鐵路敞車散料卸車工藝比選與分析

張道于，劉克強，趙昆

（中車青島四方車輛研究所有限公司，山東 青島 266031）

1 概述

鐵路貨場中常見的散料貨物有礦石、煤炭等，散料運輸在鐵路貨運中占有很大比例。目前，國內(nèi)極少采用人工卸車方式，基本絕大部分貨運場站采用機械化設備進行卸車作業(yè)。國內(nèi)常見的機械化鐵路敞車卸車設備主要有翻車機、螺旋卸車機、鏈斗式卸車機、垂直螺旋卸車機、門式抓斗吊以及底開門自卸車等。本文針對常見的這些卸車設備進行具體卸車工藝分析，對其卸車能力、現(xiàn)場環(huán)境以及經(jīng)濟性進行比較，根據(jù)其各自優(yōu)缺點，選擇合適的卸車方式。

2 卸車設備

2．1 翻車機

翻車機設備目前廣泛應用于煤炭、港口、化工、電力等行業(yè)，是一種自動化程度非常高的大型卸車設備。根據(jù)站場現(xiàn)場鐵路線路的具體規(guī)劃條件，翻車機作業(yè)方式分為兩種，貫通式和折返式。

2．1．1 翻車機布置形式

（1）貫通式布置。貫通式布置形式是滿載敞車重車線和空車線軌道線重合，分別位于翻車機房兩側(cè)，重車線上重車調(diào)車機牽引滿載敞車到達翻車機作業(yè)區(qū)域，翻車機旋轉(zhuǎn)進行卸車，卸車后的空車再由重車調(diào)車機推送至空車線，布置型式如圖1所示。

圖1 貫通式布置示意圖

（2）折返式布置。重車調(diào)車機牽引滿載敞車到達翻車機作業(yè)區(qū)域，翻車機旋轉(zhuǎn)進行卸車，卸車后，重車調(diào)車機推送空車到遷車臺，空車在遷車臺上被轉(zhuǎn)移至空車線，布置型式如圖2所示。

折返式布置相比貫通式，具有占地少、經(jīng)濟性高的特點，應用比較廣泛。工藝作業(yè)流程如下：牽引滿載敞車到達翻車機工作范圍區(qū)域，重車調(diào)車機牽引敞車到翻車機翻轉(zhuǎn)平臺，翻車機翻卸車輛，物料從敞車里傾瀉到緩沖倉，經(jīng)緩沖倉下的活化給料機進入皮帶輸送機，經(jīng)皮帶輸送機轉(zhuǎn)運至料場。

圖2 折返式布置示意圖

重車調(diào)車機將空車推進遷車臺，遷車臺橫向移動與空車線對位定位，空車調(diào)車機將空車皮推送到空車線進行集結(jié)。

2．1．2 翻車機設備結(jié)構形式

翻車機系統(tǒng)組成設備主要有翻車機本體、遷車臺、重車調(diào)車機、夾輪器、空車調(diào)車機及其他附屬設備等。常見翻車機本體結(jié)構形式主要有C型和O型兩種，目前，應用最廣泛的是C型翻車機。

C型翻車機主要設備組成有液壓壓車裝置、C型端環(huán)轉(zhuǎn)盤、端環(huán)驅(qū)動裝置、停車平臺和其他附屬設備等。

圖3 O型翻車機

圖4 C型翻車機

2．1．3 翻車機效率

按照每次翻卸敞車車輛的數(shù)量不同，翻車機分為單翻、雙翻、三翻和四翻翻車機。其中，單車翻車機和雙車翻車機相對造價低，使用最廣泛。

（1）單車翻車機。單車翻車機的主要技術參數(shù)如下：結(jié)構形式：“C”型；卸車能力：20～25節(jié)/h（折反式布置）；適用車型：C60、C70、C80等系列車型；翻車機驅(qū)動功率：2×45kW；參照《火力發(fā)電廠設計技術規(guī)程》相關內(nèi)容，按照常見C70敞車單節(jié)載重70t，平均翻卸能力22～25節(jié)/h，日最大利用率取45.8%，年平均利用率取40%，計算單臺翻車機系統(tǒng)日最大卸煤能力：70（t/節(jié)）×25（節(jié)/h）×24h×45.8%=19236（t）；年最大卸煤量為：70（t/節(jié)）×25（節(jié)/h）×24h×40%×365=613.2（萬t）。

（2）雙車翻車機。雙車翻車機主要技術參數(shù)：結(jié)構形式：“C”型；卸車能力：32～36節(jié)/h（折反式布置）；翻車機驅(qū)動功率：2×90kW；計算分析方法同單車翻車機，雙車翻車機系統(tǒng)日最大卸煤能力為：70（t/h）×36（節(jié)/h）×24h×45.8%=27699（t）；年最大卸煤量為：70（t/節(jié)）×36（節(jié)/h）×24h×40%×365=883（萬t）。

（3）三車翻車機。三車翻車機主要技術參數(shù)：結(jié)構形式：“O”；卸車能力：3×30節(jié)/h（貫通式布置）；翻車機驅(qū)動功率：2×112kW；按通用C80車輛載重80t計算，貫通式三車翻車機系統(tǒng)日最大卸煤能力計算為：90（節(jié)/h）×80（t/節(jié)）×24h×45.8%=79142.4(t)；對應的年卸煤量為：90（節(jié)/h）×80（t/節(jié)）×24h×40%×365=2522.88萬（t）。

2．2 螺旋卸車機

2．2．1 主要類型

根據(jù)大梁結(jié)構的區(qū)別，螺旋卸車機有兩種類型門式和橋式。按照走行軌距區(qū)分，常見的螺旋卸車機軌距有8.0m、13.5m、19.5m等。

螺旋卸車機主要結(jié)構螺旋機構，其具有兩個旋向相反的葉片。通過螺旋機構的旋轉(zhuǎn)，物料被葉片從敞車側(cè)門推出落到煤坑內(nèi)。在北方的冬季，經(jīng)常遇到凍車情況，此時，在卸車作業(yè)前，應該先將敞車內(nèi)的物料凍塊進行破碎或者采取措施進行加熱解凍。

螺旋卸車機設備示意圖如圖5、6所示。

圖5 橋式螺旋卸車機布置示意圖

圖6 門式螺旋卸車機示意圖

2．2．2 卸車工藝及性能特點

螺旋卸車機卸車原理是在驅(qū)動裝置作用下將螺旋機構伸進物料中，通過螺旋機構的兩個葉片將物料分撥到敞車兩側(cè)車門出去。螺旋卸車機卸車系統(tǒng)組成包括螺旋卸車機、卸料坑、坑下皮帶機、卸車鐵路線、絞車牽引設備等。

卸車系統(tǒng)作業(yè)過程：（1）敞車由機車或絞車牽引到位，螺旋卸車機移動到敞車上方，螺旋卸車機螺旋機構下降伸入物料中進行卸料。（2）物料經(jīng)螺旋機構的兩個葉片分撥到敞車兩側(cè)車門出去落到卸料坑中，坑下皮帶機將物料輸送至料場。

工藝布置：螺旋卸車機根據(jù)卸車場地實際條件進行布置，根據(jù)規(guī)劃的卸車量設計卸車線的長度以及數(shù)量，可以進行單股道、雙股道或者多股道卸車。單臺螺旋卸車機可以覆蓋2～3輛敞車的卸車區(qū)域。

卸車線兩側(cè)設有卸料坑和坑下皮帶機；軌道高出地面約250mm，避免物料落到軌面上。

螺旋卸車機設備特點如下：（1）卸車流量控制比較難、開放式卸車導致粉塵外溢擴散，環(huán)境污染比較嚴重；（2）車底剩有余煤，不能完全卸煤，需要另外進行車底清煤作業(yè)；（3）設備結(jié)構簡單，卸車效率高，設備投資成本低；（4）卸車物料粒度不宜過大，對于粒度小、比較松散的物料比較適合。

2．2．3 卸車效率

螺旋卸車機設備卸車能力一般在200～500t/h，根據(jù)散料不同形式的不同配置而略有不同。

2．3 鏈斗式卸車機

2．3．1 主要類型及卸車工藝特點

鏈斗卸車機也叫“門式鏈斗卸車機”，卸車機走行軌道布置在鐵路敞車兩邊，設備主要組成有鏈斗裝置、升降裝置、行走裝置、機上皮帶機、門架結(jié)構、電氣系統(tǒng)以及操作室等。

鏈斗卸車機按照橫跨火車車廂的數(shù)量，分為單跨式、雙跨式及多跨式；按照機上皮帶機水平輸送方向，分為單向和雙向兩種；按照料斗裝置結(jié)構型式，分為雙排和四排兩種類型。

鏈斗卸車機工作原理如下：鏈斗卸車機橫跨卸車線沿著走行軌道到達第一節(jié)滿載敞車位置，鏈斗升降機構將鏈斗在升降裝置作用下伸到敞車內(nèi)的物料中，鏈斗循環(huán)運轉(zhuǎn)將物料轉(zhuǎn)運到機上皮帶機，機上皮帶機將物料輸送到卸車線一側(cè)的站臺料場進行堆料，卸車機沿著卸車線移動，鏈斗分層取料直到將車廂內(nèi)的物料全部卸完。

針對松散、粒度較小的物料，鏈斗卸車機具有良好的卸車效果，如果物料粘度高、水分大則卸車效果比較差。鏈斗卸車機將物料卸到卸車線兩側(cè)的堆場，堆料寬度取決于機上皮帶機伸出的長度。鏈斗卸車機由于鏈斗結(jié)構限制，卸料不完全，對于敞車內(nèi)殘余物料，還需要額外清倉作業(yè)，并且敞開式卸料粉塵污染較嚴重。

圖7 單跨式鏈斗卸車機結(jié)構示意圖

圖8 雙跨式鏈斗卸車機結(jié)構示意圖

2．3．2 卸車效率

鏈斗卸車機單機卸車效率通常在300～400t/h，每小時可接卸5～6節(jié)敞車。

2．4 垂直螺旋卸車機

2．4．1 設備組成

垂直螺旋卸車機安裝布置形式跟鏈斗卸車機一樣，都是橫跨卸車線布置，走行軌道布置在卸車線敞車兩邊。

封閉式垂直螺旋卸車機結(jié)構組成主要有垂直螺旋裝置、水平螺旋裝置、密封導向裝置、提升機構、門架等。垂直螺旋機構主要包括集料裝置、喂料裝置、垂直螺旋輸送裝置。

封閉式垂直螺旋卸車機運行到第一節(jié)滿載敞車位置停止，垂直螺旋裝置伸入敞車車廂物料中，集料裝置旋轉(zhuǎn)收集物料，物料輸送給喂料裝置，然后，再經(jīng)垂直螺旋輸送裝置將物料轉(zhuǎn)送到密封導向裝置，再經(jīng)水平螺旋裝置將物料輸送到出料口，落入接料皮帶機或者直接料場堆料。

圖9 垂直螺旋卸車機結(jié)構示意圖

2．4．2 設備特點

封閉式垂直螺旋卸車機優(yōu)點如下：（1）火車車廂兩側(cè)側(cè)門不用打開，比螺旋卸車機和鏈斗卸車機節(jié)省車廂開門時間。物料可以在卸車線兩側(cè)站臺堆料，也可以由皮帶機接料轉(zhuǎn)運到料場。（2）環(huán)保性好，粉塵污染小。料流通道除進料口外其他通道全封閉，最大程度解決粉塵污染問題。（3）卸車設備整體以及軌道基礎投資造價比翻車機系統(tǒng)低很多。（4）垂直螺旋卸車機可以實現(xiàn)全程無人自動化進行卸車作業(yè)，定位系統(tǒng)完成車輛位置定位，由PLC控制系統(tǒng)控制完成卸車。

封閉式垂直螺旋卸車機缺點如下：（1）集料裝置外形是圓形，作業(yè)過程中敞車車廂四角會殘余物料，無法全部清除物料。螺旋卸車機和鏈斗式卸車機一樣存在此問題，如果想全部把物料清理干凈，則需另外再單獨配置一臺清車機專門進行清理余料。（2）受集料裝置限制，垂直垂直螺旋卸車機無法對粒度超過200mm的大塊物料進行卸車。

圖10 清車機

2．4．3 設備效率

當所卸物料為煤時，最大粒度不超過物料總量的10%，其卸車效率約為300～500t/h。

2．5 門式抓斗吊

門式抓斗吊設備主要結(jié)構組成有龍門架結(jié)構、抓斗、司機室、驅(qū)動裝置、鋼絲繩等附件組成。

工作原理是門式抓斗吊控制系統(tǒng)控制鋼絲繩牽引抓斗進行張開及閉合動作，完成物料的抓取，然后，起吊抓斗，門式抓斗吊在走行軌道上運行到卸料場地，再控制抓斗張開，卸下物料。門式抓斗吊卸車能力一般為200～250t/h。

設備如圖11所示。

2．6 底開門自卸車

底開門自卸車是一種鐵路運輸散料貨物的專用敞車，卸車效率比較高，卸車時打開自卸車的底部門，物料漏出，卸車過程中列車無須停車，可以一邊行走一邊卸車，卸車線下方安裝卸料坑及坑下皮帶機，將物料轉(zhuǎn)運至料場。

自卸車根據(jù)底開門結(jié)構形式不同，分為漏斗式底開門和平底底開門兩種類型。

圖11 門式抓斗吊

圖12 底開門自卸車示意圖

底開門自卸車卸車特點：（1）卸車效率比較高，自身完成卸車作業(yè)無須其他卸車設備，卸車比較干凈，殘余物料比較少。但對于含水量比較高的物料，卸車中會有物料黏結(jié)在車廂內(nèi)壁上，還需要進行清理，另外，自卸車底開門需要人工進行開啟和關閉；（2）自卸車車輛投資成本高，物料適應性一般，是鐵路專用線，車輛使用率低。

表1 卸車設備卸車效率及投資比較

表2 卸車設備其他性能綜合比較

自卸車布置形式根據(jù)卸車線軌面是否高出地面，分為兩種。卸車線長度根據(jù)計劃的卸車量進行針對性設計。

3 結(jié)語

對以上不同的卸車設備卸車方式的單獨分析，可橫向比較出其各自的優(yōu)缺點，綜合比較見表1、2。根據(jù)各卸車設備的優(yōu)缺點、經(jīng)濟性、適應性及現(xiàn)場條件選擇合適的卸車設備。