翻車機C70E(H)-A 敞車適應性改造研究與應用

鄭文俊　紀東升　張玉軍　孫興東　劉永忠　倪青松

摘要：本論述針對 C70E（H）-A 敞車容積增大、高度提升，國內最大載重110 t 的單車翻車機不適合對 C70E（H）-A 敞車的翻卸作業需求的問題，通過研究 C70E（H）-A 敞車結構改造中的通過性及壓車機構安全可靠壓緊敞車的技術難題，深入分析翻車機壓車機構的結構形式和壓車梁的壓車力學結構，比較分析翻車機壓車梁上耐磨橡膠板與 C70E（H）-A 敞車上側梁接觸寬度和壓車形態，提出壓車梁鉸支座位置改進并將壓車梁上三角形耐磨橡膠板優化為圓弧形的受力結構的方法。運用圖示計算、仿真模擬和工程實驗等方法，對改進后的翻車機經過多項技術匹配性試驗與測試，改進后的翻車機滿足現有60 t 級和70 t 級敞車的翻卸要求，達到 C70E（H）-A 敞車安全翻卸的技術標準，驗證了所用方法、技術合理，結構安全可靠，實現了技術改進的目的。

關鍵詞：翻車機；C70E（H）-A 敞車；安全翻卸；適應性改造

中圖分類號：TB472??????????????????????????? 文獻標志碼：A

0引言

翻車機是一種用來翻卸鐵路敞車散裝物料的大型機電一體化先進機械裝備，由于自動化程度高、翻卸效率高，在我國火力發電廠、煤化工、冶金、洗煤廠及港口等行業被廣泛應用。翻車機類型主要有單車翻車機、雙車翻車機、三車翻車機及四車翻車機。單車翻車機主要裝備在火力發電廠、冶金、洗煤廠，雙車翻車機主要裝備在現代煤化工，三車翻車機及四車翻車機主要裝備在大型港口。目前，單車翻車機在國內保有量相當可觀，在我國經濟發展中發揮了重要作用。

1問題的提出

中國鐵路集團為響應國家經濟建設高質量發展和環境保護的戰略新要求，在全路提升推廣載重70t，比容系數1.26，適合各種不同密度煤炭滿載需求的 C70E（H）-A 敞車；C70E（H）-A 敞車車體高達3443 mm，比目前最高 C70E（ H ）敞車的高度3242 mm 增高了201 mm，由于是第二次高度提升，國內最大載重110 t 的單車翻車機將不適合 C70E（H）-A 敞車的翻卸作業要求，因此，中國鐵路集團要求國內翻車機裝備應用廠家進行技術提升改造，以適應 C70E（H）-A 敞車的安全翻卸作業，滿足鐵路新貨運敞車上路運輸的需要。

目前，國內已經裝備應用的單車翻車機能夠翻卸的鐵路敞車和新貨運敞車的技術參數見表1～表2所列。

根據表1、表2、表3參數分析，C70E（H）- A 敞車和目前適合翻卸的最大載重和最高敞車 C70E（H）最大的區別是車體高度增加了201 mm，其余參數相同。也就是說翻車機的載重滿足 C70E（H）-A 翻卸，需要研究的就是 C70E（H）-A 敞車比目前最高敞車 C70E（H）增高201 mm 后的通過性問題核校和壓車機構能否可靠壓緊敞車的問題，以及幾何中心和載荷中心變化對轉子翻轉的影響等。

2針對改造問題的研究分析

2.1 C70E（H）-A 敞車在翻車機轉子內通過性和旋轉干涉問題研究分析

（1）翻車機軌面距離翻車機轉子開口最高高度為3730 mm，而 C70E（H）-A 敞車的高度為3443 mm，有278 mm 的間距，C70E（H）-A 敞車能夠安全進、出翻車機。

（2）改造后的翻車機部件要在翻車機有效的旋轉范圍內，不得與翻車機基坑干涉。

2.2翻車機壓車機構壓車梁壓車狀態研究分析

翻車機壓車機構是壓車梁沿敞車縱向左右對稱布置的擺臂式結構，每側壓車梁分為2段，每段布置2個壓車油缸，每側4個壓車油缸，兩側共8個壓車油缸，翻車機的液壓系統在工作時，8個油缸同步動作，使兩側壓車梁同時抬起或落下，實現對敞車的壓緊和松開；壓車梁上安裝有耐磨橡膠板，耐磨橡膠板壓在敞車兩邊的上側梁上，壓緊敞車，耐磨橡膠板保護敞車損傷。

翻車機的工作原理是：在壓車梁壓緊敞車兩邊上側梁的同時，還有靠車板靠住敞車的一側，這樣翻車機就像一個“巨”型鉗牢牢抓住敞車，從而實現敞車0°～165°旋轉的安全翻卸。

擺臂式壓車機構是典型的簡支梁杠桿機構，其中，RA =? ，RB = ，結構設計 =1.1，單側壓車梁受力，如圖1所示。

由于敞車載重后減震彈簧被壓縮40 mm，敞車進入翻車機時的高度比空載高度低40 mm，因此，研究壓車梁壓車狀態的敞車高度應該按空載高度減去40mm 為依據，下面以翻車機大壓車梁為對象進行研究。

在翻車機不改造的情況下，用作圖法通過計算機CAD 二維放樣，壓車梁壓住 C70E（H）-A 敞車時，壓車梁與敞車上側梁的水平夾角α較大，此時， 壓車梁上耐磨橡膠板壓住敞車上側梁的寬度約52.68 mm，如圖2所示。

由以上分析可知，在翻車機不改造的情況下，壓車梁與 C70E（H）- A 敞車上側梁的水平夾角α較大，α≈21°。這樣，一方面引起壓車油缸的有效壓車力將減小，另一方面壓車梁上三角形耐磨橡膠板僅能壓住 C70E（H）-A 敞車上側梁全寬的1/3左右，兩個因素的疊加，有壓車梁松壓的可能[1]，對壓車的可靠性產生較大影響，存在很大安全隱患，因此，這兩個問題是改造的關鍵。

3改造問題技術解決方案

擺臂式結構由于結構簡單、廣泛應用于機械的鎖緊、拉緊、漲緊等裝置中。目前單車翻車機的壓車機構普遍采用擺臂式結構，擺臂式壓車機構壓車時壓車梁壓在敞車兩側上側梁的全長上，上側梁受力均勻，對敞車的保護作用好、安全可靠。因此，遵照節約成本、安全可靠的原則，改造技術路線仍然保持擺臂式結構，改造方法應該是合理確定壓車梁的壓車角度、壓車梁絞支座位置，避免采用非機械加工施工，影響翻車機的整體強度和形狀性能[2]，輕質模塊化設計，工廠制造后，現場安裝改造。

3.1壓車機構壓車梁絞支座合適位置的確定

（1）以最高 C70E（H）- A 敞車載重后高度3403 mm 和最低 C62敞車載重后高度2950 mm 的高度差為壓車梁上下擺幅值453mm 為依據，用作圖法，按其中心線在計算機上用 CAD 二維放樣，計算得出其提升距離為： h1=76.5 mm ，如圖3所示。

（2）壓車時，壓車梁的壓車力對敞車減震彈簧也有一個壓縮量，單點標準壓車力≤78 kN[3-4]，取標準最大壓車力的1/2計算壓縮量。

（3）壓車梁的擺臂軸中心線距壓車梁上耐磨橡膠板的高度為：h3=167 mm ，如圖3所示。所以，壓車梁支座需要提升的高度為：

（4）壓車梁絞支座提升225 mm 后，通過計算機 CAD二維放樣，壓車梁壓住最矮車C62時，壓車梁上耐磨橡膠板距離敞車上側梁內側約16.52 mm，如圖4所示，顯然間距較小，壓車梁上防脫鉤有向外摳車的可能，因此，壓車梁絞支座向翻車機中心偏移20mm。

（5）壓車梁絞支座提升225 mm 后，通過計算機 CAD 二維放樣，壓車梁與 C70E（H）- A 敞車上側梁的水平夾角α顯著減小，α≈10°，壓車油缸的有效壓車力接近油缸推力。

（6）在計算機上 CAD 建模模擬不同敞車在壓車時耐磨橡膠板均能接觸敞車上側梁的全寬，將壓車梁上三角形耐磨橡膠板的形狀優化為弧形，如圖4所示。

（7）同步對翻車機靠車板高度提高160 mm，以提高翻卸 C70E（ H ）-A 敞車靠車的接觸面積，如圖5所示。

3.2壓車油缸行程確定和穩定性分析

翻車機壓車梁的最低位置應滿足 C62敞車壓車高度的要求，最大抬起高度應滿足 C70E（H）-A 敞車安全通過，通過 CAD 放樣及綜合考慮，壓車油缸在原來基礎上增長200 mm，油缸活塞桿420 mm 行程仍能滿足壓車需要。由于壓車油缸活塞桿420 mm 行程沒有改變，所以活塞桿承受的壓力應沒有改變，因此油缸活塞桿的穩定性與原來相同。

3.3改造對翻車機靜態和動態載荷的影響分析

（1）改造后的翻車機，只是對壓車梁絞支座加高和壓車油缸加長，零件的總重量增加約360 kg，由于是兩側對稱增加，不產生不平衡力矩，故翻車機靜態穩定性不受影響。

（2）翻車機的幾何中心和載荷中心沒有變化，翻車機驅動電機的負荷也不會造成影響[5]。

3.4改造對翻車機系統工作時序的影響分析

壓車油缸行程與原壓車油缸的行程一致，翻車機翻卸一節敞車的時間與原來保持一致，翻車機系統的作業時序沒有改變， 所以不影響翻車機系統的作業效率。

4改造后的效果

翻車機適應性改造完工后，對翻車機液壓系統的減壓閥、順序閥、蓄能器壓力進行了重新調整[6]，按照翻車機重大技術改造后要進行匹配性檢測的規定，用最高車 C70E（ H）-A 和最矮車 C70敞車對翻車機進行了匹配性檢測[7-9]（C62敞車屬于淘汰車型，車況較差，變形嚴重，不利于試驗）。

通過檢驗用最矮車 C70敞車和最高車 C70E（ H）-A 敞車壓車檢測。

（1）目視檢測，壓車梁上圓弧形耐磨橡膠板能夠壓在兩種檢驗敞車上側梁全寬面上，全長方向能夠均勻接觸，符合規范要求。

（2）翻車機兩種檢驗敞車匹配性檢測的壓車力和內傾彎矩總值數值見表4所列。

（3）根據表4的檢驗數據得出：

①改造后的翻車機能夠壓住適應翻卸敞車上側梁的全寬，符合標準要求。

②改造后的翻車機壓車力為40～74 kN，符合標準值≤78 kN的要求。

③改造后的翻車機內傾彎矩為167～177 kN·m，符合標準值≤235 kN·m 的要求。

④改造后的翻車機適應 C60、C70、C70E、C70E（H）-A 安全翻卸作業要求。

5結論

國內最大載重110 t 擺臂式壓車機構的單車翻車機，通過提高壓車梁鉸支座的位置，并將壓車梁上三角形耐磨橡膠板優化為弧形，既能適應鐵路新投運的加高型 C70E（H）-A 敞車的安全翻卸，也滿足現有60 t級和70 t 級敞車的翻卸要求，檢測和考核運行、安全可靠。此改造方法，輕質模塊化設計、成本低、施工快，為國內同類翻車機適應性改造提供了參考依據。

參考文獻：

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[3] 中華人民共和國鐵道部.鐵路貨車翻車機和散裝貨物解凍庫檢測技術條件：GB/T 18818-2002[S].北京：中國質檢出版社，2003.

[4] 中華人民共和國鐵道部運輸局.鐵路貨車翻車機和散裝貨物解凍庫檢測實施細則.TG/CL 259-2010[S].北京：中國質檢出版社，2010.

[5] 戴浩林，杜勇，杜君，等.翻車機回轉裝置重心分析與研究[J].起重運輸機械，2021（1）：64-68.

[6] 鄭文俊，張玉軍.一種液壓補償回路的便攜式監測裝置及調試、整定方法：CN105840582A[ P].2016-08-10.

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[9] 萬一品，汪子睿，賈潔，等.裝載機動臂結構力學分析與拓撲優化設計[J].機械設計，2021，38（12）：25-30.