淺談某型火車平車機(jī)的技術(shù)改造

王齊

（營口港務(wù)集團(tuán)有限公司第二分公司，遼寧 營口 115007）

港口生產(chǎn)作業(yè)中有一種作業(yè)方式為煤炭裝火車作業(yè)，此種作業(yè)方式是將煤炭通過倒運(yùn)車輛倒運(yùn)到火車邊，通過鏟車將貨物裝入火車車廂內(nèi)，但裝完的貨物需要通過大量的裝卸工人進(jìn)行平車，不但效率低，而且成本高，用改裝過的平車機(jī)進(jìn)行平車，不但解決人力平車存在安全隱患、成本高等問題，高效的作業(yè)效率也成功壓縮火車作業(yè)在港停時(shí)，節(jié)省大量延時(shí)費(fèi)用。

1 利用電動(dòng)推桿代替原有抓料機(jī)抓斗部分

1.1 電動(dòng)推桿簡介及分類

電動(dòng)推桿是把電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的電力驅(qū)動(dòng)裝置。應(yīng)用于各種簡單或復(fù)雜的工藝流程中，作為執(zhí)行機(jī)械部件來用，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制等。

電動(dòng)推桿按電機(jī)的類型進(jìn)行劃分：交流電機(jī)式電動(dòng)推桿(220/380V)，直流電機(jī)式電動(dòng)推桿(12/24/36V)，步進(jìn)電機(jī)式電動(dòng)推桿等。

電動(dòng)推桿屬于定制的配套設(shè)備，本次改造選用定做的U8直流電機(jī)式電動(dòng)推桿，外形尺寸如圖1所示。

圖1

1.2 電動(dòng)推桿主要結(jié)構(gòu)

本文所述U8電動(dòng)推桿由微動(dòng)控制開關(guān)、渦輪、滑座、推桿、螺母、螺桿、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、齒輪等組成。

電動(dòng)推桿就是在一定范圍行程內(nèi)作往返運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)推桿標(biāo)準(zhǔn)行程在100～500mm，更大更遠(yuǎn)的行程也可根據(jù)應(yīng)用條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，按現(xiàn)場(chǎng)改造設(shè)備所需尺寸定做。電動(dòng)推桿推力的大小可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的應(yīng)用負(fù)荷而定，電動(dòng)推桿以直流永磁電機(jī)為動(dòng)力源，將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換成直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，應(yīng)用于遠(yuǎn)距離操縱，如閘門的啟閉、物料裝卸等，在港口設(shè)備的應(yīng)用更為廣泛。

1.3 電動(dòng)推桿工作原理

電動(dòng)機(jī)經(jīng)過齒輪進(jìn)行減速后，有效帶動(dòng)絲桿螺母，將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)，利用電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)完成推桿伸縮動(dòng)作，以改變杠桿力臂長度來改變行程的大小。采用24V永磁直流馬達(dá)作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源，采用24V直流電供電，在給馬達(dá)供電后，馬達(dá)旋轉(zhuǎn)蝸桿渦輪進(jìn)行一級(jí)減速，內(nèi)管上固定有螺母，絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)后，螺母在絲桿上前進(jìn)和后退，從而推桿進(jìn)行前進(jìn)和后退，切換直流電的正負(fù)極，馬達(dá)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，如此電動(dòng)推桿進(jìn)行收放作業(yè)。

2 改裝方法

2.1 平車裝置

平車裝置為長1.5m、寬0.35m，高0.25m，重量為500kg鐵結(jié)構(gòu)，取代原有的抓斗部分，該裝置用于平車作業(yè)，滿足貨運(yùn)火車車皮寬約2.8m、長約13m的要求。

2.2 電動(dòng)推桿

噸是質(zhì)量單位，牛頓是力的單位，1千克力=9.81牛頓，1牛頓=0.102千克力。1噸=1000千克，所以1噸=9810牛頓。

本次改造選用特母優(yōu)公司U8電動(dòng)推桿，電壓規(guī)格24V，行程20～500mm，噪音小于80dB，最大推力15000N，最大拉力12000N，電動(dòng)機(jī)為24V直流永磁電動(dòng)機(jī)，工作環(huán)境溫度-40～65℃，平車裝置重500kg，符合推拉力要求。

2.3 改裝方法（圖2）

改裝為平車機(jī)的方法是先將抓料機(jī)上的抓斗、鋼絲繩等部件卸下，將平車裝置安裝在原抓斗處機(jī)構(gòu)上，原有的抓料機(jī)行走、大臂升降、回轉(zhuǎn)等功能不變，取消原有的抓斗開合、旋轉(zhuǎn)等功能，電動(dòng)推桿一端與大臂連接，一端與平車裝置尾部相連接，利用電動(dòng)推桿進(jìn)行平車裝置的收放調(diào)節(jié)，平車裝置無須進(jìn)行旋轉(zhuǎn)作業(yè)。

在改裝前一定要將電動(dòng)推桿的尺寸設(shè)計(jì)好，能夠有效地應(yīng)用到使用的設(shè)備中去，如后選用電動(dòng)推桿，如因?yàn)樵O(shè)備尺寸有偏差，調(diào)整起來較為麻煩，也影響設(shè)備功能的最大發(fā)揮。

圖2

2.4 霍爾傳感器

工作原理：霍爾電壓隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化而變化，磁場(chǎng)變得越強(qiáng)，電壓就越高；反之霍爾電壓值很小，但經(jīng)集成電路中的放大器放大，就能使該電壓放大到足以輸出較強(qiáng)的信號(hào)。

霍爾組件包括霍爾傳感器和磁圈，可以將磁圈固定于推桿上，若使霍爾集成電路起傳感作用，需要用機(jī)械的方法來改變磁感應(yīng)強(qiáng)度，霍爾傳感器設(shè)置于集成電路板上對(duì)應(yīng)磁圈位置，通過霍爾傳感器和磁圈的配合作用能夠?qū)崿F(xiàn)精確監(jiān)測(cè)推桿組件的作業(yè)情況。

對(duì)電動(dòng)推桿增加霍爾傳感器，控制伸縮行程，霍爾傳感器運(yùn)用在此款推桿中，當(dāng)機(jī)械部件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)切割霍爾傳感器的線圈磁場(chǎng)產(chǎn)生一個(gè)電磁脈沖信號(hào)，以電信號(hào)的形式傳遞給控制器，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)推桿的精準(zhǔn)控制。

3 電動(dòng)推桿優(yōu)點(diǎn)

3.1 低噪音

使用中噪音低于80dB，給操作人員創(chuàng)造優(yōu)良的作業(yè)環(huán)境，防止噪聲污染。

3.2 電機(jī)設(shè)計(jì)體積小便于安裝

電動(dòng)推桿電機(jī)設(shè)計(jì)體積小，可以在有限空間內(nèi)安裝使用，小巧靈敏，操作方便可靠。

3.3 環(huán)保衛(wèi)生

推桿是采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，省去油液環(huán)節(jié)，不會(huì)產(chǎn)生各種油液污染的現(xiàn)象，因此在使用上更環(huán)保干凈，保養(yǎng)上更方便。

3.4 推桿平穩(wěn)可靠 保護(hù)功能完善

工業(yè)電動(dòng)推桿內(nèi)部有過載保護(hù)裝置，U8電動(dòng)推桿到達(dá)所設(shè)定的最大距離或過載時(shí)都會(huì)自動(dòng)切斷電源進(jìn)行電機(jī)的保護(hù)，讓用戶更加放心地使用。

4 杜絕安全隱患

平火車的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，需要用大量人力攜帶裝火車工具進(jìn)行煤炭裝火車平車作業(yè)，工具傷人和人員攀爬車皮安全隱患大，易發(fā)生危險(xiǎn)，用平車機(jī)進(jìn)行作業(yè)后，完全實(shí)現(xiàn)無人化平車，杜絕了安全隱患的發(fā)生，保證了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

5 節(jié)省費(fèi)用統(tǒng)計(jì)

按一列火車共60節(jié)車皮計(jì)算，配置5個(gè)班組共計(jì)50人進(jìn)行平火車作業(yè)，1個(gè)班組作業(yè)12節(jié)車皮，每個(gè)車皮上需要4個(gè)人平車，1個(gè)人監(jiān)護(hù)，所以1個(gè)班組可同時(shí)作業(yè)2節(jié)車皮，1節(jié)車皮作業(yè)時(shí)間為15min，12節(jié)車皮平車時(shí)間需要15×（12/2）=90min，即一列60節(jié)火車人力平車時(shí)間需要90min。而改用平車機(jī)進(jìn)行平車作業(yè)，作業(yè)一節(jié)車皮只需1min，兩臺(tái)平車機(jī)30min就可以完成，提前1h完成作業(yè)，火車在港延時(shí)費(fèi)每節(jié)車皮每小時(shí)5.7元，一列車60節(jié)節(jié)省費(fèi)用5.7×60=342元，一列車60節(jié)省人力平車雜作業(yè)費(fèi)用3×1.5×50=225元，平車機(jī)按一小時(shí)油耗20L計(jì)算，兩臺(tái)平車機(jī)30min共計(jì)耗油20L，每升柴油5.5元，平一列火車60節(jié)車皮油耗支出費(fèi)用20×5.5=110元，所以，一列60節(jié)車皮共節(jié)省費(fèi)用342+225-110=457元。一天平均裝火車作業(yè)3列，節(jié)省費(fèi)用457×3=1371元，一年節(jié)省費(fèi)用為1371×365=500415元。

6 結(jié)語

通過本次利用電動(dòng)推桿及鐵結(jié)構(gòu)代替抓斗實(shí)現(xiàn)平火車作業(yè)功能，實(shí)現(xiàn)無人化平火車，最大程度地保障安全生產(chǎn)，有效降低安全隱患，節(jié)省火車在港延時(shí)費(fèi)用及人力平車費(fèi)用，為港口的安全生產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)高效的裝卸服務(wù)提供強(qiáng)有力的保障，為此種工藝在港口的廣泛應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。