移動鐵路裝卸油掛車的鶴管操縱機構設計分析

張新智 劉軍(等)

摘 要：介紹了移動鐵路卸油掛車火車槽車頂卸鶴管系統的設計與分析，實踐證明火車槽車頂卸鶴管的展開和撤收采用液壓控制系統自動進行，既減輕了人工的勞動強度，又適應快速搶裝搶卸的需要。

關鍵詞：移動鐵路裝卸油掛車；流體輸送鶴管；火車槽車頂卸鶴管；汽車罐車頂裝鶴管

前言

移動鐵路卸油掛車一種野外裝卸油裝置，采用流體輸送鶴管，用于鐵路專用線臨時裝卸油場所或鐵路站臺臨時裝卸油場所，直接從火車槽車卸油輸送到汽車油罐中。也可以作為移動泵站輸轉油料。

1 裝置結構組成

該裝置采用單軸雙輪掛車式結構，將發動機、油泵、離合器與減速器、管路系統、火車槽車頂卸鶴管、汽車罐車頂裝鶴管、鶴管操縱機構、艙體等組成的泵機組鶴管單元，固定在掛車底盤上，可滿足公路、鐵路、水路的運輸要求。裝置如圖1所示。

圖1 裝置整體圖

圖2 鶴管操縱機構結構圖 圖3 鶴管操縱機構圖

2 主要技術參數

2.1 主要技術參數

總質量：2800kg

掛車外形尺寸mm：4500×2250×2700 鶴管單元外形尺寸mm：3200×2250×1900

發動機額定功率：17.5kW 發動機額定轉數：2300r/min

油泵額定流量：50m3/h 油泵額定揚程：40m（H2O）

油泵額定轉速：1000r/min

2.2 作業條件

掛車路面與火車槽車軌面高度差：-300mm～+500mm

掛車卸油鶴管法蘭口到火車槽車罐口中心平行距離：3200mm～4200mm

掛車裝油鶴管法蘭口到汽車槽車罐口中心平行距離：1600mm～2800mm

3 火車槽車頂卸鶴管設計分析

3.1 火車槽車頂卸鶴管

經過改進的火車槽車頂卸鶴管用于火車敞開式卸車，它主要由接口法蘭、支撐臂、水平臂、法蘭彎頭、回轉器及快接垂管組件等零部件組成。通過鶴管液壓操縱機構使用時展開，使用結束后折疊固定放置廂頂上，結構簡單，作業安全可靠，操作方便、省力。火車槽車頂卸鶴管如圖3所示。

3.2 鶴管液壓操縱機構

依靠本裝置發動機的動力和減速器的傳動，帶動液壓泵驅動整個液壓控制系統，組成該掛車的鶴管操縱機構。該機構主要由液壓泵、液壓油缸、油箱、液壓控制閥、管路系統等組成。其主要工作元器件為操縱鶴管沿回轉器轉動的三個液壓油缸（如圖3所示）。在工作過程中，整套鶴管機構垂直方向的運動依靠液壓控制系統完成。系統先驅動整套鶴管機構從水平放置狀態運動到垂直狀態，完成舉升動作。另外兩個油缸的伸縮完成鶴管水平臂的展開動作，通過油缸不同的行程使水平臂之間及水平臂與垂直支撐臂之間形成不同的夾角，使連接法蘭管口中心到快接垂管中心的距離發生改變，滿足不同工況下的工作需要。鶴管機構水平方向的運動依靠人工進行，拉住垂管水平方向用力，整套機構即可沿安裝在垂直支撐臂上的回轉器在水平方向轉動。整個火車槽車頂卸鶴管機構在展開過程中，必須保證連接法蘭管口中心到快接垂管中心距離始終保持在一個固定的偏差范圍內，確保快速插入到槽車油罐中。鶴管操縱機構圖（如圖3所示）。

3.3 火車槽車頂卸鶴管操縱機構設計計算

3.3.1 結構及主要技術參數

火車卸油鶴管操縱機構的結構及主要技術參數如圖示：

1.垂管；2.水平臂A；3.水平臂B；4.滑輪組；5.鋼絲繩；6.支撐臂；7.傳揚輪；8.蝸輪；9.蝸桿；10.搖把；11.旋轉接頭

3.3.2 設計計算

（1）重量計算

a.垂管重量：垂管選用DN100標準鋁質鶴管，每米重量為3.73kg.

G1=3.73×3600/1000=13.5kg

b.水平臂A重量：水平臂選用DN100標準鋼質鶴管，每米重量為10.85kg.

G2=10.85×2000/1000=21.7kg

c.水平臂B重量：水平臂選用DN100標準鋼質鶴管，每米重量為10.85kg.

G3=10.85×1800/1000=19.5kg

d.旋轉接頭及連結臂重量：

單件DN100旋轉接頭的重量為G4=5.0kg

連結臂重量G5=10.85×200×2/1000=4.34kg

e.鋼絲繩操縱機構及平衡器重量取G6=15.0×2=30kg

（2）鋼絲繩最大拉力

鋼絲繩最大拉力發生在各力臂最大時，即水平臂處于水平狀態：

此時，Fmax2=F12+F22

F1=[（G1+G4+2G5）×L1+G2×L2+G3×L3+（2G4+2G5）×L4+G6×L6]/L=[（13.5+5+8.68）×（2.0+1.8+0.8）+21.7×（1.0+1.8+0.6）+19.5×（0.9+0.2）+（10+8.68）×（1.8+0.4）+30×2.2]/（1.8+0.4）=148.8kg

F2=F1×（1.8+0.4）/0.3=1091.2kg

Fmax=1101.3kg

（3）蝸輪上的圓周力

Fwn=Fmax dzy/dwn=1101.3×50/100=550.65kg

蝸輪上的轉矩：

0Twn=Fwn×dwn/2=550.65×200/2=55.065kg.m

（4）蝸桿上的轉矩

對蝸輪蝸桿傳動機構，取η=0.75

Twg=Twn/iη=Twn/（40×0.45）=55.065/（40×0.75）=1.84kg.m

蝸桿上的圓周力：

Fwg=2Twg/dwg=2×1.84×1000/50=73.6kg

（5）搖把上的作用力

FR=Fwg dwg/dR=73.6×25/250=7.36kg

整個系統摩擦系數0.7，則F=7.36/0.7=10.5kg。該鶴管操縱機構可人力操作。

4 密封試驗

將管路系統充滿油料并加壓至1.0MPa，保壓5min，檢查火車槽車頂卸鶴管和管路系統有無滲漏。

5 結束語

采用流體輸送鶴管，液壓舉升裝置自動完成其展開和撤收作業，機動靈活、自動化程度高、展開撤收速度快、使用簡單、需要的操作人員少，采用可移動式掛車單元，滿足靈活機動的要求。鶴管系統的展開和撤收采用液壓控制系統自動進行，既減輕了人工的勞動強度，又適應快速搶裝搶卸的需要。展開時間不超過8分鐘，裝滿一輛汽車罐車的時間不超過7分鐘，卸完一列火車槽車時間不超過0.5小時。

參考文獻

[1]機械設計手冊編委會.機械設計手冊（第三版）[M].北京：機械工業出版社，2004.

[2]陸敏恂，李萬莉.流體力學與液壓傳動[M].上海：同濟大學出版社，2006.