四翻串联式转子翻车机卸车工艺系统研究

柳玉涛，魏梦娇，陈明玉

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

引言

翻车机是一种机械化的铁路卸车设备，适用于港口和冶金、化工、电力等行业运输量大的散装燃料、原材料和其他散装物料卸车系统中，在国内外已得到了广泛的应用。2004年，国投交通公司拟在曹妃甸建设煤炭下水码头工程，铁路接卸量将达到10 000万t/年，分两期进行建设，卸车系统设备共4台套四翻串联式转子翻车机卸车系统[1]。自从国投曹妃甸港采用第一台四翻翻车机卸车系统以来，国内港口共实施了13台套四翻翻车机卸车系统。四翻翻车机卸车工艺系统自投产后，运行稳定，性能可靠，作为世界上第一台最大能力的铁路卸车设备值得推广和应用。

图1 翻车机

1 研究前提条件

1.1 设计车型

表1 C80旋转钩敞车，专用列车，车型主要尺度

1.2 机车

表2 机车的控制性数据

1.3 列车编组及重量

列车编组重量20 000吨，4个机车牵引200-204辆C80敞车。牵引机车布置方式为2辆机车牵引100-102辆C80车+2辆机车牵引100-102辆C80车。

2 四翻式翻车机卸车工艺系统研究和开发

2.1 四翻式翻车机卸车系统适时应用

翻车机作为专业化煤炭装船码头工程中的核心设备，翻车机机型的选择随着年卸车量不断增加、车型技术不断创新和车列编组变化而实时变化。卸车工艺设计与卸车设备选型关系密切，没有装卸工艺需求也就没有装卸设备，装卸设备应适应并满足装卸工艺要求。

以大秦线为例，早期运行的车型主要为C61、C63和C70等，车辆载重量60～70吨，每台机车牵引50～70节车列（～5 000t）混编非旋转车钩车列，从50节车列，到70节车列整整花了近15年时间[2]。

随着车型制造技术的进步，铁路线路上开始出现C80专列，每辆车载重量为80吨，每台电力机车牵引108节车列，除秦皇岛港外的其他港口仍运行着载重5 000t混编非旋转车钩车列；2000年以后大秦线上全部运行20 000t标准化专列列车编组，车型为C80（旋转车钩），每辆车载重量80吨，配备4台电力机车，每2台机车牵引102节车列。列车运行速度也由60 Km/h提高到120～160 Km/h。

秦皇岛港最早建设的煤一期工程采用单转子翻车机卸车系统，设计车型为C50、C61和C62等混编车型，每小时的卸车效率为22～25节车辆，单台翻车机年卸车量约500万t；煤二期采用串联式双翻“C”型转子翻车机，每小时卸车效率约为60～66节车辆，单台翻车机年卸车量约1 050万t；秦皇岛港的煤三期、煤四期和煤五期工程采用了三翻转子翻车机的机型，主要设计车型为C80单元列车，单台三翻转子翻车机每小时的卸车效率为81节车辆，根据配备翻车机卸车线数量不同，煤三期年卸车能力为3 000万t，煤四期4 000万t和煤五期5 000万t[3]。

根据秦皇岛港翻车机使用状况，三翻转子翻车机的机型存在不合理结构，在实际生产中曾出现过焊缝开裂、平台大梁断裂等设备事故；又为了提高卸车能力，完成规定的年卸车量要求，造成过度使用翻车机卸车系统，翻车机系统利用率高达60%以上（最高达63-68%），造成翻车机系统设备完好率降低，使用寿命降低到8～10年，增加了卸车系统工程维修费用和使用成本。

国投曹妃甸煤码头工程设计规划中，总结了秦皇岛港翻车机使用情况和存在问题，为避免出现翻车机转子出现结构开裂、大梁断裂事故等发生，更为提升煤炭码头工程市场竞争力和节省工程投资，最终决定采用四翻串联式转子翻车机卸车工艺方案。

从1981年至今，港口翻车机卸车系统从单转子翻车机、双翻“C”型转子翻车机、三翻转子翻车机，到四翻串联式转子翻车机系统，从50～70车混编摘钩车列，到10 000～20 000t C80专列，年卸车能力从1 000万t发展到5 000万t，这是中国港口建设者们大胆创新，应用新工艺、新设备、新技术，从而促进翻车机卸车系统进步的结果。

2.2 四翻串联式转子翻车机卸车工艺系统平面布置

四翻串联式转子翻车机卸车系统包含翻车机主体端环（含端部加强圈 ）、三大梁（平台梁、靠车梁和连系梁）、车厢压车装置、转子驱动装置、以及支撑端环的托轮组组成。此外，系统配套设备还包括牵引列车的定位车、空车线/重车线的夹轮器、空车线/重车线动态轨道衡以及维修用桥式起重机等。

四翻式翻车机由A、B两台双翻式翻车机串联组成，两台双翻式翻车机既可同时进行翻车作业；还可以保证任何一台双翻翻车机单独进行翻车卸作业。其适应的最大列车编组为2万t列车，每列车编组为200-204辆C80敞车，由4辆8k型电力机车牵引。4台机车分别牵引2组10 000 t重车车列（2辆机车牵引100-102辆C80车+2辆机车牵引100-102辆C80车）。

按C80车辆计算，每台套卸车系统的煤炭年卸车量达到2 600-2 700万t。

四翻串联式转子翻车机卸车系统总平面布置图见图2。

图2 四翻串联式转子翻车机卸车系统平面布置示意图

2.3 四翻串联式转子翻车机卸车工艺系统

1）翻车机作业工艺方式：

四翻串联式转子翻车机具有三种工作工况：

工况1：A、B两台双翻翻车机同步作业；

工况2：A翻车机作业，B翻车机不作业；

工况3：A翻车机不作业，B翻车机作业。

图3 四翻串联式转子翻车机卸车系统工艺断面图

2）翻车机作业工艺过程：

翻车机卸车作业工艺过程根据列车前面牵引机车1个或2个以及列车停车定位不同会有变化。下面仅就前牵引为2台机车，卸车定位工艺过程进行说明如下：

定位车在停止位启动，并向后巡钩，主臂在列车第3节车厢和第4节车厢之间车钩处落下，定位车牵引着机车及后面的整列车厢（简称“定位车前推后牵着列车”）至定位车牵车停止位。夹轮器夹紧，固定臂下落，定位车收回主臂并退回，定位车主臂到达列车第9节和第10节车厢之间车钩处时，落下定位车臂；固定臂抬起，同时夹轮器松开，定位车再次向前牵引列车至机车和前两节车厢位于翻车机外，夹轮器夹紧，定位臂落下，定位车主臂缩回。对机车和车厢进行摘钩。摘钩完全后，机车升弓启动，驶离翻车机作业区域。

定位车主臂伸出，夹轮器松开，定位臂抬起，定位车向后牵引整列车厢，至前四节车厢位于翻车机内时停止牵引。进行第一次作业循环：靠车板伸出，压车梁下压，信号到位后，翻车机驱动翻转启动，进行翻卸物料，卸空后返回零位，压车梁抬起至中位，靠车板缩回。定位车继续牵引列车向前至定位车工作停止位，翻车机进行第二次循环作业。在铁路机车驶离翻车机区域后，翻车机基坑内带式输送机启动，待翻卸作业开始时，从翻车机上卸下的煤炭，进入翻车机下受料漏斗，漏斗给料系统向带式输送机进行给料，通过带式输送机和堆场堆料机，将煤炭送至预先选定的堆场堆存。

此后定位车按照“回退一组车辆的长度（4辆车），前推后牵着列车，将在翻车机平台上的一组空车车辆推出翻车机的同时，将另一组重车（4车）车辆定位于翻车机内”的反复运行规律，直到将车辆全部送入翻车机。

对于列车最后的一组重车，通过使用定位车辅臂将车厢推入翻车机内进行定位，进行最后一个循环翻卸作业。全部卸车作业完成后，翻车机向中控和铁路车站发送卸车完成信号。

定位车每向翻车机内送入一组车辆（4车）后将回退运行一次，在车厢定位准确后，定位车主臂缩回，位于翻车机进出口处的夹轮器和定位臂进行工作，并对列车进行控制。在夹轮器和定位臂控制列车期间，翻车机将进行翻卸车作业。

翻车机的作业动作依次为：锁定翻车机内的车辆，正向旋转，卸空车内的煤炭，反向旋转，翻车机平台上的车辆复位并解锁。在翻车机每次翻卸作业完成，且定位车主臂伸出控制车厢后，夹轮器和定位臂将对列车解除控制，接着由定位车将卸空的车厢推出翻车机，同时将下一组车厢推送入翻车机内定位。翻车机与定位车、夹轮器和定位臂如此配合，反复运行，直到将全部车厢卸完。

在翻车机空重车铁路线两侧上设置动态轨道衡，对进出翻车机车辆进行在线计量。在带式输送机上配有皮带秤，对翻车机给料机给料量进行瞬时计量和实时调整。在漏斗侧壁和翻车机前后梁上就位振动电机，提高冬季卸车的效率。

四翻串联式转子翻车机系统设备的循环周期为27次/小时。

3 结语

1）在卸车能力要求5 000万t/年以上的超大工程中，四翻串联式转子翻车机卸车系统较其他类型翻车机系统，可以减少卸车线和铁路线的建设，节省大量土地，投资相对比较合理，经济效益很好。国投四翻串联式转子翻车机系统的实践证明这种翻车机系统技术上是成熟的，使用也是成功的，前景很好。

2）我国从上世纪80年代初秦皇岛港煤炭二期工程开始，在日照港煤码头、前湾煤码头、天津港煤码头、黄骅港煤码头和锦州港码头工程中，引进英国Strachan &Henshaw和德国Thyssen Krupp设计的”C”型串联转子翻车机卸车系统到目前为止已有20～30台套卸车线，中国是个能源大国，研究各种翻车机卸车线的新技术、新工艺、新设备、新材料，并将其国产化是非常必要的。

3）国内所有翻车机卸车系统受料斗均单个独立布置在翻车机托轮下，这种结构造成翻车机地下结构很深，地下基础投资很大。就目前工程实践，港口工程卸车系统工艺设计和布置经验，或改变翻车机端环支承方式，或受料斗改变结构和容量，漏斗可以设计成槽形漏斗，给料机垂直BF带式输送机横向布置方式等多种工艺设计，无疑浅地下结构会节省大量工程投资，而且施工难度降低，避免出现如管涌等施工事故发生。