煤箱平整装置.doc

1. 绪论 煤炭是大宗散装货物，运输在煤炭流通过程中占有重要的地位。我国煤炭运输主要依靠铁路，铁路煤炭运输量占全国煤炭总运输量70% 以上，随着煤炭生产建设重点西移和北移，铁路煤炭运输任务越来越重，故提高煤炭的运输效率迫在眉睫。煤炭的装载是影响运输效率的一个重要因素，然而在装载过程中，松散的煤料在车厢内形成锥形煤堆，导致松浮的煤料在运输过程中外漏，且偏载的车厢对高速行驶的列车安全性也带来严重威胁。 列车车厢在装载松散煤料时形成的锥形煤料堆容易在运输过程中外漏，且造成的偏载对高速行驶的列车安全性也带来严重威胁，传统的处理方法是依靠人工操作犁形工具将锥形煤堆摊平，但在煤料装载的运动过程中很难进行人工作业，必须得将列车停止，严重影响了运输效率，且工人劳动强度大，工作环境差。依靠人工操作犁形工具手动摊平劳动强度大、效率低。该文设计了一种煤车厢平整装置，该装置可以在列车装载的运动过程中，将列车内的煤料堆摊平，避免煤料外漏，实现了机械化和自动化，降低工人劳动强度，提高煤车运行安全性。 本文设计的煤车厢平整装置，具有推平并夯实运动的车厢内锥形煤堆的功能，且操作简便、运行安全，能够很好地解决煤料在运输过程中外漏和偏载等问题，提高运输效率，使列车在运煤过程中安全系数提高，并降低工人的劳动强度，减少环境的污染。1.1 目前现状 煤炭的运输主要是依靠铁路运输，运输过程中安全是第一位的，其次就是要考虑在运输过程中避免煤炭的沿途散落造成资源的浪费和对周边环境的污染。因此在运输煤炭之前对运煤车进行平整是很有必要的。 目前对煤箱的平整有人工平整和机械平整，但在许多小型厂矿主要还是进行人工平整，近几年运煤时许多厂矿还是一直采取人工的办法。图1.1是人工平整的图片。自从1992年地面生产系统外运装车站成立以来载煤车厢一直是人工平整。人工平整需要投入大量的人力和物力而且平车效率低，并且存在许多不安全的因素：如雨天、雨中平车和雪天、雪中平车伤害身体，人容易滑落、摔倒跌伤等；再如装冒热（烟）气的煤时人要忍受烟熏气烤等，同时人工装车也增加了装出每列车的时间，人工平整在2002年以前因为生产规模和煤炭销售的局限基本上适应了生产需要。2002以后随着国内煤炭销售形势好转以及外运装车需求量的增加，这种平车方式越加体现出它的局限性。因此，必须设计高速、高效、高质的车厢平整系统以便适应大生产、大运力的现代装车要求。 图1.1 人工平整1.2 国内外发展情况 目前在国内外也出现了许多煤厢平整装置，许多煤厢平整装置还在不断的完善和改进着，有一部分还在筹备中，就现在国内外许多大型煤矿产地还主要是采用由全苏铁道科学研究院研制的静力作用式装置滚子夯实器。这种平整装置主要由工作装置滚子，在顶部用框架连接的四个支腿（门座型式），起升机构，止动装置和控制系统组成。在工作时主要是靠滚子来把煤箱中的煤夯实，从而达到平整的目的。 全苏铁道科学研究院的这种平整装置是通过铰接的方式把工作部分滚子固定在由槽钢制成的吊架梁上，在吊架与滚子心轴的连接处，装有带滚动轴承的轴箱。吊架的两侧利用钢销铰接在框架的撑架上。为了增加吊架的刚性，用角钢制成的拉钩与吊绳连在一起。将滚子吊出铁路限界之外和将滚子置于工作状态，都靠一台35吨自锁式遥控铰车。滚子在非工作状态，由装在框架上的锁扣将其锁住。锁扣松开是机械式的(利用手动铰车)，从而有力于在这个装置下进行作业，保证了装车和调车作业安全。滚子夯实器工作部分滚子的直径，在每一具体情况下，根据所需的夯实高度确定。在滚子的空心筒中装填石渣或充灌沙子，以保证必须的重量。敞车在滚子夯实器下面的推进速度是根据过磅作业的需要，以及保证煤炭在敞车内全部得以均匀夯实而定。在最近几年国内也相继出现了许多煤厢平整装置，有些已经投入到生产中。但部分由于技术还未成熟在进一步的改进中。在国内出现的有由中国矿业大学研制还在筹备中的煤车厢液压平整装置，此装置主要由主机架、液压系统、操作室和安全监测系统组成。煤料平整装置的主机架如图1.2所示。此外还有部分平整装置的构想如由龙门架、两个液压缸、压煤辊、刮煤平整板和尾架的小型平整装置，其中，两个所述液压缸的缸体上端分别固定在所述龙门架的横梁上，两个所述液压缸的油缸活塞杆下端分别与所述刮煤平整板的前端铰接，所述压煤辊的辊轴安装在所述刮煤平整板的前端部，所述刮煤平整板的尾端与所述尾架铰接。上述两种装置还正在筹备中未真正投入到生产运行中，因此在国内这一块还有点空白，需要不断的努力。1.上框架 2.滚轮 3.轴承座 4.齿轮 5.联轴器 6.马达 7.销齿 8.销排9.轨道 10.液压缸 11.导向套筒 12.下框架 13.火车车厢 14.运动平台 15.支撑架图1.2 平整装置机架1.3 平整装置的重要性由于我国拥有大量的煤炭资源，煤炭开采后要运输到全国乃至世界各地，而煤炭的运输主要是通过铁路。铁路运输作为最重要的运输方式之一，因此在运输煤炭中考虑各种因素是很有必要的。在煤炭运输过程中防止煤炭的沿途散落是一个很重要的因素，煤炭沿途散落不仅会污染沿途的环境，更重要的是会造成资源浪费和列车运行的安全。因此在装完车运输煤炭前对煤厢进行平整是很有必要的。而人工平整效率太低且受到外界环境的干扰大安全系数小，因此研制一种新型简便运行可靠的煤厢平整装置迫在眉睫。1.3.1车厢平整的标准车厢平整的标准：(1) 煤面基本上无凹凸；这是最基本的要求。(2) 煤面在车厢外沿以下100mm到200mm，或者更低。这是防止高出车厢的煤，在运输途中被风吹去，失重。(3) 煤面要求平且实。 一般需要同时满足上述的3个条件。1.4 本文所做的工作本文所要做的就是设计合理货箱煤的平整装置，能够准确可靠运行。在此设计过程中首先是查阅相关的资料对货箱的基本构造以及承载做相应的了解，初定平整装置的结构和位置，在本文中主要是对平整装置的结构设计，行走装置的设计安装，并且对行走和支撑进行必要的设计计算，选择相应的连接，驱动装置，并对其进行结构确定和强度校核，最后确定方案编制设计说明书，并绘制工作原理图和主要的零件图。2. 平整装置方案设计2.1概述 在确定设计方案前首先得对各种运煤敞车和铁轨承重情况进行了解，对敞车的基本参数进行采集。通过敞车的结构对工作部分滚子的结构及其所处的位置和滚子在工作过程中所要注意的问题做初步的确定，通过敞车的结构尺寸来确定平整装置支撑结构的尺寸及运动部件所处的位置。2.1.1 车辆的基本情况图2.1 敞车类型早期铁路车辆都是两轴的，设备简陋。大宗货物运输的发展，要求货车的载重量不断增大。为此采取了两方面的措施。一是结合重型钢轨的采用，提高货车的最大允许轴重，从而在保持原有轴数的条件下增大货车载重量。例如美国铁路四轴货车的载重量已由大约30吨逐步增大到45吨、63吨和90.7吨（相应于轴重 11.7,16.1,25.0,29.8吨），少数车辆达到过 113吨（轴重35.7吨）。二是增加轴数，在基本保持原有允许轴重的条件下增大货车载重量。例如苏联铁路的八轴罐车和敞车，载重量分别达到120吨和125吨（最大允许轴重23.25吨）。用于运送特种货物的大货物车,最大的轴数多达32根,载重量高达500吨。除欧洲各国铁路尚有相当数量的载重1840吨的二轴货车外，其他国家的铁路货车均以四轴车为主，载重量多在6070吨左右，不少国家已完全淘汰了二轴车。列车重量的不断提高，除了要求车辆具有足够的强度外，还要求采用高强度车钩，大容量缓冲器和灵敏度高、可靠性好的列车制动装置。不少运输煤或矿石的单元列车，为了提高翻车、机卸车效率，在车钩缓冲装置中采用旋转式车钩。货车车厢有很多不同的种类，以适应在不同的场合使用。最初出现的货车是普通的棚车，车的四面好像是箱子一样，旁边有可以打开的敞门。（敞车,只有在四面有围板的车箱，用来运载可能滑下车厢的散装货物。有时亦用来运载集装箱。） 漏斗车：一种特殊的敞车，特点是可以在车厢的底部把货物卸下。用来运载煤炭、矿砂、谷物、水泥等货物。铁路敞车是运输煤炭等各种货物的主要工具。铁路货车由于不同的目的、用途及运用条件，使车辆形成了许多类型，但其构造基本相同，大体均由六部分构成：车体、车体架、走行部、车钩缓冲装置、制动装置、车辆内部设备。车体是车辆上容纳货物的部分，通常是一个封闭的空间，也有上面敞开的。车辆类型不同，车体结构也不同。车辆上的许多载荷都直接作用在车体上，因此车体必须具有必要的强度和刚度。车体由下面的走行部支承，两端装有车钩缓冲装置，内部根据需要布置各种设备。走行部是车辆借以在钢轨上运行的部分，有轮对、轴箱装置、弹簧和减振器、转向架的构架或侧架及其他梁件和杆件等零部件。四轴和四轴以上的车辆中，这些部件组装成前后两个转向架，因此对于这些车辆来说，走行部就是转向架。走行部应能保证车辆运行安全和平衡。车钩缓冲装置是车辆上实现与其他车辆或机车相互连结，并在列车运行和编组过程中传递和缓和拉伸力和压缩力的部件，由车钩和缓冲器及其他零部件组成，安装在车体两端的底架牵引梁内。制动装置是车辆上实现运行中列车减速或停车，保证列车安全运行的设备，由装在车体下部的制动主管、空气分配阀、制动缸等部件和装在走行部内的基础制动装置（制动梁、闸瓦等）组成。为保证单独停放时不致溜动，车辆上还装有手制动装置。车辆设备是车辆上为客货运输服务的附加设施，随车辆类型而异。如货车上的床板托、栓马环、绳栓、柱插以及供调车人员使用的脚蹬、扶手等。有载重、自重、轴数、轴重、每延米重量、内外部尺寸、车体比容、单位地板面积等。载重指正常情况下车辆允许装运的最大重量。自重指车辆自身的重量。载重与自重之和为总重。对于某些货车来说，在总重中还包括水、冰、燃料等的重量，即整备品重量。总重除以轴数所得的商称为轴重，除以车辆全长所得的商称为每延米重量。外部尺寸指车辆外廓的长、宽、高最大尺寸，其中长度是指两端车钩连结线间的距离，又称车辆全长。内部尺寸指货位内廓的长、宽、高最小尺寸。车体比容和单位地板面积分别指车体装货容积和地板面积对于载重的比。车辆尺寸取决于运输需要，同时受铁路限界的限制。在运输煤炭时主要是敞车，即是指具有端壁、侧壁、地板而无车顶，向上敞开的货车。若在所装运的货物上蒙盖防水帆布或其他遮篷物后，可代替棚车承运怕雨淋的货物。因此敞车具有很大的通用性，在货车组成中数量最多，目前全路共有敞车约30万辆，约占货车总数的50以上。主型通用敞车有C50、C65、C62、C62A、C61等。敞车按卸货方式不同可分为两类：类是适用于人工或机械装卸作业的通用敞车；另一类是适用于大型工矿企业、站场、码头之间成列固定编组运输，用翻车机卸货的敞车。2.1.2 下面是当前主要两种运煤敞车的参数：图2.2 C70敞车C70型敞车基本数据主要结构：该车主要由车体、转向架、车钩缓冲装置及制动装置等组成。车体为全钢焊接结构，由底架、侧墙、端墙、车门等部件组成。主要型钢和材料均采用Q450NQR1高强度耐候钢。 采用转K6型转向架或转K5型转向架。空气制动装置采用主管压力满足500kpa和600kpa的空气制动装置。主要有120型控制阀、直径为254mm整体旋压密封式制动缸、ST2-250型双向闸瓦间隙自动调整器、KZW-A型空重车自动调整装置、货车脱轨自动制动装置等组成。人力制动装置采用NSW型手制动机。车钩缓冲装置采用E级钢材质的17型联锁式车钩或新型车钩、MT-2型缓冲器及含油尼龙钩尾框托板磨耗板。主要用途：该车是供中国准轨铁路使用，主要用于装运煤炭、矿石、建材、机械设备、钢材及木材等货物的通用铁路车辆，除能满足人工装卸外，还能适应翻车机等机械化卸车作业，并能适应解冻库的要求。载重：70 t自重：23.8t容积: 77 m3换长: 1.3车辆长度: 13976 mm车辆最大高度: 3143 mm车辆定距: 9210 mm车辆通过最小曲线半径: 145 m轨距: 1435 mm商业运营速度: 120 Km/hC80型敞车基本数据图2.3 C80敞车主要结构：由车体、转向架、制动装置、钩缓装置等组成。车体为双浴盆式、铝合金铆接结构，主要由底架、浴盆、侧墙、端墙 和撑杆等部件组成。其中：底架（中梁、枕梁、端梁）为全钢焊接结构；浴盆、侧墙和端墙均采用铝合金板材与铝合金挤压型材的 铆接结构；浴盆、侧墙、端墙与底架之间的连接采用铆接结构。采用转K6型转向架或转K5型转向架。制动装置采用空气制动装置，同时设置了ECP电空制动系统的安装座。空气制动装置采用120型控制阀、203mm254mm整体旋压密封式制动缸、ST2-250型双向闸瓦间隙自动调整器、KZW-4G型或TWG-1型无级空重车自动调整装置、高摩合成闸瓦，手制动装置采用NSW型手制动机。车钩缓冲装置采用E级钢16号联锁式转动车钩、E级钢17号固定车钩、MT-2型缓冲器。 主要用途：适用于大秦线2万吨重载列车煤炭运输，能与秦皇岛煤码头的三、四期翻车机及附属设备相匹配，实现不摘钩连续翻卸作业；并能适应环形装车、直进直出装车、解体装车作业及运行时机车动力集中牵引要求。 主要技术参数： 载重(t): 80自重(t): 20 轴重(t): 25自重系数: 0.25 每延米重(t/m): 8.33 容积(m3): 87比容(m3/t): 1.09 商业运营速度(km/h): 100 车辆长度(mm):12000 车辆定距(mm):8200 车辆最大高度(mm):3793 车辆最大宽度(mm): 3184换长: 1.1 2.1.3 敞车厢煤面需要注意的问题： 图2.4 带有深角的载煤车厢 图2.5 四边凹中间凸凹凌乱的车厢 图2.6 四边凹中间平整的车厢如图：图2.4, 图2.5, 图2.6是装车后出现的比较典型的几种不规则的载煤车厢形状，这些形状貌似符合一般的装车车厢的要求，实际上背离了“外树形象”的装车质量标准。图2.4 带有深角的载煤车厢，边角最大容量高达一吨，而凸起的部分占据车厢表面大部分，有的凸起部分超出车厢表面200mm300mm，这不仅是不美观，而且不利于现场煤质采样人员在车厢表面跨车厢行走。图2.5 四边凹中间凸凹凌乱的车厢。该类型的车厢表面更缺少美感，而且容易被风吹煤散落地下。图2.6 四边凹中间平整的车厢。该类型的车厢表面虽具有一定的美感但依然存在上述车厢的不足和缺陷。2.1.4 钢轨承重图2.7 钢轨钢轨的作用是直接承受车轮传递的列车及其荷载的重量，并引导列车的运行方向。以编组60辆60吨敞车的车列为例，其载重加自重就有5000吨左右，更不用说那些万吨甚至十几万吨的重载列车。如此巨大的压力首先就落在钢轨的双肩上，可见钢轨必须具备足够的强度、稳定性和耐磨性。怎样的形状才能使钢轨能够肩负重任呢？在人们长年孜孜不倦地研究和探索中，终于确定了现在人们见到的工字形断面。钢轨断面的工字形，由轨头、轨腰、轨底三大部份组成。这个看似简单的工字，受力好、省材料，具有最佳抗弯性能。 钢轨的类型和强度以kg/m来表示。每米钢轨的质量越重，它所承受的荷载越大。世界上第一条铁路的钢轨为18kg/m，最重的钢轨在美国，重达77kg/m。我国现行的钢轨标准有50kg/m、60kg/m、75kg/m三种。为了提高线路的通过能力，我国铁路正逐步淘汰小重量钢轨，主要线路一般铺设60kg/m或75kg/m的重型钢轨。从理论上讲，钢轨的长度越长越好，既减少了接头的冲击和磨损，又减轻了铺设的劳动强度。然而，由于生产制造和运输的制约，我国目前的钢轨标准长度只有12.5m和25m两种。不过，铁路员工采取了在施工现场把标准长度钢轨焊接成长钢轨和“无缝”钢轨的方法，减少接头，使线路更加平顺。2.2 煤厢平整装置的具体方案及动作原理：2.2.1 平整装置的方案 本平整装置的思路是以平面四杆机构为原型从而延伸出来的一种方案。它是利用曲柄摇杆机构在特殊位置点死点（所谓机构的死点位置就是指从动件的传动角为零时机构所处的位置也就是从动件与连杆共线的位置）的稳定从而设想出来的一种装置。由于该装置在工作时工作件滚子与运动煤厢中的煤有很大的摩擦，为了避免车厢运动对装置造成影响达不到压实煤的要求和对装置运动件的破坏，所以在工作时有效的利用死点这个位置就解决了这一系列的问题，而且在压煤过程装置更稳定，对车厢中的煤压的更实。2.2.2 平整装置的原理图图2.8 平整装置工作原理图 此装置工作时从动杆和连杆在一条直线上，滚子处在死点位置，利用死点位置稳定工作。非工作时利用液压缸作用在从动件和连杆铰链处的轴上从而将滚子抬起。由于此装置是曲柄摇杆机构，所以必须满足铰链四杆机构有曲柄的条件：(1) 最短杆和最长杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和；(2) 最