運(yùn)煤專線道床吸污車的研制

張靈

【摘 要】介紹了運(yùn)煤專線道床吸污車的主要功能和工作原理、技術(shù)參數(shù)及特點(diǎn)、主要結(jié)構(gòu)、計算分析及試驗驗證情況。

【關(guān)鍵詞】道床吸污車;技術(shù)參數(shù);結(jié)構(gòu);試驗驗證

中圖分類號：U272.6+2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號： 2095-2457（2019）29-0021-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.29.009

Development of Ballast Suction Vehicle for Coal Special Transport Line

ZHANG Ling

（Female， born in 1984，senior engineer，School of Mechanical Engineering，Hunan University of Technology， Zhuzhou Hunan 412007，China）

【Abstract】The main functions， working principle， technical parameters and characteristics， main structure， calculation analysis and test results of the Ballast Suction Vehicle Applied on Coal Transportation Special Line are introduced.

【Key words】Ballast bed suction dirt car; Technical parameters; Structure; Test

運(yùn)煤列車在進(jìn)出隧道及隧道內(nèi)錯車時，形成的氣流湍流會將車箱內(nèi)的煤粉及部分煤塊卷出車箱、并散落在隧道的道床上。后續(xù)車輛經(jīng)過時卷起的煤粉嚴(yán)重影響了駕駛員視線，特別當(dāng)煤粉（塊）沉積較厚時，還會將鋼軌掩埋，危及列車運(yùn)行安全。目前，隧道道床表面的煤粉清理工作主要依靠人工完成，現(xiàn)場粉塵污染嚴(yán)重，不僅作業(yè)環(huán)境惡劣、勞動強(qiáng)度較大且效率較低。針對上述問題，研制一款高效清理運(yùn)煤專線道床表面煤粉的吸污車，并完成樣車試制及相關(guān)試驗。

1 主要功能和工作原理

該車在1435mm軌距的運(yùn)煤專線上運(yùn)行，主要用于道床表面煤粉等污物的收集。

該車采用吹掃吸結(jié)合的作業(yè)方式，道床表面的煤粉被吹風(fēng)氣流及滾刷卷起后，由吸風(fēng)氣流吸入到集成了重力和旋風(fēng)除塵的除塵器內(nèi);煤粉經(jīng)除塵器后沉降到底部灰斗，再由螺旋輸送機(jī)輸送至輸送帶，從而轉(zhuǎn)運(yùn)到與吸污車連掛的物料車內(nèi)。

2 主要技術(shù)參數(shù)（表1）

（見下表1）。

表1 道床吸污車主要技術(shù)參數(shù)表

限界：在走行狀況下，符合中國鐵路標(biāo)準(zhǔn)軌距機(jī)車車輛限界;在作業(yè)狀況下，機(jī)器的尺寸不超過1900mm寬（軌道中心線量起）

3 主要特點(diǎn)

（1）基于吹掃吸結(jié)合的新型清污模式和機(jī)構(gòu)，清除道床板上方沉積煤灰等污物，提高了沉積較厚煤灰層的吸污效率。

（2）采用重力與旋風(fēng)除塵器集成的新型除塵器，節(jié)省了安裝空間，降低了除塵阻力，避免了傳統(tǒng)袋式除塵器氣流中煤灰嚴(yán)重時對濾袋的堵塞，除塵效率大大提高。

（3）采用四軸靜壓驅(qū)動方案，可牽引與之連掛的物料車進(jìn)行作業(yè)。

（4）物料輸送系統(tǒng)可以將污物實(shí)時輸送至物料車上。

（5）主柴油發(fā)動機(jī)的吸氣采取防塵措施，保證能夠在煤粉（塊）污染嚴(yán)重的隧道內(nèi)作業(yè)。

（6）吸污作業(yè)車貯污艙內(nèi)沉積煤粉（塊）的最大容積不小于8m3，可承載煤粉（塊）的最大重量不小于8000kg。

4 主要結(jié)構(gòu)

如圖1所示，該車主要由車架、司機(jī)室、轉(zhuǎn)向架、動力系統(tǒng)、柴油箱、液壓油箱、液壓系統(tǒng)、中間工作裝置、左側(cè)工作裝置、右側(cè)工作裝置、除塵系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、接料轉(zhuǎn)運(yùn)輸送帶、輔助發(fā)電機(jī)組、空氣制動系統(tǒng)等組成。整車采用液壓傳動方式，發(fā)動機(jī)驅(qū)動液壓泵旋轉(zhuǎn)，為轉(zhuǎn)向架車軸驅(qū)動馬達(dá)、吸污風(fēng)機(jī)、滾刷等提供動力，以驅(qū)動整車的走行和作業(yè)。

4.1 轉(zhuǎn)向架

整車采用兩個相同兩軸轉(zhuǎn)向架，由H型整體焊接構(gòu)架、軸箱、輪對、彈簧減振裝置、球面心盤、常接觸彈性旁承、基礎(chǔ)制動裝置等部分組成。H型整體焊接構(gòu)架主要由兩根側(cè)梁和一根橫梁組成，側(cè)梁和橫梁均為變截面的封閉箱形斷面;彈簧減振裝置由螺旋鋼彈簧、變摩擦減振器等組成;軸箱采用導(dǎo)框定位式結(jié)構(gòu)，橫向有定位間隙，縱向為準(zhǔn)剛性定位;車體全部重量均通過球面心盤和兩側(cè)常接觸彈性旁承坐落在構(gòu)架上，并通過一系懸掛作用在軸箱和輪對上。

4.2 動力傳動系統(tǒng)

動力傳動系統(tǒng)采用柴油發(fā)動機(jī)，輸出的動力經(jīng)過分動齒輪箱、液壓泵、液壓馬達(dá)及各車軸齒輪箱等所組成的機(jī)械傳動裝置，驅(qū)動車輛高速/作業(yè)走行及作業(yè)機(jī)構(gòu)控制。

當(dāng)車輛自運(yùn)行時，有高速運(yùn)行及作業(yè)走行兩種方式，其動力傳動方式相同：發(fā)動機(jī)→分動箱→走行泵→走行馬達(dá)→車軸齒輪箱→車軸。當(dāng)車輛被連掛運(yùn)行時，通過車軸齒輪箱脫掛擋機(jī)構(gòu)斷開走行馬達(dá)和車軸。

4.3 作業(yè)系統(tǒng)

運(yùn)煤專線道床吸污車作業(yè)系統(tǒng)包括吸污系統(tǒng)和除塵轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)兩大部分。

4.3.1 吸污系統(tǒng)

吸污系統(tǒng)由作用于道床中間表面的吹吸掃裝置和輔助清理道床外側(cè)沿線的左、右側(cè)工作裝置組成。如圖2所示，吹吸掃裝置主要包括前滾刷、后滾刷、若干組中間滾刷、罩體。吹風(fēng)氣流及滾刷共同作用于煤粉，將其卷起后由吸風(fēng)氣流輸送至除塵系統(tǒng)。吹吸掃裝置的吸風(fēng)口可覆蓋整個道床橫向?qū)挾龋又髠?cè)工作裝置和右側(cè)工作裝置的作業(yè)區(qū)域，車輛一遍作業(yè)即可完成道床表面煤粉的清理。

1.罩體;2.前滾刷;3.中間滾刷;4.后滾刷;5.驅(qū)動馬達(dá)

圖2 吹吸掃裝置工作方式示意圖

4.3.2 除塵轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)

如圖3所示，該車的除塵轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)主要由吸污風(fēng)機(jī)、吸塵通道、重力除塵器、旋風(fēng)除塵器、輸送帶、螺旋輸送機(jī)、卸灰口等組成。

1.吸污風(fēng)機(jī);2.吸塵通道;3.重力除塵器;4.旋風(fēng)除塵器;5.輸送帶;6.螺旋輸送機(jī);7.卸灰口

圖3 除塵轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)示意圖

4.4 液壓系統(tǒng)

該車采用液壓驅(qū)動動力和工作系統(tǒng)，車輛行駛速度、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、輸送帶速度以及油缸等執(zhí)行裝置的速度能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)節(jié)。液壓泵由兩組三聯(lián)串泵組成，高速走行回路采用四軸驅(qū)動，由2個A4VG250泵和4個A6VM200的走行馬達(dá)組成閉式系統(tǒng)，液壓控制系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際工作壓力的變化，進(jìn)行馬達(dá)自動變排量，從而實(shí)現(xiàn)走行速度的精確控制。作業(yè)走行回路采用四軸驅(qū)動，但只由一個A4VG250泵供油，速度的控制以及調(diào)節(jié)方工與高速走行相同。

4.5 司機(jī)室

司機(jī)室由結(jié)構(gòu)墻、頂棚、底框共6面板壁拼焊而成，各板壁均采用復(fù)合式大板制作技術(shù)，厚度約為50mm，底壁厚度約70mm。結(jié)構(gòu)墻、頂棚的構(gòu)架采用2mm厚方管或矩形管構(gòu)造，中間填充KPB-3J型防火隔熱棉，該隔熱棉具有不燃性和良好的保溫隔熱性能。底框構(gòu)架采用4mm厚方管或矩形管構(gòu)造。

5 計算分析

5.1 車架結(jié)構(gòu)有限元計算分析

車架材料主要為Q345D，焊接方法為CO2氣體保護(hù)焊。車架所加載荷按照TB/T1335-1996《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計及鑒定規(guī)范》執(zhí)行，所做靜強(qiáng)度試驗參照TBT 2541-1995《內(nèi)燃、電力機(jī)車車體靜強(qiáng)度試驗方法》執(zhí)行。

采用Ansys軟件對車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元計算分析，計算結(jié)果表明：在同時考慮了垂向總載荷、縱向載荷和扭轉(zhuǎn)荷載的情況下，在垂向靜載荷、頂車載荷、縱向載荷、兩端起吊載荷、單端起吊載荷等不同工況組合下的應(yīng)力值均小于出現(xiàn)部位材料的許用應(yīng)力值，滿足技術(shù)規(guī)范要求。

5.2 動力學(xué)性能計算

采用SIMPACK機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)/動力學(xué)仿真分析軟件，依照GB/T5599-1985《鐵道車輛動力學(xué)性能評估和試驗鑒定規(guī)范》，對該車的動力學(xué)性能進(jìn)行計算分析。結(jié)果表明，該車在空車和滿載工況下的運(yùn)行穩(wěn)定性、運(yùn)行平穩(wěn)性、運(yùn)行安全性等動力學(xué)性能均滿足動力學(xué)性能評估和試驗鑒定規(guī)范的要求。

6 試驗驗證

6.1 曲線通過試驗

為保證轉(zhuǎn)向架的所有部件和其鄰近部件之間有足夠的間隙，并防止車輛處于完全滿載運(yùn)行時造成部件間干涉或接觸，對該車進(jìn)行了曲線通過試驗。被試車輛由軌道車牽引以低于5km/h的速度進(jìn)入R180m曲線，同時被試車輛在以下三種狀態(tài)下停車測量試驗：（1）完全進(jìn)入曲線;（2）被試車縱向中心線和曲線中心線重合;（3）被試車前端車鉤即將出曲線。試驗結(jié)果表明：在軌道車牽引過軌整備狀態(tài)下緩行能通過最小半徑為R180m的曲線。

6.2 動力學(xué)試驗

為保證車輛上線運(yùn)行的安全性，對該車進(jìn)行動力學(xué)試驗，試驗結(jié)果表明：在120km/h速度級范圍內(nèi)，該車脫軌系數(shù)、輪重減載率和輪軸橫向力均符合GB/T17426-1998《鐵道特種車輛和軌行機(jī)械動力學(xué)性能評定及試驗方法》的相關(guān)要求，車體橫向平穩(wěn)性指標(biāo)屬良級，垂向平穩(wěn)性指標(biāo)屬優(yōu)級，滿足120km/h的運(yùn)行穩(wěn)定性要求以及110km/h的運(yùn)行平穩(wěn)性要求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]GB/T25337-2010《鐵路大型線路機(jī)械通用技術(shù)條件》.

[2]GB/T25336-2010《鐵路大型線路機(jī)械檢查與試驗方法》.

[3]GB/T17426-1998《鐵道特種車輛和軌行機(jī)械動力學(xué)性能評定及試驗方法》.