移动铁路装卸油挂车的鹤管操纵机构设计分析

张新智 刘军(等)

摘 要：介绍了移动铁路卸油挂车火车槽车顶卸鹤管系统的设计与分析，实践证明火车槽车顶卸鹤管的展开和撤收采用液压控制系统自动进行，既减轻了人工的劳动强度，又适应快速抢装抢卸的需要。

关键词：移动铁路装卸油挂车；流体输送鹤管；火车槽车顶卸鹤管；汽车罐车顶装鹤管

前言

移动铁路卸油挂车一种野外装卸油装置，采用流体输送鹤管，用于铁路专用线临时装卸油场所或铁路站台临时装卸油场所，直接从火车槽车卸油输送到汽车油罐中。也可以作为移动泵站输转油料。

1 裝置结构组成

该装置采用单轴双轮挂车式结构，将发动机、油泵、离合器与减速器、管路系统、火车槽车顶卸鹤管、汽车罐车顶装鹤管、鹤管操纵机构、舱体等组成的泵机组鹤管单元，固定在挂车底盘上，可满足公路、铁路、水路的运输要求。装置如图1所示。

图1 装置整体图

图2 鹤管操纵机构结构图 图3 鹤管操纵机构图

2 主要技术参数

2.1 主要技术参数

总质量：2800kg

挂车外形尺寸mm：4500×2250×2700 鹤管单元外形尺寸mm：3200×2250×1900

发动机额定功率：17.5kW 发动机额定转数：2300r/min

油泵额定流量：50m3/h 油泵额定扬程：40m（H2O）

油泵额定转速：1000r/min

2.2 作业条件

挂车路面与火车槽车轨面高度差：-300mm～+500mm

挂车卸油鹤管法兰口到火车槽车罐口中心平行距离：3200mm～4200mm

挂车装油鹤管法兰口到汽车槽车罐口中心平行距离：1600mm～2800mm

3 火车槽车顶卸鹤管设计分析

3.1 火车槽车顶卸鹤管

经过改进的火车槽车顶卸鹤管用于火车敞开式卸车，它主要由接口法兰、支撑臂、水平臂、法兰弯头、回转器及快接垂管组件等零部件组成。通过鹤管液压操纵机构使用时展开，使用结束后折叠固定放置厢顶上，结构简单，作业安全可靠，操作方便、省力。火车槽车顶卸鹤管如图3所示。

3.2 鹤管液压操纵机构

依靠本装置发动机的动力和减速器的传动，带动液压泵驱动整个液压控制系统，组成该挂车的鹤管操纵机构。该机构主要由液压泵、液压油缸、油箱、液压控制阀、管路系统等组成。其主要工作元器件为操纵鹤管沿回转器转动的三个液压油缸（如图3所示）。在工作过程中，整套鹤管机构垂直方向的运动依靠液压控制系统完成。系统先驱动整套鹤管机构从水平放置状态运动到垂直状态，完成举升动作。另外两个油缸的伸缩完成鹤管水平臂的展开动作，通过油缸不同的行程使水平臂之间及水平臂与垂直支撑臂之间形成不同的夹角，使连接法兰管口中心到快接垂管中心的距离发生改变，满足不同工况下的工作需要。鹤管机构水平方向的运动依靠人工进行，拉住垂管水平方向用力，整套机构即可沿安装在垂直支撑臂上的回转器在水平方向转动。整个火车槽车顶卸鹤管机构在展开过程中，必须保证连接法兰管口中心到快接垂管中心距离始终保持在一个固定的偏差范围内，确保快速插入到槽车油罐中。鹤管操纵机构图（如图3所示）。

3.3 火车槽车顶卸鹤管操纵机构设计计算

3.3.1 结构及主要技术参数

火车卸油鹤管操纵机构的结构及主要技术参数如图示：

1.垂管；2.水平臂A；3.水平臂B；4.滑轮组；5.钢丝绳；6.支撑臂；7.传扬轮；8.蜗轮；9.蜗杆；10.摇把；11.旋转接头

3.3.2 设计计算

（1）重量计算

a.垂管重量：垂管选用DN100标准铝质鹤管，每米重量为3.73kg.

G1=3.73×3600/1000=13.5kg

b.水平臂A重量：水平臂选用DN100标准钢质鹤管，每米重量为10.85kg.

G2=10.85×2000/1000=21.7kg

c.水平臂B重量：水平臂选用DN100标准钢质鹤管，每米重量为10.85kg.

G3=10.85×1800/1000=19.5kg

d.旋转接头及连结臂重量：

单件DN100旋转接头的重量为G4=5.0kg

连结臂重量G5=10.85×200×2/1000=4.34kg

e.钢丝绳操纵机构及平衡器重量取G6=15.0×2=30kg

（2）钢丝绳最大拉力

钢丝绳最大拉力发生在各力臂最大时，即水平臂处于水平状态：

此时，Fmax2=F12+F22

F1=[（G1+G4+2G5）×L1+G2×L2+G3×L3+（2G4+2G5）×L4+G6×L6]/L=[（13.5+5+8.68）×（2.0+1.8+0.8）+21.7×（1.0+1.8+0.6）+19.5×（0.9+0.2）+（10+8.68）×（1.8+0.4）+30×2.2]/（1.8+0.4）=148.8kg

F2=F1×（1.8+0.4）/0.3=1091.2kg

Fmax=1101.3kg

（3）蜗轮上的圆周力

Fwn=Fmax dzy/dwn=1101.3×50/100=550.65kg

蜗轮上的转矩：

0Twn=Fwn×dwn/2=550.65×200/2=55.065kg.m

（4）蜗杆上的转矩

对蜗轮蜗杆传动机构，取η=0.75

Twg=Twn/iη=Twn/（40×0.45）=55.065/（40×0.75）=1.84kg.m

蜗杆上的圆周力：

Fwg=2Twg/dwg=2×1.84×1000/50=73.6kg

（5）摇把上的作用力

FR=Fwg dwg/dR=73.6×25/250=7.36kg

整个系统摩擦系数0.7，则F=7.36/0.7=10.5kg。该鹤管操纵机构可人力操作。

4 密封试验

将管路系统充满油料并加压至1.0MPa，保压5min，检查火车槽车顶卸鹤管和管路系统有无渗漏。

5 结束语

采用流体输送鹤管，液压举升装置自动完成其展开和撤收作业，机动灵活、自动化程度高、展开撤收速度快、使用简单、需要的操作人员少，采用可移动式挂车单元，满足灵活机动的要求。鹤管系统的展开和撤收采用液压控制系统自动进行，既减轻了人工的劳动强度，又适应快速抢装抢卸的需要。展开时间不超过8分钟，装满一辆汽车罐车的时间不超过7分钟，卸完一列火车槽车时间不超过0.5小时。

参考文献

[1]机械设计手册编委会.机械设计手册（第三版）[M].北京：机械工业出版社，2004.

[2]陆敏恂，李万莉.流体力学与液压传动[M].上海：同济大学出版社，2006.