重车调车机牵引力研究

陈义国，刘 青，杜 君，朱昌进

（武汉电力设备厂，湖北 武汉 430061）

0 引言

翻车机是一种大型、高效的机械化卸车设备，广泛用于冶金、火力发电、化工及港口等工业部门。重车调车机作为翻车机系统的重要组成部分，其主要作用是将载满散货的重车牵引至翻车机本体中，以供翻车机翻卸，并将翻卸完毕的空车推出翻车机本体。对翻车机系统而言，重车调车机设计是否合理决定了翻车机系统的综合翻卸效率。重车调车机设计是否合理取决于其牵引阻力的计算是否与实际工况相符。

然而，关于重调机牵引阻力的算法多种多样，可以依据根据TB/T1407-1998《列车牵引计算规程》中“2.4.2滚动轴承货车起动单位阻力取3.5N/kN”，“2.4.3滑动轴承货车起动单位阻力取5N/kN”来计算，也可以根据《起重机设计手册》第三章运行机构中的第二节《电动及液压轨行式运行机构计算》来进行计算。但是，在利用这些计算所得到的牵引阻力都不尽相同。牵引阻力的不确定，也给重车调车机的驱动功率的选型造成了很大的困难。姜世平[3]通过对超长重载列车调车机系统主要参数进行分析计算，为电机功率选型提供了理论依据。

本研究对蒲圻电厂翻车机系统重车调车机的牵引阻力进行了动态实时测试，并将其与设计选型对比，验证设计是否满足实际工况，为今后重车调车机驱动功率的选型提供实验依据。

1 重车调车机牵引阻力试验

1.1 试验方法

设计制作牵引杆，如图1所示。在牵引杆上布置轴向应变式传感器，制作方法如下。焊接拉压应变传感器弹性元件（见图1焊接感应片区域）；弹性元件上粘贴两组90°应变花（布片方式见图2应变花A～D）。

图1 牵引杆Fig.1 Traction rod

图2 牵引杆应变片布片示意图Fig.2 Sketch map of strain gauge of traction rod

将应变花A、C及应变花B、D分别组成两组测量桥，两组组桥形式相同，现场测量时用应变花A、C组（布于水平轴线平面与测试管外壁交线中点处），另一组备用，电桥接法见图3及图4。

图3 应变片电桥接法及仪器配套连接Fig.3 Connection of strain gauge bridgeand associated instrument

图4 牵引杆布片现场照片Fig.4 Field photo of traction rod arrangement

翻车机翻卸现场，将牵引杆挂在重车调车机和一列重煤车之间（见图5），并把传感元件与信号测试设备连接。信号测试设备：①应变片，R=120Ω，k=2.13；②直流应变放大器，用于应变式传感器信号调理；③动态信号分析系统，用于传感器调理信号采集、处理。

图5 牵引杆现场连接照片Fig.5 Field connection photos of traction rod

1.2 现场测试工况项目内容

重车调车机将一列19节重煤车从远处向翻车机方向牵引，启动至稳定速度0.7 m/s(a=0.14 m/s2)。由动态信号分析系统负责采集重车调车机运行过程中传感器调理信号。测试用重车调车机参数：

（1）传动方式：齿轮齿条,4个传动单元；

（2）调速方式为变频调速；

（3）电机型号为YZP315M-10，75 kW，600 r/min,IP54 F级；

（4）减速机速比i=18。

1.3 数据处理计算方法

在数据图中标出有以下类型的各采样点Pi；相对于P0状态跳变波形的峰值采样点；相对于P0状态波形的峰值采样点；相对于P0状态有显著幅值变化波形的峰值采集点；稳定延续状态中指定的随机值采集点。

其中，P0点是在测试工况准备完成后至牵引启动开始之前进入采集状态阶段中的指定随机采样点。Pi为测试曲线中相对于采样起始点P0有显著特征（如跳变、稳定状态中的显著偏离波形等）或显著变化幅值的采样点。

测试应变、牵引力（轴力）计算见表1。

表1 数据计算中引用参数Tab.1 Reference parameters in data calculation

应变测量桥采用全桥接法，各采样点Pi相对于P0点应变示值=A（Vpi-Vp0）=2(1+μ)ε(k/ky)各采样点Pi相对于P0点轴向应变

ε=[A(Vpi-Vp0)ky]/[2(1+μ)k]

牵引杆应变片布片区（测试管）各采样点相对于P0点牵引力

式中：Vp0为采样点P0的采样电压；Vpi为样点Pi的采样电压；ε为点Pi相对于P0点轴向应变；F为样点相对于P0点牵引力。

1.4 确定应变标定系数

应变标定系数见图6及表2。

图6 标定数据图（单位：mV）Fig.6 Calibrated data graph（unit:mV）

表2 标定值对应关系表Tab.2 Corresponding relation table of calibration values

1.5 牵引测试

重车调车机将一列19节重煤车从远处向翻车机方向牵引，启动至稳定速度0.7 m/s(a=0.14m/s2)。共测试4次，测试数据见图7～10，对应数据表见表3～6。

图7 第一次测试数据图（单位：mV）Fig.7 T he first test data graph（unit：mV）

表3 第一次测试数据表Tab.3 The first test data

图8 第二次测试数据图（单位：mV）Fig.8 The second test data graph（unit：mV）

表4 第二次测试数据表Tab.4 The second test data

图9 第三次测试数据图（单位：mV）Fig.9 The third test data graph（unit：mV）

表5 第三次测试数据表Tab.5 The third test data

图10 第四次测试数据图（单位：mV）Fig.10 The fourth test data graph（unit:mV）

表6 第四次测试数据表Table 6The fourth test data

1.6 数据分析

将测试数据中加速峰值牵引力和匀速牵引力提取出来，形成表7。由表7可知，重车调车机在牵引19节重煤车时，加速峰值牵引力为673.34 kN，匀速牵引力为119.79 kN。

表7 拉力峰值（单位：k N）Tab.7 Peak traction force（unit：k N）

2 重车调车机牵引力计算

重车调车机传动装置参数见表8。

表8 重车调车机传动装置参数表Tab.8 Data of transmission device of side arm charger

在带负载启动工况下，传动装置最大输出力计算：单台电机额定输出转矩T1=9 550×P/n=1 193.75 N·m；电机堵转转矩T2=1.5×T1=1 790.625 N·m。通过减速机减速后，减速机输出轴堵转转矩为

T3=i×T2=32 231.25 N·m=32.231 25 kN·m

通过输出齿轮后，输出力为F1=2×T3/D=195.34 kN。

4台传动装置的总出力为F′=4×F1=781.36 kN。

考虑电机与减速机的齿轮联轴器，减速机以及小齿轮与地面齿条之间的传动效率后，传动装置的净出力为 F输出=F′×η1×η2×η3，式中：η1为电机与减速机之间的效率,取η1=0.99；η2为减速机传动效率，取η2=0.955；η3为小齿轮和齿条之间的效率,取η3=0.95。

则传动装置在带负载启动时，最大输出力为

Fmax=781.36×0.99×0.955×0.95=701.8 kN，同理可得，传动装置额定输出力为F0=467.8 kN。

3 对比分析

通过重车调车机牵引阻力试验，得到在实际工况中，即重车调车机在牵引19节重煤车时，加速峰值牵引力为673.34 kN，匀速牵引力为119.79 kN。

通过重车调车机牵引力计算，得到在传动装置带负载启动时，可提供的最大输出力，即牵引力为701.8 kN，大于实际工况下加速峰值牵引力。在额定功率下，可提供的输出力为467.8 kN，大于实际工况下匀速牵引力。对比可知，本翻车机系统中重车调车机的电机功率选型满足实际工况需要。

4 结论

本文通过对蒲圻电厂翻车机系统重车调车机的牵引阻力进行了动态实时测试，得出实际工况下的牵引阻力，并将其与设计选型对比，验证了本项目中重车调车机的传动装置设计可以满足实际工况需要，同时为今后重车调车机驱动功率的选型提供了强有力的实验依据。

[1] 王厂.重载列车拨车机牵引载荷的仿真计算[D].大连：大连交通大学，2015.WANG Chang.Dynamical simulation and dynamic parameter analysis for traction vehicle of heavy freight car[D].Dalian：Dalian Jiaotong University,2015.

[2] 文本建,李晶晶.重车调车机牵引力分析[J].起重运输机械,2010(4)：27-29.WEN Benjian,LI Jingjing.Traction force analysis of heavy truck shunting machine[J].Hoisting and Conveying Machinery,2010(4)：27-29.

[3] 姜世平,张虹源,胡泊.拨车机驱动功率计算模型与牵引臂有限元强度分析[J].起重运输机械,2010(2)：10-13.JIANG Shiping,ZHANG Hongyuan,HU Bo.Drive power calculation model of tractor driver and finite element strength analysis of traction arm[J].Hoisting and Conveying Machinery,2010(2)：10-13.