翻车机C70E(H)-A 敞车适应性改造研究与应用

郑文俊　纪东升　张玉军　孙兴东　刘永忠　倪青松

摘要：本论述针对 C70E（H）-A 敞车容积增大、高度提升，国内最大载重110 t 的单车翻车机不适合对 C70E（H）-A 敞车的翻卸作业需求的问题，通过研究 C70E（H）-A 敞车结构改造中的通过性及压车机构安全可靠压紧敞车的技术难题，深入分析翻车机压车机构的结构形式和压车梁的压车力学结构，比较分析翻车机压车梁上耐磨橡胶板与 C70E（H）-A 敞车上侧梁接触宽度和压车形态，提出压车梁铰支座位置改进并将压车梁上三角形耐磨橡胶板优化为圆弧形的受力结构的方法。运用图示计算、仿真模拟和工程实验等方法，对改进后的翻车机经过多项技术匹配性试验与测试，改进后的翻车机满足现有60 t 级和70 t 级敞车的翻卸要求，达到 C70E（H）-A 敞车安全翻卸的技术标准，验证了所用方法、技术合理，结构安全可靠，实现了技术改进的目的。

关键词：翻车机；C70E（H）-A 敞车；安全翻卸；适应性改造

中图分类号：TB472                            文献标志码：A

0引言

翻车机是一种用来翻卸铁路敞车散装物料的大型机电一体化先进机械装备，由于自动化程度高、翻卸效率高，在我国火力发电厂、煤化工、冶金、洗煤厂及港口等行业被广泛应用。翻车机类型主要有单车翻车机、双车翻车机、三车翻车机及四车翻车机。单车翻车机主要装备在火力发电厂、冶金、洗煤厂，双车翻车机主要装备在现代煤化工，三车翻车机及四车翻车机主要装备在大型港口。目前，单车翻车机在国内保有量相当可观，在我国经济发展中发挥了重要作用。

1问题的提出

中国铁路集团为响应国家经济建设高质量发展和环境保护的战略新要求，在全路提升推广载重70t，比容系数1.26，适合各种不同密度煤炭满载需求的 C70E（H）-A 敞车；C70E（H）-A 敞车车体高达3443 mm，比目前最高 C70E（ H ）敞车的高度3242 mm 增高了201 mm，由于是第二次高度提升，国内最大载重110 t 的单车翻车机将不适合 C70E（H）-A 敞车的翻卸作业要求，因此，中国铁路集团要求国内翻车机装备应用厂家进行技术提升改造，以适应 C70E（H）-A 敞车的安全翻卸作业，满足铁路新货运敞车上路运输的需要。

目前，国内已经装备应用的单车翻车机能够翻卸的铁路敞车和新货运敞车的技术参数见表1～表2所列。

根据表1、表2、表3参数分析，C70E（H）- A 敞车和目前适合翻卸的最大载重和最高敞车 C70E（H）最大的区别是车体高度增加了201 mm，其余参数相同。也就是说翻车机的载重满足 C70E（H）-A 翻卸，需要研究的就是 C70E（H）-A 敞车比目前最高敞车 C70E（H）增高201 mm 后的通过性问题核校和压车机构能否可靠压紧敞车的问题，以及几何中心和载荷中心变化对转子翻转的影响等。

2针对改造问题的研究分析

2.1 C70E（H）-A 敞车在翻车机转子内通过性和旋转干涉问题研究分析

（1）翻车机轨面距离翻车机转子开口最高高度为3730 mm，而 C70E（H）-A 敞车的高度为3443 mm，有278 mm 的间距，C70E（H）-A 敞车能够安全进、出翻车机。

（2）改造后的翻车机部件要在翻车机有效的旋转范围内，不得与翻车机基坑干涉。

2.2翻车机压车机构压车梁压车状态研究分析

翻车机压车机构是压车梁沿敞车纵向左右对称布置的摆臂式结构，每侧压车梁分为2段，每段布置2个压车油缸，每侧4个压车油缸，两侧共8个压车油缸，翻车机的液压系统在工作时，8个油缸同步动作，使两侧压车梁同时抬起或落下，实现对敞车的压紧和松开；压车梁上安装有耐磨橡胶板，耐磨橡胶板压在敞车两边的上侧梁上，压紧敞车，耐磨橡胶板保护敞车损伤。

翻车机的工作原理是：在压车梁压紧敞车两边上侧梁的同时，还有靠车板靠住敞车的一侧，这样翻车机就像一个“巨”型钳牢牢抓住敞车，从而实现敞车0°～165°旋转的安全翻卸。

摆臂式压车机构是典型的简支梁杠杆机构，其中，RA =  ，RB = ，结构设计 =1.1，单侧压车梁受力，如图1所示。

由于敞车载重后减震弹簧被压缩40 mm，敞车进入翻车机时的高度比空载高度低40 mm，因此，研究压车梁压车状态的敞车高度应该按空载高度减去40mm 为依据，下面以翻车机大压车梁为对象进行研究。

在翻车机不改造的情况下，用作图法通过計算机CAD 二维放样，压车梁压住 C70E（H）-A 敞车时，压车梁与敞车上侧梁的水平夹角α较大，此时， 压车梁上耐磨橡胶板压住敞车上侧梁的宽度约52.68 mm，如图2所示。

由以上分析可知，在翻车机不改造的情况下，压车梁与 C70E（H）- A 敞车上侧梁的水平夹角α较大，α≈21°。这样，一方面引起压车油缸的有效压车力将减小，另一方面压车梁上三角形耐磨橡胶板仅能压住 C70E（H）-A 敞车上侧梁全宽的1/3左右，两个因素的叠加，有压车梁松压的可能[1]，对压车的可靠性产生较大影响，存在很大安全隐患，因此，这两个问题是改造的关键。

3改造问题技术解决方案

摆臂式结构由于结构简单、广泛应用于机械的锁紧、拉紧、涨紧等装置中。目前单车翻车机的压车机构普遍采用摆臂式结构，摆臂式压车机构压车时压车梁压在敞车两侧上侧梁的全长上，上侧梁受力均匀，对敞车的保护作用好、安全可靠。因此，遵照节约成本、安全可靠的原则，改造技术路线仍然保持摆臂式结构，改造方法应该是合理确定压车梁的压车角度、压车梁绞支座位置，避免采用非机械加工施工，影响翻车机的整体强度和形状性能[2]，轻质模块化设计，工厂制造后，现场安装改造。

3.1压车机构压车梁绞支座合适位置的确定

（1）以最高 C70E（H）- A 敞车载重后高度3403 mm 和最低 C62敞车载重后高度2950 mm 的高度差为压车梁上下摆幅值453mm 为依据，用作图法，按其中心线在计算机上用 CAD 二维放样，计算得出其提升距离为： h1=76.5 mm ，如图3所示。

（2）压车时，压车梁的压车力对敞车减震弹簧也有一个压缩量，单点标准压车力≤78 kN[3-4]，取标准最大压车力的1/2计算压缩量。

（3）压车梁的摆臂轴中心线距压车梁上耐磨橡胶板的高度为：h3=167 mm ，如图3所示。所以，压车梁支座需要提升的高度为：

（4）压车梁绞支座提升225 mm 后，通过计算机 CAD二维放样，压车梁压住最矮车C62时，压车梁上耐磨橡胶板距离敞车上侧梁内侧约16.52 mm，如图4所示，显然间距较小，压车梁上防脱钩有向外抠车的可能，因此，压车梁绞支座向翻车机中心偏移20mm。

（5）压车梁绞支座提升225 mm 后，通过计算机 CAD 二维放样，压车梁与 C70E（H）- A 敞车上侧梁的水平夹角α显著减小，α≈10°，压车油缸的有效压车力接近油缸推力。

（6）在计算机上 CAD 建模模拟不同敞车在压车时耐磨橡胶板均能接触敞车上侧梁的全宽，将压车梁上三角形耐磨橡胶板的形状优化为弧形，如图4所示。

（7）同步对翻车机靠车板高度提高160 mm，以提高翻卸 C70E（ H ）-A 敞车靠车的接触面积，如图5所示。

3.2压车油缸行程确定和稳定性分析

翻车机压车梁的最低位置应满足 C62敞车压车高度的要求，最大抬起高度应满足 C70E（H）-A 敞车安全通过，通过 CAD 放样及综合考虑，压车油缸在原来基础上增长200 mm，油缸活塞杆420 mm 行程仍能满足压车需要。由于压车油缸活塞杆420 mm 行程没有改变，所以活塞杆承受的压力应没有改变，因此油缸活塞杆的稳定性与原来相同。

3.3改造对翻车机静态和动态载荷的影响分析

（1）改造后的翻车机，只是对压车梁绞支座加高和压车油缸加长，零件的总重量增加约360 kg，由于是两侧对称增加，不产生不平衡力矩，故翻车机静态稳定性不受影响。

（2）翻车机的几何中心和载荷中心没有变化，翻车机驱动电机的负荷也不会造成影响[5]。

3.4改造对翻车机系统工作时序的影响分析

压车油缸行程与原压车油缸的行程一致，翻车机翻卸一节敞车的时间与原来保持一致，翻车机系统的作业时序没有改变， 所以不影响翻车机系统的作业效率。

4改造后的效果

翻车机适应性改造完工后，对翻车机液压系统的减压阀、顺序阀、蓄能器压力进行了重新调整[6]，按照翻车机重大技术改造后要进行匹配性检测的规定，用最高车 C70E（ H）-A 和最矮车 C70敞车对翻车机进行了匹配性检测[7-9]（C62敞车属于淘汰车型，车况较差，变形严重，不利于试验）。

通过检验用最矮车 C70敞车和最高车 C70E（ H）-A 敞车压车检测。

（1）目视检测，压车梁上圆弧形耐磨橡胶板能够压在两种检验敞车上侧梁全宽面上，全长方向能够均匀接触，符合规范要求。

（2）翻车机两种检验敞车匹配性检测的压车力和内倾弯矩总值数值见表4所列。

（3）根据表4的检验数据得出：

①改造后的翻车机能够压住适应翻卸敞车上侧梁的全宽，符合标准要求。

②改造后的翻车机压车力为40～74 kN，符合标准值≤78 kN的要求。

③改造后的翻车机内倾弯矩为167～177 kN·m，符合标准值≤235 kN·m 的要求。

④改造后的翻车机适应 C60、C70、C70E、C70E（H）-A 安全翻卸作业要求。

5结论

国内最大载重110 t 摆臂式压车机构的单车翻车机，通过提高压车梁铰支座的位置，并将压车梁上三角形耐磨橡胶板优化为弧形，既能适应铁路新投运的加高型 C70E（H）-A 敞车的安全翻卸，也满足现有60 t级和70 t 级敞车的翻卸要求，检测和考核运行、安全可靠。此改造方法，轻质模块化设计、成本低、施工快，为国内同类翻车机适应性改造提供了参考依据。

参考文献：

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[6] 郑文俊，张玉军.一种液压补偿回路的便携式监测装置及调试、整定方法：CN105840582A[ P].2016-08-10.

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