鐵路敞車散料卸車工藝比選與分析

2020-11-25 11:02:24張道于劉克強趙昆

中國設備工程 2020年22期

張道于，劉克強，趙昆

（中車青島四方車輛研究所有限公司，山東青島 266031）

1 概述

鐵路貨場中常見的散料貨物有礦石、煤炭等，散料運輸在鐵路貨運中占有很大比例。目前，國內極少采用人工卸車方式，基本絕大部分貨運場站采用機械化設備進行卸車作業。國內常見的機械化鐵路敞車卸車設備主要有翻車機、螺旋卸車機、鏈斗式卸車機、垂直螺旋卸車機、門式抓斗吊以及底開門自卸車等。本文針對常見的這些卸車設備進行具體卸車工藝分析，對其卸車能力、現場環境以及經濟性進行比較，根據其各自優缺點，選擇合適的卸車方式。

2 卸車設備

2．1 翻車機

翻車機設備目前廣泛應用于煤炭、港口、化工、電力等行業，是一種自動化程度非常高的大型卸車設備。根據站場現場鐵路線路的具體規劃條件，翻車機作業方式分為兩種，貫通式和折返式。

2．1．1 翻車機布置形式

（1）貫通式布置。貫通式布置形式是滿載敞車重車線和空車線軌道線重合，分別位于翻車機房兩側，重車線上重車調車機牽引滿載敞車到達翻車機作業區域，翻車機旋轉進行卸車，卸車后的空車再由重車調車機推送至空車線，布置型式如圖1所示。

圖1 貫通式布置示意圖

（2）折返式布置。重車調車機牽引滿載敞車到達翻車機作業區域，翻車機旋轉進行卸車，卸車后，重車調車機推送空車到遷車臺，空車在遷車臺上被轉移至空車線，布置型式如圖2所示。

折返式布置相比貫通式，具有占地少、經濟性高的特點，應用比較廣泛。工藝作業流程如下：牽引滿載敞車到達翻車機工作范圍區域，重車調車機牽引敞車到翻車機翻轉平臺，翻車機翻卸車輛，物料從敞車里傾瀉到緩沖倉，經緩沖倉下的活化給料機進入皮帶輸送機，經皮帶輸送機轉運至料場。

圖2 折返式布置示意圖

重車調車機將空車推進遷車臺，遷車臺橫向移動與空車線對位定位，空車調車機將空車皮推送到空車線進行集結。

2．1．2 翻車機設備結構形式

翻車機系統組成設備主要有翻車機本體、遷車臺、重車調車機、夾輪器、空車調車機及其他附屬設備等。常見翻車機本體結構形式主要有C型和O型兩種，目前，應用最廣泛的是C型翻車機。

C型翻車機主要設備組成有液壓壓車裝置、C型端環轉盤、端環驅動裝置、停車平臺和其他附屬設備等。

圖3 O型翻車機

圖4 C型翻車機

2．1．3 翻車機效率

按照每次翻卸敞車車輛的數量不同，翻車機分為單翻、雙翻、三翻和四翻翻車機。其中，單車翻車機和雙車翻車機相對造價低，使用最廣泛。

（1）單車翻車機。單車翻車機的主要技術參數如下：結構形式：“C”型；卸車能力：20～25節/h（折反式布置）；適用車型：C60、C70、C80等系列車型；翻車機驅動功率：2×45kW；參照《火力發電廠設計技術規程》相關內容，按照常見C70敞車單節載重70t，平均翻卸能力22～25節/h，日最大利用率取45.8%，年平均利用率取40%，計算單臺翻車機系統日最大卸煤能力：70（t/節）×25（節/h）×24h×45.8%=19236（t）；年最大卸煤量為：70（t/節）×25（節/h）×24h×40%×365=613.2（萬t）。

（2）雙車翻車機。雙車翻車機主要技術參數：結構形式：“C”型；卸車能力：32～36節/h（折反式布置）；翻車機驅動功率：2×90kW；計算分析方法同單車翻車機，雙車翻車機系統日最大卸煤能力為：70（t/h）×36（節/h）×24h×45.8%=27699（t）；年最大卸煤量為：70（t/節）×36（節/h）×24h×40%×365=883（萬t）。

（3）三車翻車機。三車翻車機主要技術參數：結構形式：“O”；卸車能力：3×30節/h（貫通式布置）；翻車機驅動功率：2×112kW；按通用C80車輛載重80t計算，貫通式三車翻車機系統日最大卸煤能力計算為：90（節/h）×80（t/節）×24h×45.8%=79142.4(t)；對應的年卸煤量為：90（節/h）×80（t/節）×24h×40%×365=2522.88萬（t）。

2．2 螺旋卸車機

2．2．1 主要類型

根據大梁結構的區別，螺旋卸車機有兩種類型門式和橋式。按照走行軌距區分，常見的螺旋卸車機軌距有8.0m、13.5m、19.5m等。

螺旋卸車機主要結構螺旋機構，其具有兩個旋向相反的葉片。通過螺旋機構的旋轉，物料被葉片從敞車側門推出落到煤坑內。在北方的冬季，經常遇到凍車情況，此時，在卸車作業前，應該先將敞車內的物料凍塊進行破碎或者采取措施進行加熱解凍。

螺旋卸車機設備示意圖如圖5、6所示。

圖5 橋式螺旋卸車機布置示意圖

圖6 門式螺旋卸車機示意圖

2．2．2 卸車工藝及性能特點

螺旋卸車機卸車原理是在驅動裝置作用下將螺旋機構伸進物料中，通過螺旋機構的兩個葉片將物料分撥到敞車兩側車門出去。螺旋卸車機卸車系統組成包括螺旋卸車機、卸料坑、坑下皮帶機、卸車鐵路線、絞車牽引設備等。

卸車系統作業過程：（1）敞車由機車或絞車牽引到位，螺旋卸車機移動到敞車上方，螺旋卸車機螺旋機構下降伸入物料中進行卸料。（2）物料經螺旋機構的兩個葉片分撥到敞車兩側車門出去落到卸料坑中，坑下皮帶機將物料輸送至料場。

工藝布置：螺旋卸車機根據卸車場地實際條件進行布置，根據規劃的卸車量設計卸車線的長度以及數量，可以進行單股道、雙股道或者多股道卸車。單臺螺旋卸車機可以覆蓋2～3輛敞車的卸車區域。

卸車線兩側設有卸料坑和坑下皮帶機；軌道高出地面約250mm，避免物料落到軌面上。

螺旋卸車機設備特點如下：（1）卸車流量控制比較難、開放式卸車導致粉塵外溢擴散，環境污染比較嚴重；（2）車底剩有余煤，不能完全卸煤，需要另外進行車底清煤作業；（3）設備結構簡單，卸車效率高，設備投資成本低；（4）卸車物料粒度不宜過大，對于粒度小、比較松散的物料比較適合。

2．2．3 卸車效率

螺旋卸車機設備卸車能力一般在200～500t/h，根據散料不同形式的不同配置而略有不同。

2．3 鏈斗式卸車機

2．3．1 主要類型及卸車工藝特點

鏈斗卸車機也叫“門式鏈斗卸車機”，卸車機走行軌道布置在鐵路敞車兩邊，設備主要組成有鏈斗裝置、升降裝置、行走裝置、機上皮帶機、門架結構、電氣系統以及操作室等。

鏈斗卸車機按照橫跨火車車廂的數量，分為單跨式、雙跨式及多跨式；按照機上皮帶機水平輸送方向，分為單向和雙向兩種；按照料斗裝置結構型式，分為雙排和四排兩種類型。

鏈斗卸車機工作原理如下：鏈斗卸車機橫跨卸車線沿著走行軌道到達第一節滿載敞車位置，鏈斗升降機構將鏈斗在升降裝置作用下伸到敞車內的物料中，鏈斗循環運轉將物料轉運到機上皮帶機，機上皮帶機將物料輸送到卸車線一側的站臺料場進行堆料，卸車機沿著卸車線移動，鏈斗分層取料直到將車廂內的物料全部卸完。

針對松散、粒度較小的物料，鏈斗卸車機具有良好的卸車效果，如果物料粘度高、水分大則卸車效果比較差。鏈斗卸車機將物料卸到卸車線兩側的堆場，堆料寬度取決于機上皮帶機伸出的長度。鏈斗卸車機由于鏈斗結構限制，卸料不完全，對于敞車內殘余物料，還需要額外清倉作業，并且敞開式卸料粉塵污染較嚴重。

圖7 單跨式鏈斗卸車機結構示意圖

圖8 雙跨式鏈斗卸車機結構示意圖

2．3．2 卸車效率

鏈斗卸車機單機卸車效率通常在300～400t/h，每小時可接卸5～6節敞車。

2．4 垂直螺旋卸車機

2．4．1 設備組成

垂直螺旋卸車機安裝布置形式跟鏈斗卸車機一樣，都是橫跨卸車線布置，走行軌道布置在卸車線敞車兩邊。

封閉式垂直螺旋卸車機結構組成主要有垂直螺旋裝置、水平螺旋裝置、密封導向裝置、提升機構、門架等。垂直螺旋機構主要包括集料裝置、喂料裝置、垂直螺旋輸送裝置。

封閉式垂直螺旋卸車機運行到第一節滿載敞車位置停止，垂直螺旋裝置伸入敞車車廂物料中，集料裝置旋轉收集物料，物料輸送給喂料裝置，然后，再經垂直螺旋輸送裝置將物料轉送到密封導向裝置，再經水平螺旋裝置將物料輸送到出料口，落入接料皮帶機或者直接料場堆料。

圖9 垂直螺旋卸車機結構示意圖

2．4．2 設備特點

封閉式垂直螺旋卸車機優點如下：（1）火車車廂兩側側門不用打開，比螺旋卸車機和鏈斗卸車機節省車廂開門時間。物料可以在卸車線兩側站臺堆料，也可以由皮帶機接料轉運到料場。（2）環保性好，粉塵污染小。料流通道除進料口外其他通道全封閉，最大程度解決粉塵污染問題。（3）卸車設備整體以及軌道基礎投資造價比翻車機系統低很多。（4）垂直螺旋卸車機可以實現全程無人自動化進行卸車作業，定位系統完成車輛位置定位，由PLC控制系統控制完成卸車。

封閉式垂直螺旋卸車機缺點如下：（1）集料裝置外形是圓形，作業過程中敞車車廂四角會殘余物料，無法全部清除物料。螺旋卸車機和鏈斗式卸車機一樣存在此問題，如果想全部把物料清理干凈，則需另外再單獨配置一臺清車機專門進行清理余料。（2）受集料裝置限制，垂直垂直螺旋卸車機無法對粒度超過200mm的大塊物料進行卸車。