關于鐵路貨車通用式翻車機的設計研究

張暉

摘 要：鐵路貨車進廠大修時需檢修及焊接的零部件基本都在車廂底部。為了保證焊接質量，需采用平面焊接，不允許側焊更不允許仰焊。這是原鐵道部的硬性規定。但由于鐵路貨車車型很多，有棚車、敞車、平車等。每種車又分為不同的型號，每種車型的長度、重心位置都不同。所以各鐵路貨車的新造廠、大修廠、車輛段等各個單位都配備了很多臺鐵路貨車翻轉機，以保證修、造的鐵路貨車可進行180°的翻轉，實現車廂底部的零部件的平面焊接，滿足部標的要求。針對這種行業現狀，我研究設計了鐵路貨車通用式翻車機以滿足所有鐵路貨車翻轉以滿足各相關單位的工作需要。

關鍵詞：鐵路；貨車；通用式翻車機；設計

1 設計背景

目前國內使用的貨車翻轉機只能翻轉某種固定的車型，翻轉不同車型要配備很多臺鐵路貨車翻轉機，每臺翻轉機的投資都是近百萬，這就造成了很大的投資浪費。更主要的浪費是工廠無法進行均衡生產，以南車石家莊車輛公司、北車沈陽車輛公司為例。這兩個國內具有較大規模的鐵路貨車修理企業都設有六至八個修理工區，每個工區都裝有一臺鐵路貨車翻轉機，但這臺翻轉機只能翻轉一種車型。若某個時間段進廠大修的貨車都是敞車，那么就只有某一工區可以生產，其他工區因沒有適合車型的翻轉機就無法進行生產，處于閑置狀態。上述兩公司經常遇到這種情況，某一工區加班加點、還無法完成修理任務，而其他工區沒任務只能放假。這就造成了極大的人員浪費、場地浪費，長期制約了公司的修車產量。為此設計能夠滿足所有鐵路貨車翻轉使用的通用鐵路貨車翻轉機成為解決這一生產難題的突破口。

2 通用鐵路貨車翻轉機工作原理分析

某一物體若要穩定地轉動，就要保證這個物體的旋轉中心是在這個物體的重心上，否則這個物體轉動時就會產生偏心力，使這個物體無法保證平穩的轉動。鐵路貨車更是如此，因為鐵路貨車的重量都在十幾噸以上、翻轉時必須保證平穩的轉動。這就需要設計的翻轉機有一套自動的重心調整機構，以滿足不同車型翻轉的需要。

貨車要轉動時必須有牢固的卡緊裝置，只有將貨車牢固的卡在翻轉梁上，才能保證貨車安全的翻轉。而鐵路貨車車型不同長度就不同，棚車長度為15.5m、敞車長度為12.5m、平車長度為13m，所以要求設計的卡緊裝置隨車型長度的變化而改變卡緊位置。這就需要一套自動的卡緊長度位置調整機構。

因為鐵路貨車的尺寸很大，如鐵路棚車車廂部分、高4m、寬3m、長度15.5m，需要很大的翻轉半徑。翻轉完成后還需要操作人員到貨車上面去進行各項作業，所以需要最大限度的降低、翻轉完成后貨車的高度。這就需要有一套升降機構，其作用是：滿足翻轉半徑的需要貨車翻轉時升起，完成翻轉后落下，以便于施工人員在翻轉后的車廂底部進行各種作業。為了實現貨車能夠實現180°轉動、就必須有一套翻轉轉動機構。支撐機構則作為以上各種機構、需翻轉貨車的安裝和支撐平臺。

3 鐵路貨車通用式翻車機的硬件設計

通過鐵路貨車翻轉機工作原理分析進行了翻轉機的整體結構設計，主要包括：重心調整機構、卡緊長度位置調整機構、升降機構、翻轉轉動機構、支撐機構等5部分。

3.1 重心調整機構設計

在設備兩端可移動支撐塊的安裝連接端面各安裝有一套大型的T型絲杠副，絲杠副的大螺母上安裝架車用的連接橫梁。當絲杠轉動時即可帶動絲杠母上下移動，已達到調整不同車型重心高的目的。絲杠母可以移動的距離滿足重心高最大距離的要求。不同車型、重心調整用PLC控制，即在操作臺上只要按動車型按鈕，機構會自動調整所需翻轉車型的重心位置、卡緊長度位置、翻轉半徑高度位置。絲杠的旋轉動力由在絲杠軸端安裝的一臺3kW的減速電機提供。

3.2 卡緊長度位置調整機構設計

在設備連接橫梁的一端，安裝可水平移動導軌副，導軌座上國定有鐵路貨車翻轉卡緊用的夾具，導軌座帶著夾具在導軌上移動、這就滿足了不同長度車型卡緊固定的需要。導軌座的移動由一套T型絲杠副實現。絲杠的旋轉動力由安裝在連接橫梁上的一臺1kW的減速電機提供。

3.3 升降機構設計

升降機構主要由：兩個滿足升降需要（行程、推力、穩定性）的油缸組成。

油缸安裝在支撐框架的底座上，油缸活塞桿端頭用球面結構與安裝有主旋轉機構的移動滑塊底部連接，其作用是推動移動滑塊實現上下移動。

3.4 翻轉轉動機構設計

翻轉轉動機構主要由：轉動主軸、支承軸承及軸承盒、前法蘭、180°擺動油缸、移動滑塊組成。

轉動主軸、支承軸承及軸承盒安裝在移動滑塊上，前法蘭安裝在輸出端、用于安裝重心高調整機構。軸后端裝有180°擺動油缸，用于驅動主旋轉軸轉動，從而實現所修理或新造鐵路貨車的翻轉。

移動滑塊安裝在制成框架的軌道內，其作用是作為主旋轉機構的安裝平臺，并可在升降機構的推動下、在支撐框架的軌道內上下移動、從而實現不同車型翻轉半徑和翻轉后將所修理或新造鐵路貨車降至最低高度的需要。

翻轉轉動機構在設備的兩端各設一套。

3.5 支撐機構設計

作為整套設備的支撐和設備其他部件的安裝平臺、為箱式框架結構，設備的兩端各設一套。支撐框架內安裝有可調節間隙的軌道及油缸安裝座。

4 鐵路貨車通用式翻車機的液壓系統設計

鐵路貨車通用翻車機的液壓系統主要由：液壓動力元件—變量柱塞泵及驅動電機、液壓控制元件—各類控制閥、液壓執行元件—各種油缸、液壓輔助元件—油箱、濾器、壓力表等組成。液壓系統的控制由PLC編程后半自動控制。

5 鐵路貨車通用式翻車機的電控系統設計

電控系統主要包括：PLC程序控制器、常規的電控裝置、安全保護裝置等組成。電控系統的控制要求是按照翻車機的使用要求編制的。

6 結語

鐵路貨車通用翻車機在2014年在中車石家莊車輛公司建造完成3臺，并投入使用。通過上萬輛車的翻轉作業證明其性能先進、快捷、運行安全可靠。完全解決了困擾公司多年的貨車修理、新造無法均衡生產的難題。

參考文獻

[1]丁煒，魏孔平.可編程控制器在工業控制中的應用[M].化學工業出版社工業裝備與信息工程出版中心，2004.

[2]侯美華.可編程控制器在工業控制中的應用[J].電氣開關，2000，（6）：33-35.

（作者單位：河北經濟管理學校）