三翻翻車機的設計及應用

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設備。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，能夠顯著節省勞動力。結合工廠常用敞車的標準要求，設計了三翻翻車機，并運用轉子式“O”型翻車機設計理念對三翻翻車機的轉子鋼結構、壓車機構、靠車機構、托滾組件、傳動裝置、緩沖裝置進行了機構運動分析和結構設計。

關鍵詞：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裝有散料的鐵路敞車卸載，通過高效、連續的卸載設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、環保的特點，能夠顯著降低企業的勞動力成本。大型三車翻車機單車載重100 t，額定翻轉角度165°，最大翻轉角度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，大幅度降低企業的運行成本。本文以驅動功率小、翻卸效率高、卸載速度快的轉子式翻車機為研究對象設計三翻翻車機。

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，因此應充分考慮動力系統的防塵問題。我們可以在現有的結構上建立綜合防塵密封系統。②在翻轉卸料的過程中，翻車機的質心位置在不停地改變，與旋轉中心不重合，從而產生交變的沖擊載荷。此時，應考慮主體鋼結構受交變應力的影響程度。③翻車機與三輛火車的質量很大，需要考慮其慣性給制動帶來的困難。為此，我們需要設計可靠的緩沖裝置。④要想保證火車在翻轉過程中可靠定位，就需要設計可靠的壓車與靠車機構。⑤當火車進入翻車機平臺時，由于摩擦力會對翻車機產生反向作用力，因此需要考慮翻車機的軸向移動問題。⑥設計時，需滿足在火車不摘鉤的情況下，完成翻車卸料與火車復位的工作循環的要求。通常，翻車卸料時的傾斜角應在165°左右。角度越大，卸料越徹底。

2 三翻翻車機的總體方案設計

三翻翻車機由2個全箱型端環和3個全箱型梁組成框架型轉子鋼結構，在各梁與端環相交的部分均采用了變截面的設計，各梁之間均采用聯系環固定，用于將各梁連成一體；在平臺的兩側分別伸出側梁，用于連接壓車梁油缸并支撐靠板，具有剛性好、應力值低等優點。采用平臺兩側伸出支架用于壓車的布置，可降低鋼結構的應力值，并且便于維護。

翻車機左右兩側并不完全對稱。在靠車板的一側，梁與靠車板均采用箱型體結構，以保證翻車機的剛度；只有壓車機構的一側，梁采用桁架結構，以減輕翻車機的整體質量。布置壓車缸時采用箱型體結構。上述設計方式具有以下優點：①向固定支撐靠攏。將端環斷面“工”字型結構改為箱型結構；去掉配重梁，將配重塊直接配到環上；將三大梁自由變形改為三大梁用兩個輔助環捆為一體，形成一個剛度很大的整體梁共同變形，大幅增加螺栓數量，增大接觸面積。②端環和幾大梁的聯結螺栓數量大幅增加，其中，增加幅度最大的螺栓數量是原來的6倍。螺栓沿著幾大梁的軸線方向拉開布置，環梁聯結處的端環內圈設計成箱型，使聯結點向固定支撐的力學模型轉變，防止端環聯結板和大梁在該處變形，達到固定聯結效果。③大梁全部改型。三大梁全部由栓接改為焊接，保證結構更加可靠，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，梁與環聯結點以及環本身的變形大為減小，再加上環聯結處安裝有變箱型裝置，抵抗因固定聯結產生彎矩的能力很強，因此，環無法產生塑性變形。

3 三翻翻車機其他零部件的設計

本文設計的靠車機構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。靠車機構的油缸布置在側梁上，靠板采用凹槽結構，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。在靠車油缸上裝設位移傳感器，通過位置與液壓閥件的控制實現各靠車油缸區域聯動，從而解決靠板同步的問題。

壓車機構由壓車梁、支座及主動元件組成，并且采用上下移動式。驅動采用雙驅動的動力系統，分別在兩個端環的同一側安裝電動機和換向減速器組，利用小齒輪驅動端環上的齒條，從而實現翻車機的翻轉卸料作業。通過驅動系統的剛性同步軸連接，兩個驅動系統完全同步，從而消除在翻車機主體內部較大的扭轉應力。在翻卸過程中，如果一個驅動系統失效，要求另一個驅動系統能控制住滾筒，從而防止事故的發生，并在短時間內利用單驅動完成翻卸作業。

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構。端部變形量大，與端環根部連接處的彎矩大，因此支撐結構情況惡劣。通過合理選擇各部件的材料及尺寸，可以滿足受力要求。該結構方案具有結構簡單、制造容易、便于安裝和維護等優點，同時減輕了裝置質量，大大降低了成本。

在三翻翻車機翻卸物料與復位的過程中需要頻繁換向。如果單純依靠電動機的正反轉動，會使電機溫度上升，嚴重損害電動機，縮短其使用壽命。因此，應根據變速箱的基本原理設計換向減速器，實現機械換向，以延長動力組的使用壽命。

三車翻車機的轉動慣量很大，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，當翻車機過翻時，沖擊力由托滾組件經安裝在端環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 三翻翻車機的設計參數

三翻翻車機具體的設計參數為：①翻車效率高于3×27節/h。②額定翻卸質量為3×85 t，最大翻卸質量3×100 t。③額定翻卸角度為165°，最大翻卸角度為175°。④結構工作級別為重載、低速、繁忙工作制（M8）。⑤金屬結構需承受3×106次交變應力，一個完整的周期為1次應力交變。按每日2班，每班8 h，效率54節/h，年工作300 d計算，金屬結構的使用壽命為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火車內物料的最大塊度不應超過300 mm。②車內不準混裝坑木瓦料，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經常清洗堆積在翻車機內及設備上的積料，以免阻礙翻車機的運轉并便于檢查與維修。⑤應經常檢查定位裝置中的緩沖橡膠和阻車器上的彈簧，確保不會出現煤末堵住的現象。如果出現堵塞現象，應立即清洗或更換。

〔編輯：劉曉芳〕