摘要：针对黄骅港三四期四翻式翻车机主要翻卸C80、C80B车型时压车装置压紧车皮位置的低位信号故障频次较高情况，深入研究了设备相关部分的机构原理，剖析了重复故障产生的根本原因，提出并实施了可拆卸压车装置消除故障隐患的实用技术方案。实践证明，可行的实用对策在高效作业模式过程显得尤为重要，破解设备重复故障，为保证翻车机压车设备的安全运行创造了良好条件，也一定程度提升设备运行效率。
关键词： 翻车机; 拆卸; 压车装置;重复故障
Abstract: Four car dumper for three or four main dumping C80, C80B models needed device compact wagon position of low signal failure frequency is higher, further study of the relevant part of the body equipment principle, analyzes the repeat the root cause of the malfunction, proposed and implemented a removable device needed to eliminate the problems of practical technical scheme. Practice has proved, practical and feasible countermeasures in efficient operation mode process is particularly important, repeated failures, cracking equipment to ensure the safe operation of car dumper equipment needed to create a good condition, and to a certain extent, promote efficiency of equipment operation.
Keywords:Car dumper; Disassembly; Clamp device;Repeated failures
1 引言
黄骅港作为国家能源集团西煤东运、北煤南运的出海口，装卸产量依附于设备的完好程度。其煤码头卸车设备系统主要由翻车机、皮带机、堆料机、筒仓等组成。翻车机是卸车生产设备的重要组成部分，其作用是对火车车厢内的物料进行翻卸，将煤卸至漏斗，经皮带转运至各个堆场堆放点或者筒仓。
黄骅港翻车机现翻卸C64、C70、C80、KM98车型，三四期四翻式翻车机主要翻卸C80、C80B车型。自三四期工程翻车机系统生产运行以来，四翻式翻车机卸车节数多、时间少、产量多，大幅提升卸车生产产量，提高卸车作业效率。受运量逐年递增、铁路机车编组等多种因素的影响，影响翻车机正常作业的问题经常出现，从而对翻车机压车装置提出了更高的标准要求。同时实际生产作业过程中，压车装置压紧车皮位置的低位信号异常，故障频次较高，严重影响卸车作业效率。
通过采取科学、简单的方式，创新四翻式O型翻车机接触式可拆卸压车装置实用技术，减少压车装置信号不稳的重复故障，降低人员维修安全风险，缩短设备重复故障时间，提升卸车作业效率。
2 研究背景
港务公司设备检修员处理此类问题的主要方法为：现场爬到火车车厢顶部，用手锤砸掉压车机构卡煤；
通过远程摄像头检查压车装置是否抬起，如果抬起有低位，临时程序封点；检查压车装置内部弹簧是否断裂，如果断裂，程序封点至维修人员更换新的压车装置。
从以上方法中可以看出传统的压车装置易卡煤并且内部机构易损耗，人员维修效率低下，并且存在电气封点的安全隐患，严重影响港口卸车的作业效率。因此有必要对其机械结构改进，提高作业效率，节省人力维修成本。
3 研究与应用
3.1原有压车检测装置信号不稳定
黄骅港三四期工程卸车系统由CD10、CD11、CD12、CD13翻车机组成，采用国际领先的O型四翻式翻车机，额定能力为7680t/h，设计应力循环次数大于300万次，最大翻卸次数为27次/h。自投产以来，由于作业时间短、卸车产量高，长时间处于高速运转状态。铁路混编车型重组，极大的缩短对重排空时间，也对现场设备的使用性能提出更高的要求。四翻式翻车机由A翻和B翻组成，16个压车装置分布在A翻入端、A翻出端、B入端、B翻出端四个区域。原有压车装置（见图1）由圆柱压紧机构、压车弹簧、附属钢结构三部分组成。翻车机非工作状态下由于圆柱压紧机构自重会拉紧压车弹簧，在翻车机工作状态下，靠车板伸出、压车梁落下时，压车装置的圆柱压紧机构会紧贴火车四个边角,从而固定火车车皮，保证翻车机翻卸至160°左右，使煤炭正常接卸。在高强度生产作业过程中，原有倒T型压车装置易出现机械结构损坏，造成检测装置信号不稳定，导致程序控制翻车机无法正常翻卸，严重影响翻车机作业效率。
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图1翻车机原有倒T型装置结构图
3.1.1线面接触应力集中造成压紧机构损坏
黄骅港三四期四翻式翻车机原有倒T型压车装置由于压紧机构为圆柱状结构，火车车厢四角为面状，使压紧机构与火车车厢四角接触为线面接触，一定程度造成接触受力集中，存在压紧机构圆柱部件损坏的实际问题。目前黄骅港三四期一台四翻式翻车机作业108节大列火车的重车需27个循环，16个压车梁每个循环均需压下。压车装置的频繁动作也加剧压紧机构损坏频次。
机械设计运动副按照接触形式分为点点接触、线线接触、面面接触、点线接触、点面接触、线面接触六种。两构件通过面接触而构成的运动副统称为低副。两构件通过点接触或线接触而构成的运动副统称为高副。高副机构因为是点、线接触，点，线处往往受到较大的压力，容易磨损，承载能力弱，稳定性差，所以用面接触的低副来代替，能承受较大压力，又因为接触面大，所以稳定性好。利用面面接触承力大、稳定好的原理，改进压车机构（见图2），使面与面的接触可以代替线与面接触的应力集中问题，减缓压车装置损坏的概率。
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图2翻车机改进压紧机构结构图
3.1.2 积煤进入不易清理造成压车弹簧损坏
黄骅港三四期四翻式翻车机在翻车作业的生产运行过程中，翻卸的煤炭极易进入原有倒T型压车装置内部，积累在垂直轴与弹簧缝隙处，直至全部挤满，由于压车装置每个翻车循环均会动作，导致内部积煤受热，与压车弹簧反复摩擦产生热量，一定程度损坏弹簧，造成弹簧断裂，导致压车装置机械结构失效，既影响压紧效果，又容易造成控制元件的电气检测信号异常导致运行设备停滞。
圆形截面圆柱螺旋压缩弹簧特性线呈线性，刚度稳定，结构简单，制造方便，应用较广，在机械设备中多用作缓冲、减振，以及储能和控制运动等。原有倒T型压车装置内置弹簧外径40 mm，改造的压车弹簧外径要大于压紧机构50mm的垂直轴，便于套在垂直轴外侧，因此选择外径60mm的弹簧。由于高强度弹簧钢压缩弹簧许用切应力（见表1）与拉伸弹簧许用切应力（见表2）与材质有关，因此弹簧受力影响不大。这样改进的压车弹簧，使其从原有倒T型压车装置垂直空心轴内部衍化至压紧装置垂直实心轴外侧，有效消除积煤与弹簧摩擦的问题。
表1 压缩弹簧许用切应力τp（摘自GB/T 1239.6-1992）
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注：1.τs——试验切应力，бs——试验弯曲应力，бb——材料抗拉强度。
2.本表的单位是MPa。
表2 拉伸弹簧许用切应力τp（摘自GB/T 1239.6-1992）
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注：1.τs——试验切应力，бs——试验弯曲应力，бb——材料抗拉强度。
2.本表的单位是MPa。
自黄骅港三期翻车机2012年投产以来，四翻式O型翻车机压紧机构、压车弹簧的损坏次数频繁，造成整个压车装置损坏率大幅提升，需要整体拆卸更换且需准备一定量的同类压车装置更换。但从成本经济型、实用性角度考虑，原有压车装置费钱、费力且加工制作需要一定时间周期；从设计方面看，采用互换原则设计和生产标准零件、部件，可以简化改进装置的绘图、计算等工作，缩短改进件的设计周期；从使用方面看，不需辅助加工和修配，可以用同样规格型号的零件换上，所以能减轻翻车机维修人员的劳动强度，缩短备件维修周期。因此改进为可拆卸、可维修的新式压车装置，一定程度降低四翻式O型翻车机压车装置故障时间，提升压车装置维修效率。
3.1.3 干雾系统造成压车装置机构锈蚀
黄骅港三四期四翻式翻车机原有采用倾翻侧干雾管路水嘴喷淋方式进行煤炭抑尘处理，后随着港口环保要求，三四期翻车机增加非倾翻侧干雾管路喷淋，加之煤炭本质长效抑制尘技术，使翻车机源头煤尘得到有效的抑制。但是在现场的设备检修、维护过程中发现，压车装置在翻车的每个循环需要经受干雾喷淋，设备长时间运行出现点蚀、裂纹等安全隐患，不利于翻车的安全进行。为此，技术人员通过在压车装置电磁控制装置表面加装罩子、更换压车装置陶瓷杠杆、增加压车装置杠杆外圈防尘罩、优化压车装置信号线、增加控制线铁质护管、做好整体密封等进一步减少压车装置锈蚀现象。
3.1.4 其他原因造成压车装置机构损伤
黄骅港三四期四翻式翻车机属于目前黄骅港最先进的翻车机，作业效率高、作业量大、日常检修时间少，在日常作业过程中存在铁质杂质与压车装置线路干涉损伤、固定螺母松动、部件机构偶然性损伤等情况，加之作业量过大、冬季未及时热车作业等相关因素影响，也会对压车装置机构造成一定程度的损伤。
3.2接触式可拆卸压车装置
3.2.1接触式可拆解压车装置机械结构
根据三四期四翻式翻车机原有的倒T型压车装置结构，以提升设备稳定运行效率为主要目的，设计一套新的压车检测装置。该压车装置包括固定架（10）和压紧件（11），所述固定架（10）形成有封闭空腔（101），所述压紧件（11）上套设有弹簧（12），所述压紧件（11）穿过所述固定架（10）并使所述弹簧（12）位于所述封闭空腔（101）内，所述压紧件（11）能够沿其轴向相对于所述固定架（10）在所述弹簧（12）处于压缩状态的第一位置和所述弹簧（12）处于自然伸长状态的第二位置之间移动。本压车装置通过压紧件与高强度弹簧在密闭空间协同作用来压紧车皮，能够有效解决卡煤、压紧装置回弹不到位、压紧轴断裂、压紧端晃动等造成低位信号异常的问题，提高三四期翻车机的作业效率，保障设备的安全性能。此装置主视图（见图3）、左视图（见图4）如下所示。
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图3翻车机接触式可拆卸压车装置整体结构图
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图4翻车机接触式可拆卸压车装置分解图
10 固定架 101 封闭空腔
102 顶板 103 底板
104 侧板 11 压紧件
111 轴杆 112 外套
1121 底壁 1122 周壁
113 腔室 114 限位件
12 弹簧 13 连接部
本装置通过使压紧件11与高强度的弹簧12在密闭空间（即封闭空腔101）内协同作用来压紧车皮，所述固定架10包括顶板102、位于所述顶板102下方的底板103以及位于所述顶板102和底板103之间用于连接所述顶板102和底板103的四个侧板104，所述顶板102、底板103和四个侧板104一起限定形成所述封闭空腔101。
为了使所述压车装置能够灵活拆卸，实现装置的反复利用，且便于及时更换维修，至少一个所述侧板104与所述固定架10可拆卸连接。作为优选，将其中一个所述侧板104设置为与所述固定架10可拆卸连接。
对于所述侧板104与所述固定架10的可拆卸连接方式，所述侧板104形成为抽拉板，所述固定架10上形成有供所述抽拉板滑动的导轨。位于所述固定架10前方的侧板形成为抽拉板，位于所述固定架两侧的侧板前端设置为竖直延伸且分别沿朝向彼此的方向突出，以形成所述导轨，所述抽拉板能够沿竖直方向相对于所述固定架上下移动。
本装置中，所述压紧件11包括轴杆111和外套112，所述外套112连接于所述轴杆111的下部并与所述轴杆111一起限定能够容纳所述弹簧12的腔室113，以便于弹簧伸缩。
进一步地，所述外套112包括底壁1121和从该底壁1121竖直向上延伸的周壁1122，所述底壁1121、周壁1122与所述轴杆111一起限定形成所述腔室113。
所述底壁1121呈圆形，所述周壁1122形成为圆筒状，所述底壁1121的直径大于所述周壁1122的直径。此外，所述固定架10上设有供所述轴杆111穿过的第一通孔和供所述周壁1122穿过的第二通孔，所述第一通孔形成于所述顶板102，所述第二通孔形成于所述底板103，所述底壁1121位于所述底板103下方。这样当所述压紧件11的底面压在车皮上，并沿其轴向从所述第二位置移动到所述第一位置时，可以避免所述底壁1121穿过所述第二通孔。
为了避免当所述弹簧恢复至自然伸长状态时所述压紧件11向下与所述固定架10脱离，还在所述轴杆111上安装有限位件114。该限位件114可以是位于所述固定架顶板102上方且通过螺纹连接于所述轴杆111的锁紧钢圈。
由于翻车机包括压车梁、安装于所述压车梁的接近开关和多个压车装置以及控制单元，控制单元能够接收所述接近开关的感应信号并控制所述翻车机的操作，所述固定架10安装在所述压车梁上，所述压紧件11上安装有感应件，当所述压紧件11位于所述第一位置时，所述感应件与所述接近开关相对应；当所述压紧件11位于所述第二位置时，所述感应件远离所述接近开关。
其中，所述固定架10可以包括连接部13，该连接部13可以通过螺栓连接于所述压车梁。
此装置主要由压车装置钢结构架、抽拉钢板、压紧机构、高强度弹簧、锁紧钢圈组成，将高强度弹簧紧固在圆柱状压紧机构上部，由下部套入压车装置钢结构架内部，用锁紧钢圈固定，将抽拉钢板安装在压车装置钢结构架外侧，用于防止煤块进入卡住弹簧。抽拉钢板的应用大大减少压车梁卡煤现象发生，一定程度消除了三四期翻车机压车梁机械结构卡煤的重复性小故障。
3.2.2接触式可拆解压车装置工作原理
维修人员通过左右两端上下各两个10.8级高强螺栓紧固压车装置。在火车驶入三四期四翻式O型翻车机内部时，靠车板伸出、压车梁落下，控制装置检测此时各类压车信号准备翻车。在准备翻车时，多个所述压车装置分别与多节火车车厢四个角进行接触，随着压车梁的下压，弹簧在固定架的封闭空腔内压缩产生最大形变量时，压紧件从第二位置移动至第一位置压紧车皮，此时压车梁处于低位，通过接近开关感应此时感应件的位置，将感应信号反馈至控制单元，由控制单元控制翻车机的操作。
当翻车结束后，压车梁抬起时，压紧件与车皮分离，压车装置内的弹簧由最大形变恢复至自然状态，保证压车装置回弹到位。由于弹簧一直位于封闭空腔内，因此可有效防止翻车过程中煤块进入弹簧造成其卡死、回弹不到位的情况发生，有效解决压车装置长期卡煤的问题，提高设备稳定运行效率。
此装置日常存放时需要维修人员将锁紧钢圈螺纹拧到压紧机构上部螺栓底部；安装时，维修人员用螺栓紧固压车装置钢结构架两侧螺栓孔，将锁紧钢圈螺纹拧到压紧机构螺栓中部，此时压紧机构下部圆柱由于高强度弹簧及自重作用与压车装置钢结构架底部会存在一定高度差，并不妨碍火车车头及车厢通过。
3.2.3接触式可拆解压车装置应用效果
目前，应用于黄骅港四翻式O型翻车机接触式可拆解压车装置与其他煤炭港口同类设备对比发现，此装置能否克服煤炭种类多、煤块形状各异的问题，且可拆解的性能领先于其他港口压车装置。目前国内外相关翻车机压车器结构，各种压车机构种类繁多，但基本都是整体更换，并不考虑备件的可替换性和成本的节约性，黄骅港的此类压车装置有整体更换优越性、备件替代节约性、人员更换高效性。该翻车机压车装置钢结构由槽钢和圆管制作，结构原理简单、加工制作成本低、操作方便，完全满足作业的需求。此翻车机压车装置可以通过圆柱状压车机构压紧车皮，减少了原有倒T型压车端卡煤进煤的问题；采用可灵活拆卸式圆柱压车机构，实现了圆柱压车机构的反复利用，便于及时更换维修，降低了维修安全隐患；采用高强度弹簧和圆柱杆在密闭空间上下伸缩活动的压车方式，实现了压车机构稳定固定车皮的能力。通过此压车装置，每天低位信号异常故障次数降低近一倍，并且需用维修人数由原来的4人也减至现在的2人即可，节省了维修资源，实现人员安全维修、设备高效生产的双重目的。
黄骅港三四期O型四翻式翻车机压车装置通过统计原有倒T型压车装置的故障情况、分析原有压车装置受力不均、积煤较多、整体更换不方便的缺点，改进成接触式可拆卸压车装置，有效解决原有压车装置的重复性故障，提升设备作业效率，保证设备节能降耗。此压车装置投入应用后，故障率相比以前降低近一倍。每次现场点检时，只需要打开可移动罩子检查弹簧和钢结构完好程度；更换时，只需要拆卸左右两端各两个固定螺栓，即可完成。通过近一年的现场使用，此装置运行平稳，能够满足现场使用需求。
4 结论
黄骅港四台O型四翻式翻车机压车梁改造解决了压车梁常见小故障，为翻车机作业节省了时间。四台翻车机节省的故障时间内提升设备长时间安全运行效率，创造了可观的经济利润。翻车机压车装置改造，不仅仅是降低设备能耗，又利于节省费用建设翻车机干雾除尘、底层洒水，为地方环保做出了一定的贡献。
参考文献：
[1]李国斌.机械设计基础[M].北京：机械工业出版社，2010.
[2]王新敏.ANSYS工程结构数值分析[M].北京：人民交通出版社，2007.
[3]张英会，刘辉航，王德成.弹簧手册（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2008.
[4]中国机械工程学会，中国机械设计大典编委会，北京英科宇科技开发中心.机械设计手册（电子版）[M].北京：电子工业出版社，2007.
[5]杨曙年，张新宝.互换性与技术测量[M].武汉：华中科技大学出版社，2015.
[6]王金福,李继.翻车机卸车系统的改进[J].起重运输机械，1999，7（11）:33-35.
作者简介：周庆学（1987-），男，工程师，2012年毕业于辽宁工程技术大学机械工程及其自动化专业，现在神华黄骅港务有限责任公司设备保障中心维修车间技术员岗位工作，负责港口大型设备维修工作。
论文作者:周庆学
论文发表刊物:《电力设备》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/22
标签：翻车论文; 所述论文; 装置论文; 弹簧论文; 压紧论文; 作业论文; 可拆卸论文; 《电力设备》2020年第1期论文;