四翻串聯式轉子翻車機卸車工藝系統研究

柳玉濤，魏夢嬌，陳明玉

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

引言

翻車機是一種機械化的鐵路卸車設備，適用于港口和冶金、化工、電力等行業運輸量大的散裝燃料、原材料和其他散裝物料卸車系統中，在國內外已得到了廣泛的應用。2004年，國投交通公司擬在曹妃甸建設煤炭下水碼頭工程，鐵路接卸量將達到10 000萬t/年，分兩期進行建設，卸車系統設備共4臺套四翻串聯式轉子翻車機卸車系統[1]。自從國投曹妃甸港采用第一臺四翻翻車機卸車系統以來，國內港口共實施了13臺套四翻翻車機卸車系統。四翻翻車機卸車工藝系統自投產后，運行穩定，性能可靠，作為世界上第一臺最大能力的鐵路卸車設備值得推廣和應用。

圖1 翻車機

1 研究前提條件

1.1 設計車型

表1 C80旋轉鉤敞車，專用列車，車型主要尺度

1.2 機車

表2 機車的控制性數據

1.3 列車編組及重量

列車編組重量20 000噸，4個機車牽引200-204輛C80敞車。牽引機車布置方式為2輛機車牽引100-102輛C80車+2輛機車牽引100-102輛C80車。

2 四翻式翻車機卸車工藝系統研究和開發

2.1 四翻式翻車機卸車系統適時應用

翻車機作為專業化煤炭裝船碼頭工程中的核心設備，翻車機機型的選擇隨著年卸車量不斷增加、車型技術不斷創新和車列編組變化而實時變化。卸車工藝設計與卸車設備選型關系密切，沒有裝卸工藝需求也就沒有裝卸設備，裝卸設備應適應并滿足裝卸工藝要求。

以大秦線為例，早期運行的車型主要為C61、C63和C70等，車輛載重量60～70噸，每臺機車牽引50～70節車列（～5 000t）混編非旋轉車鉤車列，從50節車列，到70節車列整整花了近15年時間[2]。

隨著車型制造技術的進步，鐵路線路上開始出現C80專列，每輛車載重量為80噸，每臺電力機車牽引108節車列，除秦皇島港外的其他港口仍運行著載重5 000t混編非旋轉車鉤車列；2000年以后大秦線上全部運行20 000t標準化專列列車編組，車型為C80（旋轉車鉤），每輛車載重量80噸，配備4臺電力機車，每2臺機車牽引102節車列。列車運行速度也由60 Km/h提高到120～160 Km/h。

秦皇島港最早建設的煤一期工程采用單轉子翻車機卸車系統，設計車型為C50、C61和C62等混編車型，每小時的卸車效率為22～25節車輛，單臺翻車機年卸車量約500萬t；煤二期采用串聯式雙翻“C”型轉子翻車機，每小時卸車效率約為60～66節車輛，單臺翻車機年卸車量約1 050萬t；秦皇島港的煤三期、煤四期和煤五期工程采用了三翻轉子翻車機的機型，主要設計車型為C80單元列車，單臺三翻轉子翻車機每小時的卸車效率為81節車輛，根據配備翻車機卸車線數量不同，煤三期年卸車能力為3 000萬t，煤四期4 000萬t和煤五期5 000萬t[3]。

根據秦皇島港翻車機使用狀況，三翻轉子翻車機的機型存在不合理結構，在實際生產中曾出現過焊縫開裂、平臺大梁斷裂等設備事故；又為了提高卸車能力，完成規定的年卸車量要求，造成過度使用翻車機卸車系統，翻車機系統利用率高達60%以上（最高達63-68%），造成翻車機系統設備完好率降低，使用壽命降低到8～10年，增加了卸車系統工程維修費用和使用成本。

國投曹妃甸煤碼頭工程設計規劃中，總結了秦皇島港翻車機使用情況和存在問題，為避免出現翻車機轉子出現結構開裂、大梁斷裂事故等發生，更為提升煤炭碼頭工程市場競爭力和節省工程投資，最終決定采用四翻串聯式轉子翻車機卸車工藝方案。

從1981年至今，港口翻車機卸車系統從單轉子翻車機、雙翻“C”型轉子翻車機、三翻轉子翻車機，到四翻串聯式轉子翻車機系統，從50～70車混編摘鉤車列，到10 000～20 000t C80專列，年卸車能力從1 000萬t發展到5 000萬t，這是中國港口建設者們大膽創新，應用新工藝、新設備、新技術，從而促進翻車機卸車系統進步的結果。

2.2 四翻串聯式轉子翻車機卸車工藝系統平面布置

四翻串聯式轉子翻車機卸車系統包含翻車機主體端環（含端部加強圈 ）、三大梁（平臺梁、靠車梁和連系梁）、車廂壓車裝置、轉子驅動裝置、以及支撐端環的托輪組組成。此外，系統配套設備還包括牽引列車的定位車、空車線/重車線的夾輪器、空車線/重車線動態軌道衡以及維修用橋式起重機等。

四翻式翻車機由A、B兩臺雙翻式翻車機串聯組成，兩臺雙翻式翻車機既可同時進行翻車作業；還可以保證任何一臺雙翻翻車機單獨進行翻車卸作業。其適應的最大列車編組為2萬t列車，每列車編組為200-204輛C80敞車，由4輛8k型電力機車牽引。4臺機車分別牽引2組10 000 t重車車列（2輛機車牽引100-102輛C80車+2輛機車牽引100-102輛C80車）。

按C80車輛計算，每臺套卸車系統的煤炭年卸車量達到2 600-2 700萬t。

四翻串聯式轉子翻車機卸車系統總平面布置圖見圖2。

圖2 四翻串聯式轉子翻車機卸車系統平面布置示意圖

2.3 四翻串聯式轉子翻車機卸車工藝系統

1）翻車機作業工藝方式：

四翻串聯式轉子翻車機具有三種工作工況：

工況1：A、B兩臺雙翻翻車機同步作業；

工況2：A翻車機作業，B翻車機不作業；

工況3：A翻車機不作業，B翻車機作業。

圖3 四翻串聯式轉子翻車機卸車系統工藝斷面圖

2）翻車機作業工藝過程：

翻車機卸車作業工藝過程根據列車前面牽引機車1個或2個以及列車停車定位不同會有變化。下面僅就前牽引為2臺機車，卸車定位工藝過程進行說明如下：

定位車在停止位啟動，并向后巡鉤，主臂在列車第3節車廂和第4節車廂之間車鉤處落下，定位車牽引著機車及后面的整列車廂（簡稱“定位車前推后牽著列車”）至定位車牽車停止位。夾輪器夾緊，固定臂下落，定位車收回主臂并退回，定位車主臂到達列車第9節和第10節車廂之間車鉤處時，落下定位車臂；固定臂抬起，同時夾輪器松開，定位車再次向前牽引列車至機車和前兩節車廂位于翻車機外，夾輪器夾緊，定位臂落下，定位車主臂縮回。對機車和車廂進行摘鉤。摘鉤完全后，機車升弓啟動，駛離翻車機作業區域。

定位車主臂伸出，夾輪器松開，定位臂抬起，定位車向后牽引整列車廂，至前四節車廂位于翻車機內時停止牽引。進行第一次作業循環：靠車板伸出，壓車梁下壓，信號到位后，翻車機驅動翻轉啟動，進行翻卸物料，卸空后返回零位，壓車梁抬起至中位，靠車板縮回。定位車繼續牽引列車向前至定位車工作停止位，翻車機進行第二次循環作業。在鐵路機車駛離翻車機區域后，翻車機基坑內帶式輸送機啟動，待翻卸作業開始時，從翻車機上卸下的煤炭，進入翻車機下受料漏斗，漏斗給料系統向帶式輸送機進行給料，通過帶式輸送機和堆場堆料機，將煤炭送至預先選定的堆場堆存。

此后定位車按照“回退一組車輛的長度（4輛車），前推后牽著列車，將在翻車機平臺上的一組空車車輛推出翻車機的同時，將另一組重車（4車）車輛定位于翻車機內”的反復運行規律，直到將車輛全部送入翻車機。

對于列車最后的一組重車，通過使用定位車輔臂將車廂推入翻車機內進行定位，進行最后一個循環翻卸作業。全部卸車作業完成后，翻車機向中控和鐵路車站發送卸車完成信號。

定位車每向翻車機內送入一組車輛（4車）后將回退運行一次，在車廂定位準確后，定位車主臂縮回，位于翻車機進出口處的夾輪器和定位臂進行工作，并對列車進行控制。在夾輪器和定位臂控制列車期間，翻車機將進行翻卸車作業。

翻車機的作業動作依次為：鎖定翻車機內的車輛，正向旋轉，卸空車內的煤炭，反向旋轉，翻車機平臺上的車輛復位并解鎖。在翻車機每次翻卸作業完成，且定位車主臂伸出控制車廂后，夾輪器和定位臂將對列車解除控制，接著由定位車將卸空的車廂推出翻車機，同時將下一組車廂推送入翻車機內定位。翻車機與定位車、夾輪器和定位臂如此配合，反復運行，直到將全部車廂卸完。

在翻車機空重車鐵路線兩側上設置動態軌道衡，對進出翻車機車輛進行在線計量。在帶式輸送機上配有皮帶秤，對翻車機給料機給料量進行瞬時計量和實時調整。在漏斗側壁和翻車機前后梁上就位振動電機，提高冬季卸車的效率。

四翻串聯式轉子翻車機系統設備的循環周期為27次/小時。

3 結語

1）在卸車能力要求5 000萬t/年以上的超大工程中，四翻串聯式轉子翻車機卸車系統較其他類型翻車機系統，可以減少卸車線和鐵路線的建設，節省大量土地，投資相對比較合理，經濟效益很好。國投四翻串聯式轉子翻車機系統的實踐證明這種翻車機系統技術上是成熟的，使用也是成功的，前景很好。

2）我國從上世紀80年代初秦皇島港煤炭二期工程開始，在日照港煤碼頭、前灣煤碼頭、天津港煤碼頭、黃驊港煤碼頭和錦州港碼頭工程中，引進英國Strachan &Henshaw和德國Thyssen Krupp設計的”C”型串聯轉子翻車機卸車系統到目前為止已有20～30臺套卸車線，中國是個能源大國，研究各種翻車機卸車線的新技術、新工藝、新設備、新材料，并將其國產化是非常必要的。

3）國內所有翻車機卸車系統受料斗均單個獨立布置在翻車機托輪下，這種結構造成翻車機地下結構很深，地下基礎投資很大。就目前工程實踐，港口工程卸車系統工藝設計和布置經驗，或改變翻車機端環支承方式，或受料斗改變結構和容量，漏斗可以設計成槽形漏斗，給料機垂直BF帶式輸送機橫向布置方式等多種工藝設計，無疑淺地下結構會節省大量工程投資，而且施工難度降低，避免出現如管涌等施工事故發生。