铁路敞车散料卸车工艺比选与分析

2020-11-25张道于刘克强赵昆

中国设备工程 2020年22期

张道于，刘克强，赵昆

（中车青岛四方车辆研究所有限公司，山东青岛 266031）

1 概述

铁路货场中常见的散料货物有矿石、煤炭等，散料运输在铁路货运中占有很大比例。目前，国内极少采用人工卸车方式，基本绝大部分货运场站采用机械化设备进行卸车作业。国内常见的机械化铁路敞车卸车设备主要有翻车机、螺旋卸车机、链斗式卸车机、垂直螺旋卸车机、门式抓斗吊以及底开门自卸车等。本文针对常见的这些卸车设备进行具体卸车工艺分析，对其卸车能力、现场环境以及经济性进行比较，根据其各自优缺点，选择合适的卸车方式。

2 卸车设备

2．1 翻车机

翻车机设备目前广泛应用于煤炭、港口、化工、电力等行业，是一种自动化程度非常高的大型卸车设备。根据站场现场铁路线路的具体规划条件，翻车机作业方式分为两种，贯通式和折返式。

2．1．1 翻车机布置形式

（1）贯通式布置。贯通式布置形式是满载敞车重车线和空车线轨道线重合，分别位于翻车机房两侧，重车线上重车调车机牵引满载敞车到达翻车机作业区域，翻车机旋转进行卸车，卸车后的空车再由重车调车机推送至空车线，布置型式如图1所示。

图1 贯通式布置示意图

（2）折返式布置。重车调车机牵引满载敞车到达翻车机作业区域，翻车机旋转进行卸车，卸车后，重车调车机推送空车到迁车台，空车在迁车台上被转移至空车线，布置型式如图2所示。

折返式布置相比贯通式，具有占地少、经济性高的特点，应用比较广泛。工艺作业流程如下：牵引满载敞车到达翻车机工作范围区域，重车调车机牵引敞车到翻车机翻转平台，翻车机翻卸车辆，物料从敞车里倾泻到缓冲仓，经缓冲仓下的活化给料机进入皮带输送机，经皮带输送机转运至料场。

图2 折返式布置示意图

重车调车机将空车推进迁车台，迁车台横向移动与空车线对位定位，空车调车机将空车皮推送到空车线进行集结。

2．1．2 翻车机设备结构形式

翻车机系统组成设备主要有翻车机本体、迁车台、重车调车机、夹轮器、空车调车机及其他附属设备等。常见翻车机本体结构形式主要有C型和O型两种，目前，应用最广泛的是C型翻车机。

C型翻车机主要设备组成有液压压车装置、C型端环转盘、端环驱动装置、停车平台和其他附属设备等。

图3 O型翻车机

图4 C型翻车机

2．1．3 翻车机效率

按照每次翻卸敞车车辆的数量不同，翻车机分为单翻、双翻、三翻和四翻翻车机。其中，单车翻车机和双车翻车机相对造价低，使用最广泛。

（1）单车翻车机。单车翻车机的主要技术参数如下：结构形式：“C”型；卸车能力：20～25节/h（折反式布置）；适用车型：C60、C70、C80等系列车型；翻车机驱动功率：2×45kW；参照《火力发电厂设计技术规程》相关内容，按照常见C70敞车单节载重70t，平均翻卸能力22～25节/h，日最大利用率取45.8%，年平均利用率取40%，计算单台翻车机系统日最大卸煤能力：70（t/节）×25（节/h）×24h×45.8%=19236（t）；年最大卸煤量为：70（t/节）×25（节/h）×24h×40%×365=613.2（万t）。

（2）双车翻车机。双车翻车机主要技术参数：结构形式：“C”型；卸车能力：32～36节/h（折反式布置）；翻车机驱动功率：2×90kW；计算分析方法同单车翻车机，双车翻车机系统日最大卸煤能力为：70（t/h）×36（节/h）×24h×45.8%=27699（t）；年最大卸煤量为：70（t/节）×36（节/h）×24h×40%×365=883（万t）。

（3）三车翻车机。三车翻车机主要技术参数：结构形式：“O”；卸车能力：3×30节/h（贯通式布置）；翻车机驱动功率：2×112kW；按通用C80车辆载重80t计算，贯通式三车翻车机系统日最大卸煤能力计算为：90（节/h）×80（t/节）×24h×45.8%=79142.4(t)；对应的年卸煤量为：90（节/h）×80（t/节）×24h×40%×365=2522.88万（t）。

2．2 螺旋卸车机

2．2．1 主要类型

根据大梁结构的区别，螺旋卸车机有两种类型门式和桥式。按照走行轨距区分，常见的螺旋卸车机轨距有8.0m、13.5m、19.5m等。

螺旋卸车机主要结构螺旋机构，其具有两个旋向相反的叶片。通过螺旋机构的旋转，物料被叶片从敞车侧门推出落到煤坑内。在北方的冬季，经常遇到冻车情况，此时，在卸车作业前，应该先将敞车内的物料冻块进行破碎或者采取措施进行加热解冻。

螺旋卸车机设备示意图如图5、6所示。

图5 桥式螺旋卸车机布置示意图

图6 门式螺旋卸车机示意图

2．2．2 卸车工艺及性能特点

螺旋卸车机卸车原理是在驱动装置作用下将螺旋机构伸进物料中，通过螺旋机构的两个叶片将物料分拨到敞车两侧车门出去。螺旋卸车机卸车系统组成包括螺旋卸车机、卸料坑、坑下皮带机、卸车铁路线、绞车牵引设备等。

卸车系统作业过程：（1）敞车由机车或绞车牵引到位，螺旋卸车机移动到敞车上方，螺旋卸车机螺旋机构下降伸入物料中进行卸料。（2）物料经螺旋机构的两个叶片分拨到敞车两侧车门出去落到卸料坑中，坑下皮带机将物料输送至料场。

工艺布置：螺旋卸车机根据卸车场地实际条件进行布置，根据规划的卸车量设计卸车线的长度以及数量，可以进行单股道、双股道或者多股道卸车。单台螺旋卸车机可以覆盖2～3辆敞车的卸车区域。

卸车线两侧设有卸料坑和坑下皮带机；轨道高出地面约250mm，避免物料落到轨面上。

螺旋卸车机设备特点如下：（1）卸车流量控制比较难、开放式卸车导致粉尘外溢扩散，环境污染比较严重；（2）车底剩有余煤，不能完全卸煤，需要另外进行车底清煤作业；（3）设备结构简单，卸车效率高，设备投资成本低；（4）卸车物料粒度不宜过大，对于粒度小、比较松散的物料比较适合。

2．2．3 卸车效率

螺旋卸车机设备卸车能力一般在200～500t/h，根据散料不同形式的不同配置而略有不同。

2．3 链斗式卸车机

2．3．1 主要类型及卸车工艺特点

链斗卸车机也叫“门式链斗卸车机”，卸车机走行轨道布置在铁路敞车两边，设备主要组成有链斗装置、升降装置、行走装置、机上皮带机、门架结构、电气系统以及操作室等。

链斗卸车机按照横跨火车车厢的数量，分为单跨式、双跨式及多跨式；按照机上皮带机水平输送方向，分为单向和双向两种；按照料斗装置结构型式，分为双排和四排两种类型。

链斗卸车机工作原理如下：链斗卸车机横跨卸车线沿着走行轨道到达第一节满载敞车位置，链斗升降机构将链斗在升降装置作用下伸到敞车内的物料中，链斗循环运转将物料转运到机上皮带机，机上皮带机将物料输送到卸车线一侧的站台料场进行堆料，卸车机沿着卸车线移动，链斗分层取料直到将车厢内的物料全部卸完。

针对松散、粒度较小的物料，链斗卸车机具有良好的卸车效果，如果物料粘度高、水分大则卸车效果比较差。链斗卸车机将物料卸到卸车线两侧的堆场，堆料宽度取决于机上皮带机伸出的长度。链斗卸车机由于链斗结构限制，卸料不完全，对于敞车内残余物料，还需要额外清仓作业，并且敞开式卸料粉尘污染较严重。

图7 单跨式链斗卸车机结构示意图

图8 双跨式链斗卸车机结构示意图

2．3．2 卸车效率

链斗卸车机单机卸车效率通常在300～400t/h，每小时可接卸5～6节敞车。

2．4 垂直螺旋卸车机

2．4．1 设备组成

垂直螺旋卸车机安装布置形式跟链斗卸车机一样，都是横跨卸车线布置，走行轨道布置在卸车线敞车两边。

封闭式垂直螺旋卸车机结构组成主要有垂直螺旋装置、水平螺旋装置、密封导向装置、提升机构、门架等。垂直螺旋机构主要包括集料装置、喂料装置、垂直螺旋输送装置。

封闭式垂直螺旋卸车机运行到第一节满载敞车位置停止，垂直螺旋装置伸入敞车车厢物料中，集料装置旋转收集物料，物料输送给喂料装置，然后，再经垂直螺旋输送装置将物料转送到密封导向装置，再经水平螺旋装置将物料输送到出料口，落入接料皮带机或者直接料场堆料。

图9 垂直螺旋卸车机结构示意图

2．4．2 设备特点

封闭式垂直螺旋卸车机优点如下：（1）火车车厢两侧侧门不用打开，比螺旋卸车机和链斗卸车机节省车厢开门时间。物料可以在卸车线两侧站台堆料，也可以由皮带机接料转运到料场。（2）环保性好，粉尘污染小。料流通道除进料口外其他通道全封闭，最大程度解决粉尘污染问题。（3）卸车设备整体以及轨道基础投资造价比翻车机系统低很多。（4）垂直螺旋卸车机可以实现全程无人自动化进行卸车作业，定位系统完成车辆位置定位，由PLC控制系统控制完成卸车。

封闭式垂直螺旋卸车机缺点如下：（1）集料装置外形是圆形，作业过程中敞车车厢四角会残余物料，无法全部清除物料。螺旋卸车机和链斗式卸车机一样存在此问题，如果想全部把物料清理干净，则需另外再单独配置一台清车机专门进行清理余料。（2）受集料装置限制，垂直垂直螺旋卸车机无法对粒度超过200mm的大块物料进行卸车。