重車調車機牽引力研究

陳義國，劉 青，杜 君，朱昌進

（武漢電力設備廠，湖北 武漢 430061）

0 引言

翻車機是一種大型、高效的機械化卸車設備，廣泛用于冶金、火力發電、化工及港口等工業部門。重車調車機作為翻車機系統的重要組成部分，其主要作用是將載滿散貨的重車牽引至翻車機本體中，以供翻車機翻卸，并將翻卸完畢的空車推出翻車機本體。對翻車機系統而言，重車調車機設計是否合理決定了翻車機系統的綜合翻卸效率。重車調車機設計是否合理取決于其牽引阻力的計算是否與實際工況相符。

然而，關于重調機牽引阻力的算法多種多樣，可以依據根據TB/T1407-1998《列車牽引計算規程》中“2.4.2滾動軸承貨車起動單位阻力取3.5N/kN”，“2.4.3滑動軸承貨車起動單位阻力取5N/kN”來計算，也可以根據《起重機設計手冊》第三章運行機構中的第二節《電動及液壓軌行式運行機構計算》來進行計算。但是，在利用這些計算所得到的牽引阻力都不盡相同。牽引阻力的不確定，也給重車調車機的驅動功率的選型造成了很大的困難。姜世平[3]通過對超長重載列車調車機系統主要參數進行分析計算，為電機功率選型提供了理論依據。

本研究對蒲圻電廠翻車機系統重車調車機的牽引阻力進行了動態實時測試，并將其與設計選型對比，驗證設計是否滿足實際工況，為今后重車調車機驅動功率的選型提供實驗依據。

1 重車調車機牽引阻力試驗

1.1 試驗方法

設計制作牽引桿，如圖1所示。在牽引桿上布置軸向應變式傳感器，制作方法如下。焊接拉壓應變傳感器彈性元件（見圖1焊接感應片區域）；彈性元件上粘貼兩組90°應變花（布片方式見圖2應變花A～D）。

圖1 牽引桿Fig.1 Traction rod

圖2 牽引桿應變片布片示意圖Fig.2 Sketch map of strain gauge of traction rod

將應變花A、C及應變花B、D分別組成兩組測量橋，兩組組橋形式相同，現場測量時用應變花A、C組（布于水平軸線平面與測試管外壁交線中點處），另一組備用，電橋接法見圖3及圖4。

圖3 應變片電橋接法及儀器配套連接Fig.3 Connection of strain gauge bridgeand associated instrument

圖4 牽引桿布片現場照片Fig.4 Field photo of traction rod arrangement

翻車機翻卸現場，將牽引桿掛在重車調車機和一列重煤車之間（見圖5），并把傳感元件與信號測試設備連接。信號測試設備：①應變片，R=120Ω，k=2.13；②直流應變放大器，用于應變式傳感器信號調理；③動態信號分析系統，用于傳感器調理信號采集、處理。

圖5 牽引桿現場連接照片Fig.5 Field connection photos of traction rod

1.2 現場測試工況項目內容

重車調車機將一列19節重煤車從遠處向翻車機方向牽引，啟動至穩定速度0.7 m/s(a=0.14 m/s2)。由動態信號分析系統負責采集重車調車機運行過程中傳感器調理信號。測試用重車調車機參數：

（1）傳動方式：齒輪齒條,4個傳動單元；

（2）調速方式為變頻調速；

（3）電機型號為YZP315M-10，75 kW，600 r/min,IP54 F級；

（4）減速機速比i=18。

1.3 數據處理計算方法

在數據圖中標出有以下類型的各采樣點Pi；相對于P0狀態跳變波形的峰值采樣點；相對于P0狀態波形的峰值采樣點；相對于P0狀態有顯著幅值變化波形的峰值采集點；穩定延續狀態中指定的隨機值采集點。

其中，P0點是在測試工況準備完成后至牽引啟動開始之前進入采集狀態階段中的指定隨機采樣點。Pi為測試曲線中相對于采樣起始點P0有顯著特征（如跳變、穩定狀態中的顯著偏離波形等）或顯著變化幅值的采樣點。

測試應變、牽引力（軸力）計算見表1。

表1 數據計算中引用參數Tab.1 Reference parameters in data calculation

應變測量橋采用全橋接法，各采樣點Pi相對于P0點應變示值=A（Vpi-Vp0）=2(1+μ)ε(k/ky)各采樣點Pi相對于P0點軸向應變

ε=[A(Vpi-Vp0)ky]/[2(1+μ)k]

牽引桿應變片布片區（測試管）各采樣點相對于P0點牽引力

式中：Vp0為采樣點P0的采樣電壓；Vpi為樣點Pi的采樣電壓；ε為點Pi相對于P0點軸向應變；F為樣點相對于P0點牽引力。

1.4 確定應變標定系數

應變標定系數見圖6及表2。

圖6 標定數據圖（單位：mV）Fig.6 Calibrated data graph（unit:mV）

表2 標定值對應關系表Tab.2 Corresponding relation table of calibration values

1.5 牽引測試

重車調車機將一列19節重煤車從遠處向翻車機方向牽引，啟動至穩定速度0.7 m/s(a=0.14m/s2)。共測試4次，測試數據見圖7～10，對應數據表見表3～6。

圖7 第一次測試數據圖（單位：mV）Fig.7 T he first test data graph（unit：mV）

表3 第一次測試數據表Tab.3 The first test data

圖8 第二次測試數據圖（單位：mV）Fig.8 The second test data graph（unit：mV）

表4 第二次測試數據表Tab.4 The second test data

圖9 第三次測試數據圖（單位：mV）Fig.9 The third test data graph（unit：mV）

表5 第三次測試數據表Tab.5 The third test data

圖10 第四次測試數據圖（單位：mV）Fig.10 The fourth test data graph（unit:mV）

表6 第四次測試數據表Table 6The fourth test data

1.6 數據分析

將測試數據中加速峰值牽引力和勻速牽引力提取出來，形成表7。由表7可知，重車調車機在牽引19節重煤車時，加速峰值牽引力為673.34 kN，勻速牽引力為119.79 kN。

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

2 重車調車機牽引力計算

重車調車機傳動裝置參數見表8。

表8 重車調車機傳動裝置參數表Tab.8 Data of transmission device of side arm charger

在帶負載啟動工況下，傳動裝置最大輸出力計算：單臺電機額定輸出轉矩T1=9 550×P/n=1 193.75 N·m；電機堵轉轉矩T2=1.5×T1=1 790.625 N·m。通過減速機減速后，減速機輸出軸堵轉轉矩為

T3=i×T2=32 231.25 N·m=32.231 25 kN·m

通過輸出齒輪后，輸出力為F1=2×T3/D=195.34 kN。

4臺傳動裝置的總出力為F′=4×F1=781.36 kN。

考慮電機與減速機的齒輪聯軸器，減速機以及小齒輪與地面齒條之間的傳動效率后，傳動裝置的凈出力為 F輸出=F′×η1×η2×η3，式中：η1為電機與減速機之間的效率,取η1=0.99；η2為減速機傳動效率，取η2=0.955；η3為小齒輪和齒條之間的效率,取η3=0.95。

則傳動裝置在帶負載啟動時，最大輸出力為

Fmax=781.36×0.99×0.955×0.95=701.8 kN，同理可得，傳動裝置額定輸出力為F0=467.8 kN。

3 對比分析

通過重車調車機牽引阻力試驗，得到在實際工況中，即重車調車機在牽引19節重煤車時，加速峰值牽引力為673.34 kN，勻速牽引力為119.79 kN。

通過重車調車機牽引力計算，得到在傳動裝置帶負載啟動時，可提供的最大輸出力，即牽引力為701.8 kN，大于實際工況下加速峰值牽引力。在額定功率下，可提供的輸出力為467.8 kN，大于實際工況下勻速牽引力。對比可知，本翻車機系統中重車調車機的電機功率選型滿足實際工況需要。

4 結論

本文通過對蒲圻電廠翻車機系統重車調車機的牽引阻力進行了動態實時測試，得出實際工況下的牽引阻力，并將其與設計選型對比，驗證了本項目中重車調車機的傳動裝置設計可以滿足實際工況需要，同時為今后重車調車機驅動功率的選型提供了強有力的實驗依據。

[1] 王廠.重載列車撥車機牽引載荷的仿真計算[D].大連：大連交通大學，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.重車調車機牽引力分析[J].起重運輸機械,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,張虹源,胡泊.撥車機驅動功率計算模型與牽引臂有限元強度分析[J].起重運輸機械,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.