輪胎式抱罐車發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

耿會良，曲登偉，任中立，鄭 峰

（中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司，上海200941）

無論黑色冶煉還是有色冶煉都會產(chǎn)生爐渣。爐渣產(chǎn)生時為熔融的熱態(tài)，將其從冶煉廠運輸?shù)皆鼒鲂枰獙I(yè)的機械設(shè)備，這種機械設(shè)備俗稱爐渣搬運車。早期的爐渣搬運一般采用軌道運輸，由于軌道運輸受場地限制大，運送不方便，因此，一種基于無軌化運輸爐渣工藝的設(shè)備——輪胎式爐渣搬運車應(yīng)運而生。輪胎式爐渣搬運車即輪胎式抱罐車，簡稱抱罐車，具有背包（渣包）、放包、翻包倒渣、運輸?shù)墓δ堋＿@種設(shè)備具有高度機動性，它的應(yīng)用簡化了爐渣搬運工藝，是無軌化爐渣處理工藝的關(guān)鍵設(shè)備。

1 抱罐車發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外抱罐車發(fā)展現(xiàn)狀

國外抱罐車的歷史發(fā)展較早。20世紀70年代以來，美國 KRESS、瑞典KIROW、德國 KAMAG公司、日本車輛株式會社等開始研制并推出輪胎式系列抱罐車產(chǎn)品。這種抱罐車因其機動靈活、性價比高等特點，被世界各國冶煉企業(yè)廣泛采用。按照車體結(jié)構(gòu)，國外抱罐車可以分為整體式和鉸接式兩種，其中以鉸接式為主，市場需用量也最大。

整體式抱罐車的特點是其主車架為整體式結(jié)構(gòu)，采用前轉(zhuǎn)向橋?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)向。這種抱罐車底盤是一種特殊的重型卡車底盤，一般驅(qū)動在中后橋，其特點是載重量較小，通常額定載重≤50 000kg。圖1就是一款由日本車輛株式會社生產(chǎn)的整體式抱罐車。鉸接式抱罐車車體結(jié)構(gòu)分為前后兩部分，中間通過中央鉸接結(jié)構(gòu)聯(lián)接，形成折腰轉(zhuǎn)向。這種抱罐車通常前車體為驅(qū)動牽引，后車體為工作承載，具有噸位覆蓋廣的特點，小到10t，大到100t。圖2就是一款由KAMAG公司生產(chǎn)的鉸接式抱罐車。

圖1 日本車輛株式會社整體式抱罐車

圖2 KAMAG鉸接式結(jié)構(gòu)抱罐車

進入20世紀，在汽車工業(yè)發(fā)展引領(lǐng)之下，CAN總線、液壓負載敏感控制、遠程操縱控制、集成電子控制、故障診斷等一些先進和智能化的技術(shù)大量應(yīng)用到抱罐車產(chǎn)品上。

1.2 KAMAG鉸接式結(jié)構(gòu)抱罐車

抱罐車在國內(nèi)最早出現(xiàn)在上海寶鋼。寶鋼1985年投產(chǎn)時引進了日產(chǎn)的35t抱罐車。90年代在日產(chǎn)35噸抱罐車基礎(chǔ)上，上海寶鋼冶金建設(shè)公司（現(xiàn)中冶寶鋼技術(shù)）和長沙礦山研究院合作開發(fā)了國內(nèi)首臺35t整體式抱罐車（圖3）。

圖3 國產(chǎn)首臺35t整體式抱罐車

經(jīng)過多年發(fā)展，國內(nèi)抱罐車已從起初的整體式抱罐車已經(jīng)發(fā)展到多種結(jié)構(gòu)系列的抱罐車產(chǎn)品，載重能力從35t到120t，生產(chǎn)廠家以中冶重機（中冶寶鋼技術(shù)）和長沙凱瑞重工為代表。國內(nèi)抱罐車按照大類可分為拖拉式、整體式、鉸接式和組合式四種。

拖拉式抱罐車是參照大型拖拉機和拖板車樣式開發(fā)的一款抱罐車產(chǎn)品。其采用輪式裝載機或低速重型牽引車做動力，通過鞍座結(jié)構(gòu)牽引一帶有抱罐車工作承載結(jié)構(gòu)的后拖掛而成。圖4就是一款由裝載機作牽引頭的拖拉式抱罐車。

圖4 裝載機做牽引動力的35t拖拉式抱罐車

經(jīng)過近些年快速發(fā)展，國內(nèi)整體式和鉸接式抱罐車不管在技術(shù)還是質(zhì)量上都已接近國外同類產(chǎn)品，在此不再贅述。圖5是由中冶重機生產(chǎn)的國內(nèi)最大載重120t鉸接式抱罐車。

圖5 中冶重機120t鉸接式抱罐車

組合式抱罐（圖6）由抱罐車和渣罐運輸車組合而成，達到優(yōu)勢互補、節(jié)能降耗的目的。即背放翻包由抱罐車實現(xiàn)，運包由渣包專用運輸車實現(xiàn)。

圖6 組合式抱罐車

1.3 當前國內(nèi)抱罐車技術(shù)發(fā)展存在的問題

雖然國內(nèi)抱罐車與國外差距正在縮小，但也存在一些問題：1）驅(qū)動車橋、變速箱等關(guān)鍵零部件依賴進口，嚴重制約了抱罐車的生產(chǎn)、維護和長遠發(fā)展；2）抱罐車技術(shù)缺乏充足總結(jié)和分析，產(chǎn)品的可靠性成為我國參與國際競爭的主要問題；3）科研力量薄弱，科研的手段、人才匱乏，導(dǎo)致抱罐車在聯(lián)鎖反饋、精度控制、功率計算等技術(shù)水平方面較國外先進水平還有一定差距。

2 抱罐車關(guān)鍵技術(shù)

2.1 牽引驅(qū)動動力匹配

抱罐車由于自重和載重質(zhì)量大，需要有充足的行走牽引動力，動力系統(tǒng)匹配應(yīng)滿足抱罐車行駛性能要求。抱罐車動力匹配計算一般考慮如下行駛性能參數(shù)：重載爬坡能力，8%～15%（數(shù)值根據(jù)不同客戶現(xiàn)場條件選擇確定）；空載車速，25km／h；重載車速，15km／h。

抱罐車的動力系統(tǒng)由發(fā)動機、雙變系統(tǒng)（變矩器、變速箱）、傳動軸、驅(qū)動車橋組成的液力機械傳動。鉸接式抱罐車通常采用動力前入式（圖7）［2］。

圖7 抱罐車前入式的液力機械傳動結(jié)構(gòu)

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

抱罐車的主要功能是完成對盛熱態(tài)渣的渣包運輸、背、放、翻等功能。由于不同用戶渣包的外形尺寸、耳軸、擋耳座等技術(shù)數(shù)據(jù)差異較大，因此，工作機構(gòu)設(shè)計在抱罐車結(jié)構(gòu)設(shè)計中是最關(guān)鍵和重要的，這也使得抱罐車的設(shè)計是一種非標設(shè)計。圖8為抱罐車工作機構(gòu)的運動圖。

圖8 抱罐車工作機構(gòu)的運動

在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，有限元分析和計算技術(shù)的應(yīng)用對于抱罐車結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化起到了促進作用。

2.3 動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

以鉸接式抱罐車轉(zhuǎn)向為例，抱罐車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為以中間鉸接體為中心的折腰轉(zhuǎn)向，由前后方向盤、轉(zhuǎn)向器、流量放大閥、轉(zhuǎn)向油缸、轉(zhuǎn)向限位控制閥組等組成。抱罐車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)類似輪式裝載機的轉(zhuǎn)向流量放大系統(tǒng)，原理如圖9所示。

圖9 抱罐車動力轉(zhuǎn)向原理圖

由于抱罐車工作的特殊性，設(shè)計了帶前后駕駛位的雙方向盤轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（圖10）。

圖10 具有前后雙方向盤的抱罐車駕駛室

2.4 安全裝置和技術(shù)

由于抱罐車在運送的物料和使用環(huán)境等安全保障技術(shù)上要求較高，其安全裝置和技術(shù)主要包括以下幾個方面：1）后車架防護技術(shù)；2）液壓軟管防火技術(shù)；3）應(yīng)急轉(zhuǎn)向技術(shù)；4）應(yīng)急拖動的支腿設(shè)計結(jié)構(gòu)；5）應(yīng)急放包技術(shù)；6）帶活動百葉窗的駕駛室防護技術(shù)。

3 抱罐車的發(fā)展趨勢

3.1 模塊化設(shè)計

抱罐車的非標性使其設(shè)計無法實現(xiàn)完全標準化，但對其車架、駕駛室、鉸接機構(gòu)、轉(zhuǎn)向機構(gòu)、轉(zhuǎn)向工作電氣液壓控制系統(tǒng)、驅(qū)動車橋、后承載橋、輪胎、防護系統(tǒng)等進行模塊化設(shè)計，不僅可縮短設(shè)計周期，而且還能夠極大提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，從而降低制造成本和維護費用［3］。

3.2 產(chǎn)品系列化

抱罐車的發(fā)展離不開用戶的需求，多樣化的客戶需求必然造就多樣化的產(chǎn)品。抱罐車產(chǎn)品將在拖拉式、整體式、鉸接式、組合式等多種結(jié)構(gòu)方式的架構(gòu)內(nèi)繼續(xù)豐富內(nèi)涵，向著多樣化和系列化的方向發(fā)展。

3.3 核心部件的國產(chǎn)化

載重大于60 000kg的國產(chǎn)大型抱罐車的核心部件（如變速箱、驅(qū)動車橋、重要液壓元件等）目前尚依賴進口，引進成本高，制作工期長，嚴重制約了國產(chǎn)抱罐車的發(fā)展。因此，國產(chǎn)抱罐車的發(fā)展必須實現(xiàn)核心部件的國產(chǎn)化。

3.4 控制系統(tǒng)的可靠性

當前，國產(chǎn)抱罐車若要良性發(fā)展，就必須突破抱罐車產(chǎn)品可靠性的瓶頸。抱罐車產(chǎn)品的可靠性集中體現(xiàn)在控制系統(tǒng)上。提高系統(tǒng)的可靠性需要采用先進可靠的控制系統(tǒng)和元件，這也對國產(chǎn)元件供應(yīng)商提出了要求。

采用先進可靠的控制系統(tǒng)和元件，要和抱罐車的使用環(huán)境、歷年來遇到的問題充分結(jié)合起來，找出解決問題的根本辦法。

3.5 更節(jié)能環(huán)保的技術(shù)

產(chǎn)品的節(jié)能環(huán)保問題是一個永恒的課題。緊跟技術(shù)發(fā)展，采用節(jié)能環(huán)保技術(shù)是抱罐車產(chǎn)品發(fā)展的必然選擇。

抱罐車的節(jié)能環(huán)保要把整車結(jié)構(gòu)設(shè)計、各系統(tǒng)優(yōu)化及細節(jié)改進等多方面結(jié)合起來。在整車設(shè)計上，要采用滿足現(xiàn)場工藝，使渣包在整個搬運過程中耗時最少的設(shè)計。系統(tǒng)優(yōu)化應(yīng)考慮排放污染小、系統(tǒng)發(fā)熱小、泄露小的技術(shù)和選型；細節(jié)設(shè)計上應(yīng)考慮材料的選擇、加工工藝更有利于節(jié)能和環(huán)保。

［1］ 任中立.鉸接式抱罐車研制［J］.湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2008，23（02）32－34.

［2］ 任中立.BGC－100抱罐車研制［J］.湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010（04）：64－65，82.

［3］ 郭 銳，趙靜一.基于電液控制系統(tǒng)的大型抱罐車發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢［J］.液壓氣動與密封，2010（08）：15－18.