国内翻车机技术的发展 邵龙成孙大庆 大连重工・起重集团有限公司 大连摘116013 要:详细介绍了翻车机的机械、电控系统设计、制造水平的发展过程,阐明大型、自动化、高效是今 后翻车机的发展趋势。 关键词:翻车机;单车;双车;三车;大型化;自动化 中图分类号:TH237 .3 文献标识码:A 文章编号:1001—0785(2011)06—0007—05 Abstract:The paper presents the development process of mechanical and electrical control system design and manu— facturing level of ear dumper in detail,and indicates that the upsizing,automation,and efficiency are the development trend of dumper in the future. Keywords:car dumper;single—ear;double—car;triple—car;upsizing;automation 1仿造与自行改进,探索准备阶段 上世纪50年代,钢厂、电厂对煤和矿石需求 不大,单车翻车机基本可满足需求。1953年,国 机械压车形式对车辆冲击大,造成车辆损坏严重, 铁路系统反应强烈。因此新投产的翻车机均为 “c”形翻车机。但由于土建及厂房等原因,用户 仍要求保留原有设备形式。针对KFJ一3A型翻车 机存在的问题,国内有针对性地开发研制了新型 KFJ一3A型“O”形翻车机卸车线系统。新系统采 用变频驱动技术,使翻车机起、制动更平稳。为 缓解机械压车、靠车对车辆的硬冲击,加大了压 车梁接触面积,并在压车梁和靠板体表面增设橡 胶缓冲装置。为提高车辆在翻车机内的定位精度, 采用回转式液压缓冲器和自动复位止挡器协同工 作方式。为防止重车不能完全溜进翻车机内,在 摘钩平台与翻车机之间增设了重车推车器。 迁车台推车器采用推车钩形式,受力更加合 理。车辆在迁车台内定位采用缓冲器与止挡器共 同作用,止挡器为纯机械形式,动力来源于迁车 台,结构新颖,性能可靠。 该阶段翻车机的发展主要体现在技术上的改 进,如将机械压车和靠车向液压压车和液压靠车 方式改进,重车铁牛和空车铁牛向重车调车机和 空车调车机方式改进。 内依据苏联图纸,试制成功了我国第1台60 t气 动翻车机。1956年,国内试制成功了“0”形钢 丝形式单车翻车机。同年,采用苏联图纸资料, 试制成功我国首台M2型翻车机。当时翻车机卸车 效率提高不大。该阶段可作为第1阶段中的技术 准备阶段。 1965年,在与国外合作研发的基础上,自主 完成KFJ一2A型3支点转子式翻车机设计,并在 此基础上改进完善,研制成功KFJ一3A型“O” 形2支点单车翻车机,成为当时翻车机的主导产 品。KFJ一3A型“O”形单车翻车机采用3组托辊 轮分别支撑端环,由齿轮齿块传动,作业方式为 机械式压车、靠车。其翻卸能力10节/h,翻卸敞 车质量为80 t。 1970年,国内自行设计制造了首台转子式翻 车机和首台侧倾式翻车机。至70年代中期,KFJ一2 型“0”形单车翻车机问世,该单车翻车机采用2 组托辊轮分别支撑端环,齿轮齿块传动,作业方 式为机械式压车和靠车。此阶段,翻车机开始配 套重车铁牛和空车组成翻车机卸车系统,效率提 高至14节/h。 上世纪80年代,KFJ一3A型翻车机作为卸料 主导产品得到广泛应用。但其采用的机械靠车和 《起重运输机械》 2011(6) 2合作开发与自主创新,追赶国际先进水 平阶段 受国民经济固定资产投资加速的影响,近几 年翻车机在港口、电厂、钢铁企业得到广泛应用。 国内需求量的快速增长为翻车机的发展提供了广 ——1—— 阔的市场空间,近5年,新增翻车机几乎达到之 前所制造的翻车机设备数量的总和。强劲的市场 需求刺激了国内制造企业加大对翻车机研发的投 入力度,与国外合作也在更高的层次展开,因此, 国内翻车机的技术水平在较短时间内迅速达到国 外先进水平,其产量和质量也实现了同步提升。 2.1单车翻车机 2.1.1 自动、安全、高效 国内单车翻车机卸车系统已有近50年的发展 史,此前一直是手动单机操作,效率低,且依靠 人工摘钩,危险性较高。为适应新的市场需求, 系统设计开发了摘钩平台设备,主要由FZ1—2A “C”形翻车机、重车调车机及其轨道、空车调车 机及其轨道、迁车台、夹轮器、止挡器、洒水装 置等单机组成,实现了由手动单机操作到全线自 动运行的技术跨越。 由于新系统不完善,使用初期卸车效率仅14 节/h。为此,改进了卸车工艺布置,采用交流变 频电机替代直流电机,合理匹配各单机性能参数 后,卸车效率达到了25节/h。 为便于重车调车机大臂通过,实现翻车机在 平台上准确定位,同时实现液压压车、液压靠车, 满足铁道部要求,大幅度降低铁路敞车损坏率, 翻车机整体结构由“O”形改为“C”形。 为提高卸车效率和使用次数,实现柔性牵引, 重车调车机牵引能力由40 kN提高到60 kN,并配 置编码器,运用交流变频技术实现了铁路敝车多 位置定点、多速度行走。 为保证迁车台在空、重车线工况下止挡器能 安全止挡,有效阻止空、重敞车掉人迁车台坑内, 将迁车台自行式驱动行走轮改为销齿传动;设涨 轮器,防止空敞车在迁车台上随便移动;设插销 式定位装置,实现机械式准确定位;止挡器实现 与迁车台联动。同时,将空车推车机牵引能力由 12 kN提高到18 kN。 该阶段的翻车机可以翻卸C50~C100系列的 所有标准铁路敞车。 2.1.2新的“u”形端环形式 2002年,一种“U”形端环翻车机用于秦皇 岛港工程。与传统的“C”形翻车机相比,该翻车 机的转子钢结构取消了靠板对侧梁;端环采用了 开口度更大的“u”形结构,端环为中轨结构;压 一8一 车装置设计在靠板侧梁上,利用液压缸、摆杆、 压车梁等实现设备压车;托辊装置采用了单托辊 结构;传动装置采用了单侧马达驱动的形式;液 压站布置于地面。设备结构简单、动作可靠、工 艺性好、维护方便、性能可靠。 2.1.3可翻卸解列和不解列敞车的翻车机及卸车 系统问世 2003年,2用单车翻车机卸车系统面世。卸 车系统通过双臂拨车机牵车,可伸缩翻车机翻车, 可反挂钩推车机牵车,在翻车机史上第1次实现 了具有自动功能转换能力的1个系统对解列与不 解列2种类型车列的作业。该卸车系统的主要特 点为:翻车机具有可伸缩转换的平台装置,适应 翻卸解列长车及翻卸不解列短车;翻车机平台两 侧外伸支架用于压车的布置,保证钢结构受力均 匀,降低钢结构应力值并便于维护;翻车机传动 系统采用单侧液压马达传动形式;翻车机采用地 面液压站布置的设计,推、拨车机均采用了拖链 上缆的结构。 2.2双车翻车机 2.2.1多层次的合作 1983年,与英国亨肖公司合作,设计制造了 国内第1台双车翻车机。解决了“六五”期间秦 皇岛煤码头单车翻车机效率无法适应年吞吐量 2 000万t需求的问题。 1987年,与美国德拉孚公 司合作,设计制造了国内首台FZ3—1“O”形3 车翻车机,解决了“七五”期间秦皇岛煤码头吞 吐量比“六五”增长1 000万t,双车翻车机能力 达不到要求的问题。1989年与美国德拉夫合作, 为河北沙岭子电厂设计制造FZ2—2“C”型双车 翻车机。 2.2.2 自主开发的首套2支点双车翻车机 在消化吸收国外先进技术的基础上,1997年, 为河北沙岭子(张家口)电厂自主开发设计了国 内首套FZ2—2“C”型2支点双车翻车机。系统 布置形式为贯通式,填补了国内空白。该套翻车 机卸车系统为标准折返式双车卸车系统,由双车 翻车机、拨车机、双车迁车台、推车机、夹轮器、 安全止挡器组成。此后河北大唐王滩发电厂、武 钢焦化厂双车翻车机项目均采用此种布置形式。 2.2.3 自主开发的首套折返式3支点双车翻车机 卸车系统 《起重运输机械》 2011(6) 2003年,在秦皇岛3支点双车翻车机的基础 翻车机卸车系统卸车效率均有所提高。 2.4.2产品的主要配套件 上,国内首套折返式3支点双车翻车机卸车系统 用于王滩电厂,填补了国内空白。其翻车机端环 用户一般根据资金的情况来选择设备的配套 件,在电动机、减速器、制动器、液压缸、轴承 采用箱形梁结构,解决了原有端环强度问题;压 车高度提高到3 600 mm,扩大了压车范围。该系 统中设计了世界首台双车迁车台,双车迁车台采 用2支点、双梁结构,解决了车架过长引起的变 等方面,资金相对宽裕的用户选择进口产品,资 金不太充裕的用户选择国产产品。近年来,国内 液压缸、制动器、减速器、电动机等配套产品的 形问题。该系统已应用于武钢焦化厂、黔东电厂、 芜湖电厂等。 2.3 3车翻车机 2006年,由于秦皇岛港在用的3车翻车机主 结构寿命过短的问题一直无法得到根本解决,秦 皇岛港将期望寄托于国内企业,从而为国内企业 自主研发设计1种新型3车翻车机提供了契机。 经国内企业的精心研制,1种全新的具有自主 知识产权的3车翻车机卸车系统诞生了。该翻车 机由2个全箱形端环及由全箱形的前侧梁、后侧 梁、平台梁连接成的转子钢结构组成,各梁与端 环的连接处均采用变截面梁,在平台梁的两侧面 上对称设计了平台侧梁,在平台侧梁上对称装压 车机构,其靠车板一侧加工成凹槽形。与国外3 车翻车机相比,整个翻车机具有结构合理,性能 可靠,寿命更长,且维修、使用安全方便等优点, 是我国第1个机、电、液均自主设计的3车翻车机 项目。该翻车机是国际上第1个3箱形梁2端环的 3车翻车机,是中国第1台具有完全自主知识产权 的3车翻车机。 2.4该阶段存在的共同特点 2.4.1 翻车机的卸车效率普遍提高 由于电厂和钢厂对物料的需求量逐渐增加, 同时所翻卸的敞车载煤量越来越大,而且效率要 求越来越高,所以车型也越来越多元化。港口大 多采用解列和不解列敞车运输煤炭和矿石,基本 上不再使用能力小的翻车机。在电厂方面,小型 发电机组逐渐被大型发电机组替代,每天所需要 的煤炭量也增加。所以,电厂的翻车机基本上是 能够翻卸C70的设备。在冶金行业,炼铁高炉逐 渐变大,同样,由于炼铁能力的增加使得烧结设 备的能力增加,钢铁厂大多数设备的翻卸质量为 l10 t,国内常配套折返式翻车机卸车系统,效率 为22~25节/h。也存在少量贯通式单车翻车机卸 车系统,效率为25~27节/h。常用的双车、3车 《起重运输机械》 2011(6) 质量比十几年前有较大的提高,其中合资公司的 产品也成为国内用户和制造厂的主要选择对 象。 2.4.3电气驱动与控制系统中普遍采用PLC和变 频器 目前,翻车机控制系统几乎全部采用PLC作 为产品的控制单元。在拨车机、翻车机等设备的 驱动电气系统中已经普遍使用变频器和变频电机 作为调速控制系统,使调速系统更加可靠。大车 走行装置和回转装置的调速性能的改善使设备运 行更加平稳。 2.4.4产品设计和制造质量 翻车机行业的整体设计和制造质量与5、6年 前相比有一定的提高,但产品的设计和制造细节 需要大量的改进。尤其在产品的结构设计细节上 与国外先进公司的产品尚有较大的差距。部分新 制造产品仍采用相对陈旧的结构。产品设计中的 规范化工作需要进一步加强。结构上存在部分设 备相对自重偏大的情况;也存在部分设备重量过 轻而导致其刚度和强度不足的问题。电气与控制 系统的硬件与国外公司的产品基本上没有太大的 区别,而在PLC软件设计上存在一定的差距,包 括产品设计的可靠性、PLC程序编制的规范性、1 次仪表的设计和选型的可靠性等方面。在液压设 计和制造方面,一些产品的系统设计原理不够完 善和合理,液压站、液压管路的制造和安装质量 还有待进一步提高。 2.4.5 国内用户所使用的翻车机以国内企业自主 设计制造的产品为主 国内市场上除少数用户使用由国外设计、国 内制造的产品外,大多数用户采用国内企业自主 设计制造的产品。近年来在翻车机行业基本上没 有纯进口的产品,其根本原因是直接进口或者由 国外总承包的产品价格远高于国内自主设计制造 的产品。在大型或特大型产品方面国内也基本上 一9一 能够自主设计并满足用户的要求,如秦皇岛港的3 车翻车机、黄骅港翻车机等项目都采用国内自主 设计制造的产品。 订合同,也有和国内某个总承包商签订合同。目 前,许多项目正在商谈过程中。煤炭和铁矿石国 际大物流的发展带动了翻车机产业的发展,翻车 机出口也面临着一些问题,如设计和制造质量需 要进一步提高,知识产权问题等。这些是所有出 口企业需要慎重考虑的问题。 3.5液压驱动系统的应用 3翻车机的发展趋势 3.1设备能力向大型化方向发展 翻车机大型化源于市场需求,尤其是港口使 用的翻车机。目前,国内的最大卸车效率达到38 液压驱动系统将会成为翻车机驱动形式的主 次/h,定位车牵引定数达到200 kN。该设备于 2006年由大连重工起重集团有限公司为秦皇岛港 设计制造。另外还由国外设计、国内制造生产了 世界第1套特大型4车翻车机卸车系统。国内特大 型翻车机设备主要应用在北方的煤炭装船港口, 如秦皇岛港、天津港、黄骅港、京唐港、曹妃甸 港。国内的电厂、钢厂所使用的翻车机的能力也 在逐渐增大。由于卸车能力的增加和每天需煤量 的增加,电厂主流翻车机的能力开始向1 500~ 2 000 t/h过渡。随着钢厂烧结和炼铁能力的增加, 翻车机能力也在向上述水平过渡。 3.2设备选型更加多样化和环保 过去电厂或钢厂的1次料场大多选择翻车机 作为散料装卸机械的主要设备,为了更加环保, 现在一些电厂或钢厂开始考虑使用底卸式漏斗车, 底卸式漏斗车已进入实际生产阶段,该车参与铁 路运输煤炭后,翻车机则必须配备能够开、闭底 卸漏斗车车门的开门装置和闭门装置。该车卸车 效率高,正常贯通式作业可达到50节/h。也可不 配备翻车机,仅考虑开、闭底卸车车门的开门装 置币q闭门装置,在相应位置上设置漏斗和地下输 送装置即可实现高效卸料要求。 3.3产品配套件的国际化 由于部分国产配套件不能满足用户对产品的 高质量要求,仍然有较多用户选择进口产品和合 资企业的产品作为翻车机的主要配套件。主要包 括减速器、制动器、电动机、普通轴承、关节轴 承、液压元件、电气与控制元件等。 3.4国际市场潜力巨大 国内制造的翻车机产品在价格上具有较强的 竞争优势。许多企业的产品已经走出国门。近年 来,国内一些厂家的产品出口到巴西、印度、伊 朗、东南亚等国家。出口形式有合作制造出口和 自主设计出口。出口的商务形式有直接与外方签 一10一 流。由于液压驱动系统具有性能可靠、寿命长、 维修工作量少等原因,大多数用户和制造商愿意 采用液压系统作为压车机构和靠车机构的驱动, 机械式压车和靠车形式基本上被淘汰。液压俯仰 驱动系统会更加完善,在主控制阀方面,有较高 要求的设备现在都采用单独驱动液压缸动作阀件, 并配有压力锁和卸荷装置,以保证压车有力,不 发生掉车事故。 拨车机目前均采用配重式结构,该结构能大 大减小拨车机的液压站出力,并能提升大臂上升 与下降的速度。 3.6 PLC控制和变频调速系统的普及 随着PLC控制系统和变频器价格的降低,翻 车机已开始普遍使用PLC控制系统和变频调速系 统。现代翻车机设备上基本不再采用中间继电器 作为主要控制元件。采用PLC和变频器后设备的 信号传输和数据通讯更加方便,速度控制更加容 易,逻辑控制和时间控制更加方便。 3.7应用PLC程控系统实现全线自动运行 无人化翻车机操作系统的操作人员在中控室 可通过电脑屏幕监控翻车机的各种运行和故障信 息,必要时可进行手动干预。系统由工业电视系 统、主要检测装置、通讯系统和控制系统组成。, 3.8光纤以太网和无线以太网通讯的使用 滑线电缆一直是地面和机上动力和控制信号 连接的主要方式,十几年前光纤开始应用到滑线 电缆上,使控制信号能够不受干扰地传输到地面。 无线以太网是另一种先进的通讯技术,目前正越 来越多地在翻车机上应用。 3.9系统通讯网络化 翻车机设备上各电气系统之间的联系逐渐向 网络化方向发展,如变频器与PLC的通信、PLC 与司机室的通信等。网络化使用的产品主要有西门 子公司的PROFINET和PROFIBUS、AB公司的 《起重运输机械》 2011(6) 基于改进粒子群算法的起重机 箱形主梁优化设计 苏军朝程文明濮德璋邬钱涌 西南交通大学机械工程研究所 成都摘610031 要:针对具有约束条件的起重机主粱优化设计的问题,提出了基于约束规则的粒子群算法。该算法能 够在整个可行解空间进行寻优,有效避免了陷入局部最优。计算实例表明:该算法在解决此类问题时,较之传 统算法具有更好的优化效果,且效果明显。 关键词:粒子群;主梁;优化;约束条件 中图分类号:TH213 文献标识码:A 文章编号:1001—0785(2011)06~0011—03 Abstract:According to the optimal design with constraint condition for crane girder,particle swarnl optimization al— gorithm based on constraint roles is put forward.The algorithm can search optimum solution in the feasible solution space, and avoid the local optimum.An example SHOWS:in solution of such problems,the algorithm mentioned in this paper has better optimization results than the traditional algorithm,and the effect is remarkable. Keywords:particle SWal3TI;girder;optimization;constraint condition .1J 文.刘 鸿%0 引言 目前,在桥式起重机设计过程中,起重机的 梁进行了优化设计,文献[3]利用遗传一神经网 络方法对箱形主梁也进行了优化设计,三者都取 得了满意的结果。本文基于一种改进的粒子群算 法进行全局的优化设计,所得的结果相对于以上 文献的优化结果更加明显,最后结合实际工况用 主梁尺寸大都是根据起重机设计手册进行选择的, 所设计的起重机安全系数过大,造成大量钢材的 浪费,并增加了许多相关基础建设的费用。因此, 通常在保证起重机安全运行的前提下,尽量减轻 起重机的自重,有利于生产成本的减低,从而具 备很强的市场竞争力 J。为此,文献[1]和文献 [2]分别运用神经网络方法和遗传算法对箱形主 高校基本科研业务费专项资金资助(2010ZT03) ANSYS软件对优化的结果进行进一步的验证,结 果表明了这种改进粒子群算法的有效性。 1混合粒子群算法 基本粒子群算法是James Kennedy和Russell CONTROLNET、昆腾公司的MODBUS等通讯模块。 网络化的设计大大简化了产品的布线,使得设备 的电气控制系统更加简洁。 机械设计基础[M].北京:高等教育出版社, 机械工程材料[M].北京:机械工业出版社, 4结束语 随着现代技术的发展和用户对产品质量和性 [4]黄希钴.钢铁冶金原理[M].北京:机械工业出版社, 1981. 能要求的不断提高,翻车机产品还需不断发展和 完善。通过技术进步和技术创新,相信会有更多 的新产品投入使用。中国会有更多的产品走出国 门,走向世界。 参考文献 [5]谭正喜.港口装卸机械选型与购置管理[J].交通企业 管理、2000(9):40,41. 作 地 者:邵龙成 址:大连市西岗区八一路169号大连重工・起重集 团有限公司技术中心办公室 邮 编:116013 收稿日期:2010—11—15 [1]成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社, 《起重运输机械》 2011(6)