浪費較大。這就需要一種能夠運輸大噸位的鐵水包(30 t以上)且能夠自卸分包的車輛。

解決方式一種是直接運輸能夠自卸的鐵水包，一種是利用車輛實現(xiàn)自卸。自卸式鐵水包的旋轉(zhuǎn)傾翻一般為電機或手搖借助減速機增大力矩來實現(xiàn)，但受減速機體積及自重的限制一般最大能做到15 t左右，不能滿足生產(chǎn)需求。而筆者研制的液壓自卸式鐵水運輸半掛車則完美地解決了這個問題。它是在半掛牽引車取力器口處安裝油泵，在掛車前部加裝液壓站，使用多級液壓缸和翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，從而實現(xiàn)了大噸位鐵水包中鐵水的自卸。

自卸式鐵水運輸半掛車(鐵水包運輸半掛列車)由半掛牽引車、鐵水車架(半掛車底盤)、鐵水包、液壓系統(tǒng)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)等組成(圖1、圖2)。下面以裝載35 t鐵水的鐵水包運輸半掛列車為例，介紹其組成結(jié)構(gòu)特點、設(shè)計方案及工作原理。

圖1 整車(列車)組成結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 鐵水包傾翻示意圖

1 半掛牽引車

列車采用中國重汽ZZ4186型或其他品牌的帶有取力器口的半掛牽引車，加裝70取力器，通過傳動軸帶動牽引車中部下方設(shè)置的液壓泵，通過帶滑動龍門架的油管為液壓系統(tǒng)提供動力。

2 鐵水車架(半掛車底盤)

(1)主梁及底板。采用錳板焊接而成，其特點是箱形縱梁、工字或箱型橫梁結(jié)構(gòu)，將橫梁、邊梁、縱梁等焊接成堅固的框架；因此承載量大，不易變形。底板為鋼板結(jié)構(gòu)。

(2)支撐裝置。前后4根液壓支腿，單腿承載40 t以上，帶自鎖機構(gòu)，由與傾翻控制集成在一起的控制手柄操控。前支腿除做穩(wěn)定支撐外，還作為牽引銷與牽引座連接及分離的升降支腿；后支腿主要為鐵水包傾翻時提供支撐。

(3)車軸及懸架。采用一線雙橋懸架；為剛性、大噸位承載性懸架，無減震裝置；故使用時，行駛速度應(yīng)小于20 km/h，以免速度過高，損壞車軸部件。

(4)制動系統(tǒng)。為雙管路制動系統(tǒng)。紅色制動接頭與半掛牽引車的紅色制動接頭相連接(充氣管路)；黃色制動接頭與半掛牽引車的黃色制動接頭相連接(控制管路)。與半掛牽引車的管路正確連接后，可以實現(xiàn)行車制動及半掛車意外脫離或管路破裂后的自動制動功能。制動系統(tǒng)原理圖見圖3。

圖3 制動系統(tǒng)原理圖

如圖3，當踏下牽引車制動踏板時，從牽引車過來的控制氣壓經(jīng)過黃色的氣制動接頭到達緊急繼動閥控制口，緊急繼動閥起作用，前后膜片制動氣室充氣，實現(xiàn)充氣制動。抬起制動踏板時，半掛車控制管路中的氣壓由半掛牽引車放掉，緊急繼動閥起作用，前后膜片制動氣室氣壓也隨著降到零，制動完全解除。對于裝配超前緊急繼動閥的制動系統(tǒng)，不裝配件3和4。駐車制動系統(tǒng)為放氣彈簧制動，主要由膜片彈簧制動氣室、手制動閥及雙通單向閥組成。

(5)電器系統(tǒng)：其原理圖如圖4。

圖4 電器系統(tǒng)原理圖

(6)輪胎與車輪(鋼圈)。為降低車輛重心，需選用小尺寸輪胎，而車輛總重約75 t；因普通斜交胎及鋼絲胎無法滿足載重，故裝配9.00實心橡膠輪胎；鋼圈采用加厚無縫鋼圈。實心輪胎散熱不好，長期行走時輪胎的熱量散發(fā)不出去，容易出現(xiàn)爆胎現(xiàn)象，故此類車輛只適用于廠礦院內(nèi)使用，不得用于公路或長途運輸。車輛行駛速度不得超過20 km/h。

(7)牽引銷。按此車型及負荷情況，選用90#裝配式牽引銷。

(8)安全防護裝置。按照GB 7258和GB 1589規(guī)定，配置了側(cè)面和后下部防護裝置。

至此，形成完整的行車承載系統(tǒng)。

3 液壓系統(tǒng)

3.1 組成

作為實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)的動力來源，由液壓站、多級油缸、閥塊組、管路系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。液壓系統(tǒng)原理圖如圖5。

圖5 液壓系統(tǒng)原理圖

圖6 力矩圖

3.2 液壓系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

(1)液壓站部分：系統(tǒng)工作壓力：10 MPa；系統(tǒng)最大流量46 l/min。

(2)電磁閥及用電元件控制電壓：DC24 V。

(3)系統(tǒng)正常工作油溫范圍：25～55 ℃。

(4)系統(tǒng)清潔度要求：不低于NAS 10級。

3.3 液壓系統(tǒng)特點

除滿足液壓系統(tǒng)相應(yīng)的通用要求外，根據(jù)該車特點，該液壓系統(tǒng)還具有以下特點：

(1)由于鐵水包托架兩側(cè)需要各設(shè)置一個多級油缸，液壓系統(tǒng)必須具備兩油缸同步回路。

(2)為了防止液壓系統(tǒng)在舉升過程出現(xiàn)回落故障，必須具有液壓鎖止機構(gòu)。

(3)為了保證向外傾倒鐵水的平穩(wěn)，系統(tǒng)必須具備可靠的調(diào)速回路。調(diào)速回路的調(diào)整范圍：在汽車發(fā)動機處于怠速情況下，油缸舉升速度在2～20 mm/s可調(diào)。

(4)考慮到裝滿鐵水的整個系統(tǒng)因汽車底盤、液壓、電控等原因不能正常傾倒鐵水時，必須設(shè)置人工手動裝置，在鐵水凝固之前人工手動將鐵水倒出。人工手動倒出鐵水的速度不得超過30 min。

(5)電控液壓系統(tǒng)應(yīng)能使倒完鐵水的鐵水包具有相對快速回落的功能。從最大舉升位置回落到運輸狀態(tài)的時間不得超過30 s。

(6)鐵水在傾倒過程中會有飛濺，為防止對油缸造成損壞，必須設(shè)置相應(yīng)可靠的保護裝置。

(7)為了操作人員對傾倒鐵水的過程實施適時監(jiān)控，電控系統(tǒng)為有線遙控方式，遙控線長為20 m。

(8)有線遙控系統(tǒng)的功能至少應(yīng)包括：油缸舉升、油缸回落(正常速度)、油缸快落、停止等動作。操作面板上預(yù)留安裝發(fā)動機調(diào)速裝置的位置，遙控線束中預(yù)留對應(yīng)的連接線。

4 翻轉(zhuǎn)機構(gòu)

作為實現(xiàn)鐵水自卸功能的機構(gòu)，由翻轉(zhuǎn)架支撐梁、翻轉(zhuǎn)架、翻轉(zhuǎn)架下支撐梁、銷軸、軸套、連接座、定位板等組成。使用液壓系統(tǒng)的油缸作為動力來源，實現(xiàn)鐵水包的傾翻。

5 油缸推力理論計算

選用缸徑為125 mm的二級油缸，液壓系統(tǒng)工作壓力10 MPa。極限作用力在開始舉升位置，隨著舉升鐵水變少及重力力矩變小，所需推力越來越少；下落時未超過旋轉(zhuǎn)死點，僅靠重力即可實現(xiàn)復位而無需計算。

圖7 列車運輸狀態(tài)

圖8 鐵水包舉升狀態(tài)(演示)

圖9 實際傾倒鐵水狀態(tài)

(1)二級油缸單根理論推力：0.125 m×0.125 m×3.14×10 000 000 Pa/9.8 N/kg/1 000=50 t，2根油缸理論推力為100 t。

(2)所需最小理論推力計算：

如圖6所示，鐵水包、保溫材料、鐵水、旋轉(zhuǎn)架合計55 t，力臂1 365 mm。推力力矩為1 144.4mm，則所需最小理論推力為：55 t×1 365 mm/1 144.4 mm=65.6 t。

(3)安全系數(shù)為：2根油缸理論推力/所需最小理論推力=100/65.6=1.52。

考慮到系統(tǒng)的總效率，可能會有泄漏、機械損失、阻力損失等，經(jīng)驗安全系數(shù)一般為1.2～1.3。故本系統(tǒng)設(shè)計的安全系數(shù)大于經(jīng)驗系數(shù)，完全滿足傾翻需求。

6 結(jié)論

本設(shè)計結(jié)合國內(nèi)冶金行業(yè)需求，以半掛牽引車取力器作為動力來源，基于半掛車底盤，通過加裝液壓系統(tǒng)和翻轉(zhuǎn)裝置等裝置，提出了產(chǎn)品設(shè)計的工作原理和總體方案，成功實現(xiàn)了大噸位的鐵水運輸和自動傾倒鐵水，有效提高了鐵水轉(zhuǎn)運的效率，進而有效減少和避免沾包現(xiàn)象的發(fā)生，有效避免了鐵水的浪費。經(jīng)過投入到山東泰山陽光冶金公司、徐州三成鑄造公司、徐州恒昌鑄造公司、青州豪漳鑄造公司等實際使用，達到預(yù)期要求，符合鑄造行業(yè)需求。