三翻翻车机的设计及应用

王浩洋+苏伟+刘震

摘 要：翻车机是一种大型的、高效率的卸载装有散料的铁路敞车的专业设备。与其他卸载敞车机械相比，具有卸载干净、卸载能力强、卸载效率高、自动化程度高等特点，能够显著节省劳动力。结合工厂常用敞车的标准要求，设计了三翻翻车机，并运用转子式“O”型翻车机设计理念对三翻翻车机的转子钢结构、压车机构、靠车机构、托滚组件、传动装置、缓冲装置进行了机构运动分析和结构设计。

关键词：三翻翻车机；压车；靠车；托滚组件

中图分类号：U294.27 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.10.104

目前，宣钢炼铁厂主要靠翻车机实现装有散料的铁路敞车卸载，通过高效、连续的卸载设备翻卸火车敞车所装载的物料。与其他卸载敞车机械相比，翻车机具有效率高、环保的特点，能够显著降低企业的劳动力成本。大型三车翻车机单车载重100 t，额定翻转角度165°，最大翻转角度180°，翻车效率可达30次/h。翻车机的自动化程度高，能够在很大程度上改善工人的劳动条件，大幅度降低企业的运行成本。本文以驱动功率小、翻卸效率高、卸载速度快的转子式翻车机为研究对象设计三翻翻车机。

1 三翻翻车机的拟解决问题

考虑到翻车机的恶劣工况，为满足其功能要求并达到延长其使用寿命的目的，需要考虑以下几个问题：①由于翻车机周围存在大量粉尘，因此应充分考虑动力系统的防尘问题。我们可以在现有的结构上建立综合防尘密封系统。②在翻转卸料的过程中，翻车机的质心位置在不停地改变，与旋转中心不重合，从而产生交变的冲击载荷。此时，应考虑主体钢结构受交变应力的影响程度。③翻车机与三辆火车的质量很大，需要考虑其惯性给制动带来的困难。为此，我们需要设计可靠的缓冲装置。④要想保证火车在翻转过程中可靠定位，就需要设计可靠的压车与靠车机构。⑤当火车进入翻车机平台时，由于摩擦力会对翻车机产生反向作用力，因此需要考虑翻车机的轴向移动问题。⑥设计时，需满足在火车不摘钩的情况下，完成翻车卸料与火车复位的工作循环的要求。通常，翻车卸料时的倾斜角应在165°左右。角度越大，卸料越彻底。

2 三翻翻车机的总体方案设计

三翻翻车机由2个全箱型端环和3个全箱型梁组成框架型转子钢结构，在各梁与端环相交的部分均采用了变截面的设计，各梁之间均采用联系环固定，用于将各梁连成一体；在平台的两侧分别伸出侧梁，用于连接压车梁油缸并支撑靠板，具有刚性好、应力值低等优点。采用平台两侧伸出支架用于压车的布置，可降低钢结构的应力值，并且便于维护。

翻车机左右两侧并不完全对称。在靠车板的一侧，梁与靠车板均采用箱型体结构，以保证翻车机的刚度；只有压车机构的一侧，梁采用桁架结构，以减轻翻车机的整体质量。布置压车缸时采用箱型体结构。上述设计方式具有以下优点：①向固定支撑靠拢。将端环断面“工”字型结构改为箱型结构；去掉配重梁，将配重块直接配到环上；将三大梁自由变形改为三大梁用两个辅助环捆为一体，形成一个刚度很大的整体梁共同变形，大幅增加螺栓数量，增大接触面积。②端环和几大梁的联结螺栓数量大幅增加，其中，增加幅度最大的螺栓数量是原来的6倍。螺栓沿着几大梁的轴线方向拉开布置，环梁联结处的端环内圈设计成箱型，使联结点向固定支撑的力学模型转变，防止端环联结板和大梁在该处变形，达到固定联结效果。③大梁全部改型。三大梁全部由栓接改为焊接，保证结构更加可靠，减少了维护工作量。各梁的断面普遍增大，使其抵抗变形能力大为增强。

通过对整体布局的改动，梁与环联结点以及环本身的变形大为减小，再加上环联结处安装有变箱型装置，抵抗因固定联结产生弯矩的能力很强，因此，环无法产生塑性变形。

3 三翻翻车机其他零部件的设计

本文设计的靠车机构采用两个支撑靠板的轮子将靠车板支撑在翻车机的平台上。靠车机构的油缸布置在侧梁上，靠板采用凹槽结构，以解决电磁脉冲的布置问题；压车梁穿过靠板，以保证靠板具有足够的宽度，且靠板支架作用于平台，受力合理。在靠车油缸上装设位移传感器，通过位置与液压阀件的控制实现各靠车油缸区域联动，从而解决靠板同步的问题。

压车机构由压车梁、支座及主动元件组成，并且采用上下移动式。驱动采用双驱动的动力系统，分别在两个端环的同一侧安装电动机和换向减速器组，利用小齿轮驱动端环上的齿条，从而实现翻车机的翻转卸料作业。通过驱动系统的刚性同步轴连接，两个驱动系统完全同步，从而消除在翻车机主体内部较大的扭转应力。在翻卸过程中，如果一个驱动系统失效，要求另一个驱动系统能控制住滚筒，从而防止事故的发生，并在短时间内利用单驱动完成翻卸作业。

托滚组件有4个托滚座，每个托滚座上有2个托滚轮，平台及前后梁均为悬臂结构。端部变形量大，与端环根部连接处的弯矩大，因此支撑结构情况恶劣。通过合理选择各部件的材料及尺寸，可以满足受力要求。该结构方案具有结构简单、制造容易、便于安装和维护等优点，同时减轻了装置质量，大大降低了成本。

在三翻翻车机翻卸物料与复位的过程中需要频繁换向。如果单纯依靠电动机的正反转动，会使电机温度上升，严重损害电动机，缩短其使用寿命。因此，应根据变速箱的基本原理设计换向减速器，实现机械换向，以延长动力组的使用寿命。

三车翻车机的转动惯量很大，两端必须要有可靠的缓冲装置。在原位过位时，通过地面挡铁与缓冲器缓冲，当翻车机过翻时，冲击力由托滚组件经安装在端环上的摆杆传到缓冲器上，将翻车机在两端过位时的冲击力缓冲掉。

4 三翻翻车机的设计参数

三翻翻车机具体的设计参数为：①翻车效率高于3×27节/h。②额定翻卸质量为3×85 t，最大翻卸质量3×100 t。③额定翻卸角度为165°，最大翻卸角度为175°。④结构工作级别为重载、低速、繁忙工作制（M8）。⑤金属结构需承受3×106次交变应力，一个完整的周期为1次应力交变。按每日2班，每班8 h，效率54节/h，年工作300 d计算，金属结构的使用寿命为15.43年。

5 三翻翻车机的使用要求

三翻翻车机的使用要求有以下几点：①火车内物料的最大块度不应超过300 mm。②车内不准混装坑木瓦料，以防止卸料口堵塞。③拨车机运送重列车进入车场接近翻车机时，列车行车速度不得超过0.5 m/s，以免撞击进车端阻车器，对阻车器的正常使用造成影响。④经常清洗堆积在翻车机内及设备上的积料，以免阻碍翻车机的运转并便于检查与维修。⑤应经常检查定位装置中的缓冲橡胶和阻车器上的弹簧，确保不会出现煤末堵住的现象。如果出现堵塞现象，应立即清洗或更换。

〔编辑：刘晓芳〕