MSV60型凹體雙頭運輸車研制

張 楊，劉培勇，杜寶鳳

（秦皇島天業通聯重工科技有限公司，河北 秦皇島 066004；河北省重型裝備工程技術研究中心，河北 秦皇島 066004）

成自高鐵是中國四川省境內一條連接成都市與自貢市的高速鐵路，是《中長期鐵路網規劃》中“八縱八橫”高速鐵路主通道之一“京昆通道”的重要組成部分，為四川歷史上第一條時速350 km的高速鐵路。

錦繡隧道為成自高鐵關鍵節點工程，秦皇島天業通聯重工科技有限公司針對錦繡隧道施工特點研制MSV60型凹體雙頭運輸車，滿足了施工單位對于箱涵、管片的運輸要求，實現了與盾構機的箱涵、管片卸載系統的完美銜接，解決了箱涵、管片從洞外中轉場地到盾構機的隧道施工問題。

1 MSV60型凹體雙頭運輸車主要結構

MSV60型凹體雙頭運輸車采用低高度液壓驅動凹形平板運輸車輛型式。運輸車由動力系統、行駛系統、車架、轉向系統、懸掛系統、液壓系統、電氣系統等組成。輪軸為獨立懸架結構，配385/65R22.5輪胎與11.75-22.5鋼圈，通過轉向油缸實現整車轉向。外形結構圖如圖1所示，主要技術參數如表1所示。

圖1 MSV60型凹體雙頭運輸車外形結構（單位：mm）

表1 主要技術參數

表1（續）

1.1 動力系統設計

動力系統是運輸車心臟部分，是運輸車動力的來源。發動機的機械能轉化為液壓系統的壓力能，通過液壓閥的控制、液壓管路的傳輸到達各個執行機構實現所要的動作：行星減速機轉動帶動驅動橋行走、懸掛油缸的伸縮，進而實現運輸車升降、轉向油缸的伸縮進而實現運輸車的轉向，對于不同的執行系統，對應著不同的液壓動力源。

MSV60型凹體雙頭運輸車滿載質量（85 t）是空載質量（25 t）的3.4倍，空載最大運行速度（15 km/h）是滿載最大運行速度（10 km/h）的1.5倍，所以滿載運行的功率明顯大于空載運行速度。動力系統功率計算時，只需計算滿載工況。

運輸車運行阻力由滾動阻力、坡度阻力、風阻力等組成。由于本車速度較低，風阻力忽略，不予計算[1-2]。

1.1.1 運行阻力計算

滾動阻力為：

坡度阻力為：

式（1）（2）中：m為運輸車滿載質量，取85 t；g為重力加速度，取9.81 m/s2；f為滾動阻力系數，取0.025；α為縱向爬坡能力，取8%。

1.1.2 運行功率計算

重載平路運行功率為：

重載坡度運行功率為：

式（3）（4）中：V1為運輸車滿載速度，取10 km/h；V2為運輸車坡道速度，取5 km/h。

1.1.3 運輸車需求功率計算

運輸車需求功率為：

式（5）中：μ為機械液壓系統效率，取0.75；β為功率放大系數，取1.25。

運輸車實際選用發動機為玉柴YC6L330-50，額定功率為243 kW，大于運輸車的需求功率（203 kW），滿足使用要求。

1.2 行駛系統設計

1.2.1 制動輪組

制動輪組選用成熟的標準產品，輪組部分包括輪轂、制動器、制動氣室、制動調整臂等部件。車輪是單輪式的，車輪通過螺母旋緊在輪轂螺栓上。

每個制動輪組上裝有2只制動器。制動器上的制動蹄片由凸輪擴張，回動彈簧復位。當壓縮空氣通入制動氣室后，其推桿將推動調節臂轉過一個角度，從而也使連接于其上的凸輪轉過一個角度，使蹄片外張而剎住制動鼓，于是，車輪停止轉動，結構如圖2所示。

圖2 制動輪軸

1.2.2 驅動輪組

采用靜液壓驅動，由驅動平衡臂和液壓馬達減速器組成，液壓驅動馬達采用獨立控制模式，當其中某個輪組懸空時，可以把懸空馬達排量歸零，有效地防止了驅動輪組打滑現象。

控制驅動液壓系統為閉式系統，由液壓控制閥控制進入馬達的流量與壓力，高壓液壓油驅動馬達減速器組合轉動，從而帶動輪胎轉動，驅動運輸車前行或者后退。

1.3 車架設計

車架鋼結構由2個端梁+中間主梁通過連接銷軸和螺栓組裝而成。端梁和中間梁分別由Q355B高強板焊接而成。裝載重量通過管片支撐座的傳遞將負載施加于車上。端梁及中間梁的主梁為整體的箱型梁，是主要承載結構。為了最大限度地將載荷分布到兩側的行走系統上，端梁及中間梁承載重物處分布有非常穩定的橫梁。同時車架結構具有非常好的抗彎、抗扭的能力，可保證整車的穩定性。車架結構如圖3所示。

圖3 車架結構

1.4 轉向系統設計

轉向系統的工作過程是通過轉向油缸的伸縮促使驅從動輪組的轉動。轉向編碼器把轉向角度反饋到控制器，控制器驅動轉向油缸伸縮，從而實現輪組的轉向。此結構的優點是轉向平穩，結構緊湊，轉向角度能達到±20°，可以保證管片運輸車在隧道內轉向要求，轉向結構如圖4所示。

圖4 轉向結構圖

運輸車可以直行（前進、后退），同時具有±20°半八字、八字轉向模式與斜行模式。

1.5 懸掛系統設計

懸掛主要由懸掛架、懸掛油缸和平衡臂組成，懸掛架與平衡臂之間有懸掛油缸支撐，懸掛油缸伸縮可使整車有±100 mm的高度調節范圍。懸掛架通過法蘭和螺栓與回轉支承聯接，再通過回轉支承將支撐力傳遞到車架，結構如圖5所示。

圖5 懸掛系統結構

這種懸掛結構有以下3點效能：①實現整車三點或者四點支承，使每個輪組受力基本相同；②可調整運輸車的高度，具備更高的行駛通過性；③可單獨提起某個輪胎，便于維修和更換輪胎。

懸掛系統是連接車轎與車架的重要部分，可以使運輸車的載荷通過全車的每一副懸掛均勻地分配到各個承重輪胎上。所以說運輸車的懸掛系統是最主要的承載部分，也是整車中相對安全性要求最高的部分。當然懸掛系統也肩負著平臺升降的使命，通過懸掛油缸的同步伸縮，可以使運輸車平臺平穩地上升或下降到指定的高度[1-2]。

1.6 液壓系統設計

運輸車驅動的動力來源于液壓系統，當駕駛室輸出一個前進（或后退）信號時，控制驅動泵電磁鐵得電（未得電時驅動泵斜盤無擺角，泵無輸出），使驅動泵的斜盤到某一擺角，擺角大小與駕駛室油門大小成正比。此時驅動泵根據斜盤的擺角輸出一定流量的壓力油，壓力油到達驅動馬達，當車輛起步時驅動馬達的斜盤擺角最大，此時運輸車驅動力較大，車速較低。在運輸車加速過程中，馬達斜盤擺角在電控系統的控制下逐漸減小，車速逐漸加快。當車速到達需要數值時（驅動馬達內置速度傳感器時時檢測），馬達斜盤擺角不再變化，此時運輸車勻速前進[3]。

在運輸車行走的過程中，單獨的齒輪泵會從液壓系統回油側抽出一定量的液壓油，此部分液壓油用于系統的散熱。與此同時，外置補油齒輪泵提供壓力油，通過補油過濾器后進入到驅動系統回油側，避免驅動系統吸空。

1.7 電氣系統設計

電氣系統主要由車電系統和微電系統2部分組成。車電系統主要由供電系統、車電控制系統、空調系統組成。微電系統由發動機控制系統、液壓控制系統等組成。

1.7.1 車電系統

車電系統由發動機、蓄電池、照明燈、維修燈、空調、駕駛室供電等組成。照明燈即司機室組合照明燈，其功能分別為照明、轉向、剎車。

1.7.2 微電系統

微電控系統采用基于CAN總線的分布式控制，選用工程車輛專用控制器，具有CAN總線接口，降低了電控部分的復雜性，控制器防護等級達到IP65，可用在振動、潮濕等工作環境，可靠性極高。

控制系統不但對全車動作發布操作指令，而且可實時監控操作過程。在發生誤操作時顯示屏會給出警示和報警提示。駕駛室內顯示屏采用CAN總線顯示器，可顯示升降的壓力、高度，柴油發動機的運作參數（如水溫、油壓、油位、柴油機轉速）和整車的運行參數（如驅動、提升和轉向系統內的工作壓力、轉向角度、所選擇了的轉向模式、車身高度），由于整合了診斷故障系統，可用以找出故障[3]。

2 MSV60型凹體雙頭運輸車的技術特點

MSV60型凹體雙頭運輸車的技術特點如下：①整車采用凹體型設計，車架由2個端梁+中間主梁通過連接銷軸和螺栓組裝而成；②雙駕駛室布置，每個駕駛室都可以實現對于整車的完全控制，在隧道內運行時，不需要調頭就可以實現往返運輸；③液壓懸掛路面補償系統，實現了車輛在行駛中，遇凸凹或傾斜路面時各懸掛自動伸縮補償，使各懸掛承載基本相等；④整車同步升降功能，可以在卸載貨物時進一步降低整車高度，為隧道內卸載貨物預留充足的安全空間；⑤在電氣系統的精準控制下，運輸車具有防止車輪超速（或稱打滑）功能，滿足隧道內外凹凸不平路面的行駛要求；⑥發動機采用國五排放標準的玉柴發動機，充分考慮了隧道內施工排風不暢的客觀條件。

3 MSV60型凹體雙頭運輸車的安全性設計

MSV60型凹體雙頭運輸車屬于隧道內施工特種運輸裝備，其安全性能至關重要，也是特種運輸車輛研制工作的關鍵技術，主要體現在硬件和軟件2個大的方面，具體如下。

運輸車配置了安全有效的制動系統，包括行車制動、駐車制動與緊急制動3種制動模式。行車制動主要通過壓縮空氣驅動鼓式制動器實現，負責整車行駛過程中的制動以及坡道上的短暫停車；駐車制動采用的是行星減速機的多片式常閉制動器，當打開駐車制動按鈕或者車輛發生故障時，制動液壓油管內液壓油失壓，制動器起作用，整車停止運動；駕駛室與車輛四周共布置有4處緊急制動按鈕，當車輛在發生緊急狀況時，按下任一緊急制動按鈕，車輛的行車制動系統與駐車制動系統將同時觸發，車輛將在最短的時間內停止運動，保證車輛與人員安全。

運輸車安裝了防撞系統。在運輸車進入盾構機后配套的狹窄空間時，打開防撞系統，系統將實時監測車輛與周邊障礙物的距離。當車輛與障礙物達到警示距離設定值時，駕駛室內警報器將響起，提醒司機注意四周障礙物；當車輛與障礙物達到危險距離設定值時，整車將停止運行，打開復位按鈕并把車輛挪出危險距離后，車輛方可正常運行。

每個駕駛室內均布置有后視攝像頭顯示器，以便司機正向駕駛時可以隨時注意到后方可能出現的任何危險；當車輛需要倒車調整姿態時，在安全的前提下減少指揮人員配置。

駕駛室內配備防瞌睡按鈕，防止司機在隧道內運輸時因疲勞產生瞌睡現象而發生安全生產事故。

4 結束語

MSV60型凹體雙頭運輸車于2021年10月運達四川省成都市內錦繡隧道施工現場，完成調試交付客戶使用。目前該批運輸車已經投入到錦繡隧道的施工中，施工作業過程可靠、穩定，施工單位給予了高度評價。該設備的成功研制推動了中國隧道施工裝備技術的快速發展，該產品具有較大的市場潛力。