帶自動(dòng)落鎖裝置的漏斗車底門開閉裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

摘要：介紹了出口幾內(nèi)亞的氧化鋁粉漏斗車底門開閉裝置的布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該底門開閉裝置突破了以往開閉裝置機(jī)構(gòu)復(fù)雜、與車體關(guān)聯(lián)部位較多、工藝性差、制造和裝配精度較難控制等缺點(diǎn)，在保證使用需求的同時(shí)，其新穎的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以作為同類散粒貨物運(yùn)輸車的設(shè)計(jì)參考。

關(guān)鍵詞：漏斗車；底門開閉裝置；機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U463 收稿日期：2022-12-15

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.02.008

1 漏斗車上裝下卸結(jié)構(gòu)

國(guó)內(nèi)外關(guān)于散粒貨物鐵路運(yùn)輸車輛主要有三種形式：機(jī)械卸料式鐵路車輛、重力卸料式鐵路車輛及氣力卸料式鐵路車輛［1-2］。出口幾內(nèi)亞米軌線路的氧化鋁粉漏斗車是石家莊車輛有限公司根據(jù)客戶需求研制的一種新型氧化鋁粉漏斗車，在幾內(nèi)亞米軌線路運(yùn)行，用于氧化鋁粉等散粒貨物的運(yùn)輸。該車型采用上裝下卸的裝卸料形式，屬于重力卸料與氣力運(yùn)輸卸料的結(jié)合，如圖1 所示。

該型漏斗車車廂頂部設(shè)有三個(gè)裝料口及一個(gè)觀察口，車廂底部設(shè)有三個(gè)卸料口，卸料口底部連接底門開閉裝置。該車內(nèi)部設(shè)有進(jìn)氣管路及流化床組成的氣力輸送系統(tǒng)，車廂底板面設(shè)計(jì)了一定角度，并設(shè)置導(dǎo)流脊背板。氣力輸送系統(tǒng)及脊背可將車廂分割成三個(gè)卸料區(qū)域，分別對(duì)應(yīng)一個(gè)卸料口，實(shí)現(xiàn)高效率卸貨。卸料場(chǎng)設(shè)有圖2 所示開門機(jī)構(gòu)，車輛到達(dá)指定位置后，進(jìn)氣口接通壓縮空氣，在氣力輸送系統(tǒng)作用下，車廂內(nèi)氧化鋁粉呈現(xiàn)流態(tài)化，向三個(gè)卸料口流動(dòng)。開閉裝置在卸料場(chǎng)開門機(jī)構(gòu)作用下將底門打開，完成卸料。

2 底門開閉裝置主要結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 漏斗車典型底門開閉裝置簡(jiǎn)介

我國(guó)漏斗車起步較晚，20 世紀(jì)70 年代開始研制，發(fā)展至今，正式投入使用的底門開閉裝置主要有“大刀式”開閉裝置、頂鎖式開閉裝置以及觸碰式開閉裝置［3-4］。

2.1.1“大刀式”開閉裝置

圖3 所示為“大刀式”底開門裝置，該裝置能夠較好地滿足當(dāng)時(shí)運(yùn)輸需求，但自鎖性能較差，車輛運(yùn)行途中可能造成底門誤開。后經(jīng)改進(jìn)，增加了2 級(jí)鎖閉，自鎖性能有所提高，但由于該裝置依靠大刀過死點(diǎn)的1 級(jí)鎖閉和偏心式的2 級(jí)鎖閉裝置自鎖，底門開啟時(shí)要壓縮貨物，開門壓力較大，實(shí)際應(yīng)用中容易造成出現(xiàn)底門無法打開現(xiàn)象。

2.1.2 頂鎖式開閉裝置

為發(fā)揮刀式偏心過四點(diǎn)鎖閉結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，克服其缺點(diǎn)，在“大刀式”開閉裝置基礎(chǔ)上研制了頂鎖式開閉裝置，如圖4 所示。頂鎖式開閉裝置開門只需克服底門壓力而產(chǎn)生的摩擦力和各傳動(dòng)件阻尼，打開底門所需力很小，即使散粒貨物經(jīng)長(zhǎng)途運(yùn)輸被振實(shí)后，打開底門所需的力變化也不大，且鎖閉可靠。這種開閉裝置已經(jīng)被應(yīng)用于多種車型，效果良好。

頂鎖式底門開閉裝置和“大刀式”底門開閉裝置均是利用偏心過死點(diǎn)原理實(shí)現(xiàn)鎖閉功能，僅在結(jié)構(gòu)上稍有調(diào)整，將原來由刀桿對(duì)下部軸形成的偏心過死點(diǎn)機(jī)構(gòu)，移動(dòng)到上部軸上，由上拉桿相對(duì)上部軸形成偏心過死點(diǎn)機(jī)構(gòu)。因此，兩種開閉裝置都存在機(jī)構(gòu)復(fù)雜、傳動(dòng)效率低、自重較大、卸煤效率低等不足。

2.1.3 觸碰式開閉裝置

隨著我國(guó)鐵路漏斗車運(yùn)輸量越來越大，漏斗車底門開閉裝置也得到不斷優(yōu)化改進(jìn)，研制出適合我國(guó)國(guó)情的性能先進(jìn)、卸貨效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的觸碰式底門開閉裝置。如圖5 所示，該開閉機(jī)構(gòu)采用四連桿開閉機(jī)構(gòu)，通過連桿機(jī)構(gòu)的過軸偏心距實(shí)現(xiàn)底門鎖閉，運(yùn)行中需要與卸貨場(chǎng)開門擋配合，實(shí)現(xiàn)車輛正反向行駛邊走邊卸、底門自動(dòng)開閉功能，可以加裝二級(jí)鎖閉裝置，提高運(yùn)行可靠性。

觸碰式開閉裝置適用于大宗散粒貨物運(yùn)輸且需要有專門的卸貨場(chǎng)地，在國(guó)內(nèi)外均有成熟運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且穩(wěn)定可靠。在車輛低速行駛過開門擋時(shí)，底門打開，邊走邊卸，卸貨效率高。該裝置采用純機(jī)械系統(tǒng)，無需動(dòng)力源，簡(jiǎn)單可靠，故障率低。

2.2 自動(dòng)落鎖底門開閉裝置主要結(jié)構(gòu)

該底門開閉裝置是氧化鋁粉車的核心部件之一，需與客戶卸料場(chǎng)料倉(cāng)及開門機(jī)構(gòu)配合使用，上述幾種底門開閉裝置均不能夠滿足該漏斗車的使用需求，因此，在保證密封良好、鎖止可靠、底門開閉省力、靈活的基礎(chǔ)上，將底門開閉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為圖6 所示的結(jié)構(gòu)。

該底門開閉機(jī)構(gòu)主要由底門、密封橡膠、外殼、支撐導(dǎo)向輪、伸縮桿、導(dǎo)向架、鎖止機(jī)構(gòu)、凸輪壓緊機(jī)構(gòu)、壓縮彈簧、滑塊、轉(zhuǎn)軸、鎖止輪、把手及固定架組成。通過螺栓將開閉機(jī)構(gòu)固定于卸料口法蘭及側(cè)梁上，使其與車體獨(dú)立，維護(hù)保養(yǎng)方便。

凸輪壓緊機(jī)構(gòu)保證底門上密封橡膠始終與卸料口貼合，防止車輛運(yùn)行過程中有鋁粉滲漏。開閉過程中支撐導(dǎo)向輪為底門提供支撐及導(dǎo)向作用。導(dǎo)向架為伸縮桿提供支撐及導(dǎo)向作用。鎖止輪安裝在把手上，把手、伸縮桿及滑塊均通過螺栓連接。滑塊及底門通過壓縮彈簧連接。導(dǎo)向座及鎖止機(jī)構(gòu)通過轉(zhuǎn)軸鉸接，鎖止機(jī)構(gòu)可以繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。

2.3 工作原理

當(dāng)車輛移動(dòng)到卸貨場(chǎng)規(guī)定位置后，卸料場(chǎng)開門機(jī)構(gòu)升起，將鎖止機(jī)構(gòu)打開（圖7），油缸伸出，將掛鉤掛住把手，把手在油缸作用下外移，帶動(dòng)伸縮桿及滑塊外移，同時(shí)壓縮彈簧逐漸還原。在外力持續(xù)作用下，彈簧帶動(dòng)底門外移，直至底門完全打開，實(shí)現(xiàn)開門動(dòng)作。

底門關(guān)閉過程中，卸料場(chǎng)開門機(jī)構(gòu)不再作用于把手?，F(xiàn)場(chǎng)卸料工人人工推動(dòng)把手向內(nèi)移動(dòng)，把手上鎖止輪打開鎖止機(jī)構(gòu)。把手帶動(dòng)伸縮桿及滑塊持續(xù)向內(nèi)移動(dòng)，使壓縮彈簧逐漸壓縮，帶動(dòng)底門向內(nèi)移動(dòng)。底門達(dá)到關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，外力持續(xù)作用于把手，此時(shí)底門不再移動(dòng)，壓縮彈簧持續(xù)被壓縮，直至鎖止輪越過鎖止機(jī)構(gòu)，鎖止機(jī)構(gòu)在重力作用下自動(dòng)落鎖，外力不再起作用，實(shí)現(xiàn)關(guān)閉底門動(dòng)作。此時(shí)壓縮彈簧處于壓縮狀態(tài)，在彈簧壓縮恢復(fù)力的作用下，凸輪壓緊機(jī)構(gòu)保證底門與卸料口緊密貼合，保證底門始終處于密封狀態(tài)。

3 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)分析

底門開閉機(jī)構(gòu)是散粒貨物漏斗車實(shí)現(xiàn)快速卸貨的重要工具，由于設(shè)計(jì)、制造等原因?qū)е略谛读蠄?chǎng)出現(xiàn)底門打不開、關(guān)不上或者運(yùn)輸途中出現(xiàn)意外打開等情況，給鐵路貨運(yùn)造成不利的影響［5-6］。此外，由于本車輛用于運(yùn)輸散粒貨物（氧化鋁粉），車輛運(yùn)輸途中底門密封不嚴(yán)導(dǎo)致貨物泄漏也是最常見的故障類型，因此，開閉機(jī)構(gòu)防止鎖止效果及密封效果的結(jié)構(gòu)關(guān)系到整個(gè)車輛的使用性能。

3.1 鎖止效果分析

3.1.1 鎖止機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程

如圖8a 所示，在外力F 作用下鎖止機(jī)構(gòu)繞轉(zhuǎn)軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，鎖止機(jī)構(gòu)打開，鎖止作用失效；如圖8b 所示，外力F1 作用于把手上，底門外移，此時(shí)鎖止機(jī)構(gòu)在重力作用下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)把手移動(dòng)到圖8c 位置時(shí)鎖止輪與鎖止機(jī)構(gòu)背板脫離，鎖止機(jī)構(gòu)回復(fù)原位。

圖9a 中，在外力F 作用下把手向內(nèi)移動(dòng)，當(dāng)鎖止輪與背板接觸時(shí)，鎖止機(jī)構(gòu)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)到達(dá)圖9b 所示的位置，外力F 持續(xù)作用，把手繼續(xù)向內(nèi)移動(dòng)，當(dāng)鎖止輪與背板再次脫離接觸時(shí)，鎖止機(jī)構(gòu)在重力作用下順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)到達(dá)圖9c 所示的位置，實(shí)現(xiàn)鎖止動(dòng)作。

3.1.2 鎖止效果分析

鎖止輪對(duì)鎖止機(jī)構(gòu)作用力為F，鎖止機(jī)構(gòu)重力為G。由圖10 可知，力F 與力G 對(duì)鎖止機(jī)構(gòu)的作用力矩均為順時(shí)針方向，鎖止機(jī)構(gòu)不能打開，鎖止效果良好。

3.2 凸輪壓緊機(jī)構(gòu)

如圖11 所示，滾輪與底門背板斜面組成凸輪機(jī)構(gòu)，此時(shí)壓縮彈簧處于壓縮狀態(tài)，在彈簧恢復(fù)力的作用下，背板斜面與滾輪始終處于接觸狀態(tài)，進(jìn)而使底門始終與卸料口貼合，起到壓緊密封作用，避免在車輛運(yùn)行過程中因?yàn)檎饎?dòng)或氧化鋁粉重力作用使底門與卸料口存在縫隙，造成氧化鋁粉泄漏。

4 技術(shù)特點(diǎn)

a. 由于凸輪壓緊機(jī)構(gòu)的作用，車輛運(yùn)行過程中底門始終處于密封狀態(tài)。

b. 鎖止機(jī)構(gòu)與鎖止輪配合使用，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)落鎖。

c. 該機(jī)構(gòu)采用純機(jī)械系統(tǒng)，無需車輛配置動(dòng)力源，與車體相互獨(dú)立、簡(jiǎn)單可靠、故障率低、維護(hù)保養(yǎng)方便。

5 結(jié)語

本文闡述的底門開閉機(jī)構(gòu)制作完成后，分別進(jìn)行了開閉、誤開門、密封等多項(xiàng)試驗(yàn)，試驗(yàn)效果良好。試驗(yàn)結(jié)果表明，該底門開閉機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、開閉靈活、密封良好、鎖止可靠，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

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作者簡(jiǎn)介：

朱曉松，男，1988 年生，工程師，研究方向?yàn)檐圀w結(jié)構(gòu)。