撥車機大臂俯仰系統去液壓改造

王治偉

華電國際萊城發電廠 山東萊蕪 271100

翻車機卸車效率高，節省勞力，是一種大型高效的卸車設備，是大中型火力發電廠常用的一種卸車設備。翻車機卸車作業線是以翻車機為主體，附屬設備包括撥車機、遷車臺、推車機、夾輪器等。我廠使用的C 翻車機卸車系統，由大重集團公司（大連）設計制造，翻車機系統卸車線為折返式卸車線，其翻卸形式為轉子式，驅動方式為齒輪傳動，其壓車機構為液壓壓車。撥車機液壓系統是實現大臂起落、車鉤釋放、定位制動、車臂平衡的動力裝置，在翻車機的運行中占據舉足輕重的地位。但撥車機液壓系統經常會出現滲油、漏油現象及液壓系統各液壓元件調節困難、運行不可靠等問題。

1 設備概述

撥車機是翻車機卸車系統的一個重要組成部分，它是翻車機卸車系統卸車效率的極為關鍵的設備。撥車機大臂俯仰機構和提、插銷系統是撥車機牽、接車的重要組成部分，是翻車機卸車系統中一個關鍵的作業環節。目前大重集團公司（大連）提供的撥車機設備的大臂俯仰機構主要采取齒條油缸+ 平衡油缸驅動方式和齒條油缸+ 配重驅動形式，這兩種方式的優缺點如下：齒條油缸+ 平衡油缸驅動方式優點是大臂俯仰平穩、緩沖小、簡潔、定位精準；缺點是齒條油缸和平衡油缸需協調工作，對控制和調整要求非常高，需要非常專業的翻車機調試人員才能調試好；液壓系統判斷故障原因和部位都比較困難，這給現場維護人員帶來非常高的要求，否則會影響日常維護工作。齒條油缸+ 配重驅動形式俯仰穩定可靠，定位精準；缺點是相對平衡油缸沖擊稍微大點。這兩種大臂俯仰驅的形式均采用齒條油缸液壓驅動，他們共同缺點就是由于大臂動作頻繁齒條油缸使用壽命普遍不長，一般在2-4 年就得更換；如果齒條油缸質量、撥車機液壓俯仰系統調試不到位、不過關則使用時間更短，有時一兩個月就壞，這嚴重影響翻車機系統的卸車效率。同時由于液壓原件裝配精度等問題，整個液壓系統經常會出現滲油、成兩雙輪架。這樣全面徹底解決采用齒條油缸驅動帶來的現存和潛在問題，下面逐一闡述具體改造方案[2]。

2.1 配重四連桿設計

為了使撥車機整個大臂俯仰系統運行平穩可靠，大臂俯仰系統需要采用配重平衡。由于大臂垂直時的俯仰角度為93．4 度，配重的俯仰角度也在90°左右，因此配重四連桿采用平行四邊形結構，即：拉桿在大臂鉸點到本體大臂鉸點的距離與拉桿在配重臂鉸點到框架配置臂鉸點距離相等且平行，這樣即便于配重平衡，又便于設計計算。根據原撥車機本體安裝的大位置，現在已知拉桿在大臂鉸點到大臂鉸點的距離為756mm，在牽車位置角度為18．2°；再根據現撥車機周圍位置及配置臂鉸點的相對位置需要確定配重尺寸及大小，如下圖。

2.2 配重計算

序號 俯仰角度 大臂重力（kg） 大臂重力臂（mm） 大臂鉸點到拉桿作用線距離（mm）配重鉸點到拉桿作用線距離（mm） 配重重力臂（mm） 計算配重（kg）1 -3.4 6850 1747 725 722.9 973.5 12257.10027 2 16.6 6850 1677.1 757.2 751.2 986.1 11557.75664 3 36.6 6850 1405.2 697.7 699.6 979.9 9849.814074 4 56.6 6850 963.7 553.5 557.9 668.7 9950.384054 5 76.5 6850 404.7 347.6 342.5 363.5 7514.501383 6 90 6850 0 171.4 190.8 169.2 0

按每20 度變化角度計算平衡時所許配重，并確定最優配重值。漏油現象，泄漏會使系統效率降低，影響傳動的平穩性及準確性。另外現場煤粉塵容易吸附在漏油處導致整個撥車機油污染嚴重，污染的工作介質對液壓元件危害極大，磨損加劇、性能變壞、壽命縮短甚至損壞，磨損又使污染加劇；據統計，液壓系統故障70% 是液壓油污染引起的。日常清理、維護工作量非常大；設備運行極不安全，文明作業環境差；因此需徹底解決撥車機機大臂俯仰的液壓系統問題，來提高翻車機系統卸車效率和穩定可靠性[1]。

2 研究途徑及解決方案

鑒于以上問題，我們本著提高翻車機系統穩定可靠性、提高卸車效率、減少大臂沖擊，保證大臂俯仰定位精準，減少現場安裝時間對撥車機大臂俯仰系統做如下改造：將齒條油缸傳動改成行星減速機變頻驅動，大臂俯仰平衡采用配重式，摘鉤、提銷采用電動推桿方式；為了減少輪壓，將撥車臂端配重下部的走行輪由兩單輪改

通過上述計算，初步設置配重質量為9850kg

2.3 驅動擺桿設計

由于大臂的俯仰是通過減速機軸轉動來驅動的，而且轉動角度與擺動角度不好成比例控制，因此要精確保證大臂的工作和非工作位置是非常困難的。針對本問題需要設計一套機構確保大臂到位就必須停止，因此我們設計一套擺桿機構來保證大臂起?？煽俊?/p>

如圖，通過擺桿機構設計，當大臂處于工作位置（即大臂角度為-3．4°）時，擺桿與拉桿中心線平行在驅動軸與拉桿鉸點連線上；當大臂處于非工作位置（即大臂角度為90°）時，擺桿與拉桿中心線重合在驅動軸與拉桿鉸點連線延遲線上；這樣確保大臂在工作位置和非工作位置是非常穩定可靠的[3]。這樣先根據驅動尺寸確定驅動軸的位置，然后通過計算方程組：L1+L2=1765，L2-L1=661（L1 為擺桿，L2 為拉桿）得：L1=549mm，L2=1216mm，然后根據大臂在90°的位置設計拉桿的形狀，避免干涉。

2.4 驅動計算

根據原撥車機原使用說明相關要求大臂俯仰時間為13s，考慮到提速要求，按10s 計算，驅動軸轉動180．9°；工作過程為勻加速，勻速和勻減速過程，分別工作時間是3s，4s，3s；則可求出勻速度ω=0．451rad/s，加速度ε=0．1503rad/s2，同時求出軸功率P=Tω/1000=Jεω/1000=（6850＊3．942＊[（2．1+3＊1．2）/（2．1+1．2）]＊0．1503＊0．451/6/1000=2．075kw，由于各關節均采用滑動軸承銅套，而且大臂動作頻繁，因此電機功率選擇11kw。減速機速比為i=n1/n2=1500/（30＊0．451/3．14）=348．16，根據減速機樣本，選速比250（可通過變頻調速控制）。

2.5 輪壓計算

由于原撥車機大臂俯仰采用齒條油缸+ 平衡油缸驅動方式，為了大臂俯仰平穩，在撥車機車架的大臂對側加有6850kg 配重，這樣撥車機大臂端走行輪的輪壓為：（51．1-6．85）/4+6．85=17．9（改造前），改造后在大臂端又增加了12t（加上配重），則這時的輪壓為17．9+12/2=23．9t，在加上牽引時的側向力可能會導致輪壓大于25t，這樣對走行軌道非常不利，因此在需要將撥車機大臂端兩固定輪由單輪換成雙輪，以減少輪壓[4]。

2.6 俯仰系統的安裝

翻車機系統是火車卸煤的核心設備，工作繁忙，一般給檢修和改造時間非常有限，為了最快時間完成翻車機大臂俯仰改造，并且方便現場安裝，設計時考慮原驅動安裝孔和位置，在原齒條油缸、俯仰油缸、液壓站等裝置拆除后，利用原有安裝孔和鉸點直接安裝，系統安裝簡單，縮短了施工時間，改造后圖片如下：

3 結語

自2019 年5 月份撥車機俯仰去液壓系統改造至2020 年3 月25 日，設備運行平穩、可靠，杜絕了液壓系統滲漏問題。環保、節能，維修方便。通過這次撥車機大臂俯仰系統去液壓改造發現，現在隨著變頻調速技術的發展，如果電力驅動加變頻調速能解決的問題，要優先考慮變頻調速，盡量減少液系統及液壓元件的使用。