鄭文俊　紀(jì)東升　張玉軍　孫興東　劉永忠　倪青松

摘要：本論述針對(duì) C70E（H）-A 敞車(chē)容積增大、高度提升，國(guó)內(nèi)最大載重110 t 的單車(chē)翻車(chē)機(jī)不適合對(duì) C70E（H）-A 敞車(chē)的翻卸作業(yè)需求的問(wèn)題，通過(guò)研究 C70E（H）-A 敞車(chē)結(jié)構(gòu)改造中的通過(guò)性及壓車(chē)機(jī)構(gòu)安全可靠壓緊敞車(chē)的技術(shù)難題，深入分析翻車(chē)機(jī)壓車(chē)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式和壓車(chē)梁的壓車(chē)力學(xué)結(jié)構(gòu)，比較分析翻車(chē)機(jī)壓車(chē)梁上耐磨橡膠板與 C70E（H）-A 敞車(chē)上側(cè)梁接觸寬度和壓車(chē)形態(tài)，提出壓車(chē)梁鉸支座位置改進(jìn)并將壓車(chē)梁上三角形耐磨橡膠板優(yōu)化為圓弧形的受力結(jié)構(gòu)的方法。運(yùn)用圖示計(jì)算、仿真模擬和工程實(shí)驗(yàn)等方法，對(duì)改進(jìn)后的翻車(chē)機(jī)經(jīng)過(guò)多項(xiàng)技術(shù)匹配性試驗(yàn)與測(cè)試，改進(jìn)后的翻車(chē)機(jī)滿足現(xiàn)有60 t 級(jí)和70 t 級(jí)敞車(chē)的翻卸要求，達(dá)到 C70E（H）-A 敞車(chē)安全翻卸的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，驗(yàn)證了所用方法、技術(shù)合理，結(jié)構(gòu)安全可靠，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)改進(jìn)的目的。

關(guān)鍵詞：翻車(chē)機(jī)；C70E（H）-A 敞車(chē)；安全翻卸；適應(yīng)性改造

中圖分類(lèi)號(hào)：TB472??????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

翻車(chē)機(jī)是一種用來(lái)翻卸鐵路敞車(chē)散裝物料的大型機(jī)電一體化先進(jìn)機(jī)械裝備，由于自動(dòng)化程度高、翻卸效率高，在我國(guó)火力發(fā)電廠、煤化工、冶金、洗煤廠及港口等行業(yè)被廣泛應(yīng)用。翻車(chē)機(jī)類(lèi)型主要有單車(chē)翻車(chē)機(jī)、雙車(chē)翻車(chē)機(jī)、三車(chē)翻車(chē)機(jī)及四車(chē)翻車(chē)機(jī)。單車(chē)翻車(chē)機(jī)主要裝備在火力發(fā)電廠、冶金、洗煤廠，雙車(chē)翻車(chē)機(jī)主要裝備在現(xiàn)代煤化工，三車(chē)翻車(chē)機(jī)及四車(chē)翻車(chē)機(jī)主要裝備在大型港口。目前，單車(chē)翻車(chē)機(jī)在國(guó)內(nèi)保有量相當(dāng)可觀，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。

1問(wèn)題的提出

中國(guó)鐵路集團(tuán)為響應(yīng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的戰(zhàn)略新要求，在全路提升推廣載重70t，比容系數(shù)1.26，適合各種不同密度煤炭滿載需求的 C70E（H）-A 敞車(chē)；C70E（H）-A 敞車(chē)車(chē)體高達(dá)3443 mm，比目前最高 C70E（ H ）敞車(chē)的高度3242 mm 增高了201 mm，由于是第二次高度提升，國(guó)內(nèi)最大載重110 t 的單車(chē)翻車(chē)機(jī)將不適合 C70E（H）-A 敞車(chē)的翻卸作業(yè)要求，因此，中國(guó)鐵路集團(tuán)要求國(guó)內(nèi)翻車(chē)機(jī)裝備應(yīng)用廠家進(jìn)行技術(shù)提升改造，以適應(yīng) C70E（H）-A 敞車(chē)的安全翻卸作業(yè)，滿足鐵路新貨運(yùn)敞車(chē)上路運(yùn)輸?shù)男枰?/p>

目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)裝備應(yīng)用的單車(chē)翻車(chē)機(jī)能夠翻卸的鐵路敞車(chē)和新貨運(yùn)敞車(chē)的技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1～表2所列。

根據(jù)表1、表2、表3參數(shù)分析，C70E（H）- A 敞車(chē)和目前適合翻卸的最大載重和最高敞車(chē) C70E（H）最大的區(qū)別是車(chē)體高度增加了201 mm，其余參數(shù)相同。也就是說(shuō)翻車(chē)機(jī)的載重滿足 C70E（H）-A 翻卸，需要研究的就是 C70E（H）-A 敞車(chē)比目前最高敞車(chē) C70E（H）增高201 mm 后的通過(guò)性問(wèn)題核校和壓車(chē)機(jī)構(gòu)能否可靠壓緊敞車(chē)的問(wèn)題，以及幾何中心和載荷中心變化對(duì)轉(zhuǎn)子翻轉(zhuǎn)的影響等。

2針對(duì)改造問(wèn)題的研究分析

2.1 C70E（H）-A 敞車(chē)在翻車(chē)機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)通過(guò)性和旋轉(zhuǎn)干涉問(wèn)題研究分析

（1）翻車(chē)機(jī)軌面距離翻車(chē)機(jī)轉(zhuǎn)子開(kāi)口最高高度為3730 mm，而 C70E（H）-A 敞車(chē)的高度為3443 mm，有278 mm 的間距，C70E（H）-A 敞車(chē)能夠安全進(jìn)、出翻車(chē)機(jī)。

（2）改造后的翻車(chē)機(jī)部件要在翻車(chē)機(jī)有效的旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，不得與翻車(chē)機(jī)基坑干涉。

2.2翻車(chē)機(jī)壓車(chē)機(jī)構(gòu)壓車(chē)梁壓車(chē)狀態(tài)研究分析

翻車(chē)機(jī)壓車(chē)機(jī)構(gòu)是壓車(chē)梁沿敞車(chē)縱向左右對(duì)稱布置的擺臂式結(jié)構(gòu)，每側(cè)壓車(chē)梁分為2段，每段布置2個(gè)壓車(chē)油缸，每側(cè)4個(gè)壓車(chē)油缸，兩側(cè)共8個(gè)壓車(chē)油缸，翻車(chē)機(jī)的液壓系統(tǒng)在工作時(shí)，8個(gè)油缸同步動(dòng)作，使兩側(cè)壓車(chē)梁同時(shí)抬起或落下，實(shí)現(xiàn)對(duì)敞車(chē)的壓緊和松開(kāi)；壓車(chē)梁上安裝有耐磨橡膠板，耐磨橡膠板壓在敞車(chē)兩邊的上側(cè)梁上，壓緊敞車(chē)，耐磨橡膠板保護(hù)敞車(chē)損傷。

翻車(chē)機(jī)的工作原理是：在壓車(chē)梁壓緊敞車(chē)兩邊上側(cè)梁的同時(shí)，還有靠車(chē)板靠住敞車(chē)的一側(cè)，這樣翻車(chē)機(jī)就像一個(gè)“巨”型鉗牢牢抓住敞車(chē)，從而實(shí)現(xiàn)敞車(chē)0°～165°旋轉(zhuǎn)的安全翻卸。

擺臂式壓車(chē)機(jī)構(gòu)是典型的簡(jiǎn)支梁杠桿機(jī)構(gòu)，其中，RA =? ，RB = ，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) =1.1，單側(cè)壓車(chē)梁受力，如圖1所示。

由于敞車(chē)載重后減震彈簧被壓縮40 mm，敞車(chē)進(jìn)入翻車(chē)機(jī)時(shí)的高度比空載高度低40 mm，因此，研究壓車(chē)梁壓車(chē)狀態(tài)的敞車(chē)高度應(yīng)該按空載高度減去40mm 為依據(jù)，下面以翻車(chē)機(jī)大壓車(chē)梁為對(duì)象進(jìn)行研究。

在翻車(chē)機(jī)不改造的情況下，用作圖法通過(guò)計(jì)算機(jī)CAD 二維放樣，壓車(chē)梁壓住 C70E（H）-A 敞車(chē)時(shí)，壓車(chē)梁與敞車(chē)上側(cè)梁的水平夾角α較大，此時(shí)， 壓車(chē)梁上耐磨橡膠板壓住敞車(chē)上側(cè)梁的寬度約52.68 mm，如圖2所示。

由以上分析可知，在翻車(chē)機(jī)不改造的情況下，壓車(chē)梁與 C70E（H）- A 敞車(chē)上側(cè)梁的水平夾角α較大，α≈21°。這樣，一方面引起壓車(chē)油缸的有效壓車(chē)力將減小，另一方面壓車(chē)梁上三角形耐磨橡膠板僅能壓住 C70E（H）-A 敞車(chē)上側(cè)梁全寬的1/3左右，兩個(gè)因素的疊加，有壓車(chē)梁松壓的可能[1]，對(duì)壓車(chē)的可靠性產(chǎn)生較大影響，存在很大安全隱患，因此，這兩個(gè)問(wèn)題是改造的關(guān)鍵。

3改造問(wèn)題技術(shù)解決方案

擺臂式結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、廣泛應(yīng)用于機(jī)械的鎖緊、拉緊、漲緊等裝置中。目前單車(chē)翻車(chē)機(jī)的壓車(chē)機(jī)構(gòu)普遍采用擺臂式結(jié)構(gòu)，擺臂式壓車(chē)機(jī)構(gòu)壓車(chē)時(shí)壓車(chē)梁壓在敞車(chē)兩側(cè)上側(cè)梁的全長(zhǎng)上，上側(cè)梁受力均勻，對(duì)敞車(chē)的保護(hù)作用好、安全可靠。因此，遵照節(jié)約成本、安全可靠的原則，改造技術(shù)路線仍然保持?jǐn)[臂式結(jié)構(gòu)，改造方法應(yīng)該是合理確定壓車(chē)梁的壓車(chē)角度、壓車(chē)梁絞支座位置，避免采用非機(jī)械加工施工，影響翻車(chē)機(jī)的整體強(qiáng)度和形狀性能[2]，輕質(zhì)模塊化設(shè)計(jì)，工廠制造后，現(xiàn)場(chǎng)安裝改造。

3.1壓車(chē)機(jī)構(gòu)壓車(chē)梁絞支座合適位置的確定

（1）以最高 C70E（H）- A 敞車(chē)載重后高度3403 mm 和最低 C62敞車(chē)載重后高度2950 mm 的高度差為壓車(chē)梁上下擺幅值453mm 為依據(jù)，用作圖法，按其中心線在計(jì)算機(jī)上用 CAD 二維放樣，計(jì)算得出其提升距離為： h1=76.5 mm ，如圖3所示。

（2）壓車(chē)時(shí)，壓車(chē)梁的壓車(chē)力對(duì)敞車(chē)減震彈簧也有一個(gè)壓縮量，單點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)壓車(chē)力≤78 kN[3-4]，取標(biāo)準(zhǔn)最大壓車(chē)力的1/2計(jì)算壓縮量。

（3）壓車(chē)梁的擺臂軸中心線距壓車(chē)梁上耐磨橡膠板的高度為：h3=167 mm ，如圖3所示。所以，壓車(chē)梁支座需要提升的高度為：

（4）壓車(chē)梁絞支座提升225 mm 后，通過(guò)計(jì)算機(jī) CAD二維放樣，壓車(chē)梁壓住最矮車(chē)C62時(shí)，壓車(chē)梁上耐磨橡膠板距離敞車(chē)上側(cè)梁內(nèi)側(cè)約16.52 mm，如圖4所示，顯然間距較小，壓車(chē)梁上防脫鉤有向外摳車(chē)的可能，因此，壓車(chē)梁絞支座向翻車(chē)機(jī)中心偏移20mm。

（5）壓車(chē)梁絞支座提升225 mm 后，通過(guò)計(jì)算機(jī) CAD 二維放樣，壓車(chē)梁與 C70E（H）- A 敞車(chē)上側(cè)梁的水平夾角α顯著減小，α≈10°，壓車(chē)油缸的有效壓車(chē)力接近油缸推力。

（6）在計(jì)算機(jī)上 CAD 建模模擬不同敞車(chē)在壓車(chē)時(shí)耐磨橡膠板均能接觸敞車(chē)上側(cè)梁的全寬，將壓車(chē)梁上三角形耐磨橡膠板的形狀優(yōu)化為弧形，如圖4所示。

（7）同步對(duì)翻車(chē)機(jī)靠車(chē)板高度提高160 mm，以提高翻卸 C70E（ H ）-A 敞車(chē)靠車(chē)的接觸面積，如圖5所示。

3.2壓車(chē)油缸行程確定和穩(wěn)定性分析

翻車(chē)機(jī)壓車(chē)梁的最低位置應(yīng)滿足 C62敞車(chē)壓車(chē)高度的要求，最大抬起高度應(yīng)滿足 C70E（H）-A 敞車(chē)安全通過(guò)，通過(guò) CAD 放樣及綜合考慮，壓車(chē)油缸在原來(lái)基礎(chǔ)上增長(zhǎng)200 mm，油缸活塞桿420 mm 行程仍能滿足壓車(chē)需要。由于壓車(chē)油缸活塞桿420 mm 行程沒(méi)有改變，所以活塞桿承受的壓力應(yīng)沒(méi)有改變，因此油缸活塞桿的穩(wěn)定性與原來(lái)相同。

3.3改造對(duì)翻車(chē)機(jī)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)載荷的影響分析

（1）改造后的翻車(chē)機(jī)，只是對(duì)壓車(chē)梁絞支座加高和壓車(chē)油缸加長(zhǎng)，零件的總重量增加約360 kg，由于是兩側(cè)對(duì)稱增加，不產(chǎn)生不平衡力矩，故翻車(chē)機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定性不受影響。

（2）翻車(chē)機(jī)的幾何中心和載荷中心沒(méi)有變化，翻車(chē)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的負(fù)荷也不會(huì)造成影響[5]。

3.4改造對(duì)翻車(chē)機(jī)系統(tǒng)工作時(shí)序的影響分析

壓車(chē)油缸行程與原壓車(chē)油缸的行程一致，翻車(chē)機(jī)翻卸一節(jié)敞車(chē)的時(shí)間與原來(lái)保持一致，翻車(chē)機(jī)系統(tǒng)的作業(yè)時(shí)序沒(méi)有改變， 所以不影響翻車(chē)機(jī)系統(tǒng)的作業(yè)效率。

4改造后的效果

翻車(chē)機(jī)適應(yīng)性改造完工后，對(duì)翻車(chē)機(jī)液壓系統(tǒng)的減壓閥、順序閥、蓄能器壓力進(jìn)行了重新調(diào)整[6]，按照翻車(chē)機(jī)重大技術(shù)改造后要進(jìn)行匹配性檢測(cè)的規(guī)定，用最高車(chē) C70E（ H）-A 和最矮車(chē) C70敞車(chē)對(duì)翻車(chē)機(jī)進(jìn)行了匹配性檢測(cè)[7-9]（C62敞車(chē)屬于淘汰車(chē)型，車(chē)況較差，變形嚴(yán)重，不利于試驗(yàn)）。

通過(guò)檢驗(yàn)用最矮車(chē) C70敞車(chē)和最高車(chē) C70E（ H）-A 敞車(chē)壓車(chē)檢測(cè)。

（1）目視檢測(cè)，壓車(chē)梁上圓弧形耐磨橡膠板能夠壓在兩種檢驗(yàn)敞車(chē)上側(cè)梁全寬面上，全長(zhǎng)方向能夠均勻接觸，符合規(guī)范要求。

（2）翻車(chē)機(jī)兩種檢驗(yàn)敞車(chē)匹配性檢測(cè)的壓車(chē)力和內(nèi)傾彎矩總值數(shù)值見(jiàn)表4所列。

（3）根據(jù)表4的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)得出：

①改造后的翻車(chē)機(jī)能夠壓住適應(yīng)翻卸敞車(chē)上側(cè)梁的全寬，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

②改造后的翻車(chē)機(jī)壓車(chē)力為40～74 kN，符合標(biāo)準(zhǔn)值≤78 kN的要求。

③改造后的翻車(chē)機(jī)內(nèi)傾彎矩為167～177 kN·m，符合標(biāo)準(zhǔn)值≤235 kN·m 的要求。

④改造后的翻車(chē)機(jī)適應(yīng) C60、C70、C70E、C70E（H）-A 安全翻卸作業(yè)要求。

5結(jié)論

國(guó)內(nèi)最大載重110 t 擺臂式壓車(chē)機(jī)構(gòu)的單車(chē)翻車(chē)機(jī)，通過(guò)提高壓車(chē)梁鉸支座的位置，并將壓車(chē)梁上三角形耐磨橡膠板優(yōu)化為弧形，既能適應(yīng)鐵路新投運(yùn)的加高型 C70E（H）-A 敞車(chē)的安全翻卸，也滿足現(xiàn)有60 t級(jí)和70 t 級(jí)敞車(chē)的翻卸要求，檢測(cè)和考核運(yùn)行、安全可靠。此改造方法，輕質(zhì)模塊化設(shè)計(jì)、成本低、施工快，為國(guó)內(nèi)同類(lèi)翻車(chē)機(jī)適應(yīng)性改造提供了參考依據(jù)。

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