煤炭斗车运煤的综合经济性分析

煤炭斗车运煤的综合经济性分析

随着我国经济的快速发展，对煤炭的需求迅速增加。近几年来,煤炭需求量平均每年递增10.5%,而我国煤炭的运输能力明显不能满足煤炭需求量快速增长的要求,煤炭运输仍是制约我国国民经济发展的“瓶颈”。目前,我国煤炭运输主要依靠铁路运输,约占全国煤炭运输量的70%。因此如何提高铁路运输能力、提高铁路运煤货车卸货效率、加快运煤货车周转量,成为铁路货车制造企业必须重点研究的课题。由于历史原因,目前我国主要的运煤通道如大秦线、神朔线、朔黄线等基本采用C64K(H)、C70(H)、C80(H)等型敞车运煤,而国内部分电厂、煤矿等企业自备车则采用自卸式K18及KM70型煤炭漏斗车运煤。事实上通过对敞车、煤炭漏斗车两种车型综合经济性分析、评估可以发现,采用敞车运煤因无法实现货物自卸,需采用翻车机卸煤,因此存在卸煤场地面配套设施复杂、投资大、占地面积大,同时使用维护费用高等不足,采用自卸式煤炭漏斗车运煤具有明显的经济优势。国内有关单位曾对新建同等卸货能力的卸煤场地进行过测算,结果如下:(1)卸煤系统:采用自卸式煤炭漏斗车新建费用仅为采用翻车机卸货方式的7.6%;(2)铁路系统:采用自卸式煤炭漏斗车新建费用仅为采用翻车机卸货方式的60.8%。同时,采用自卸式煤炭漏斗车具有:(1)维护成本低,仅为采用翻车机卸货方式的9%;(2)电能消耗少,仅为采用翻车机卸货方式的50%;(3)建设周期短,比采用翻车机卸货方式缩短3个月。而两种车型卸货时间、卸货效率基本相当,同样编组数量列车运能相同,同样站线长度列车运能采用漏斗车方式比采用翻车机方式低2.8%。从测算结论可知,采用自卸式煤炭漏斗车具有较明显的综合经济性优势,但目前我国煤炭漏斗车存在技术性能参数不够先进、开闭机构结构复杂、卸货效率不高等问题,这可能是制约煤炭漏斗车未能广泛使用的一个原因。因此有必要对我国煤炭漏斗车开闭机构进行分析,对国外先进的开闭机构进行研究,从而探明我国煤炭漏斗车开闭机构的发展方向,进而研制开发出适合我国国情的结构简单、维护成本低、卸货效率高的新型开闭机构。1顶锁式开口机构我国煤炭漏斗车起步相对较晚,1966年才开始研制,到目前为止,正式投入使用的底门开闭机构主要有两种,即“大刀式”开闭机构和顶锁式开闭机构。(1)“大刀式”开闭机构(图1)1966～1967年间为满足大型电厂、冶金企业等日进煤量急剧增长的需要,设计试制了载重60t,以人力和风力作为动力源,具有单辆卸、分组卸、整列卸及边走边卸功能的K18型煤炭漏斗车,该车采用“大刀式”底门开闭机构。其作用原理为(因手动原理与风动原理类似,只介绍风动原理)风动时,由装在双向风缸7前面的齿条6带动齿轮4转动,齿轮4的转动使安装于传动轴5上的双联杠杆3转动,推动底短拉杆2和底门长拉杆8,因底门长、短拉杆另一端与底门轴1相连,从而带动底门的开闭。该机构较好地满足了当时煤炭运输的需要,但该机构自锁性能较差,运行过程中可能造成底门自开。1980年在该机构的基础上,加上了2级锁闭,但由于该机构靠大刀过死点的1级锁闭和偏心式2级锁闭装置自锁,开门时要压缩货物,开门压力较大,为解决这一问题,又研制顶锁式开闭机构。(2)顶锁式开闭机构(图2)顶锁式开闭机构作用原理是风动时,由装在双向作用风缸5前面的齿条4带动齿轮3转动,齿轮3的转动使安装于上传动轴2上的上曲拐9转动,上曲拐9的转动通过连杆组成8带动下曲拐7转动,进而带动下传动轴1转动,安装于下传动轴上的双联杠杆6一起转动,推动短顶杆11和长顶杆12,因底门长、短顶杆另一端与锁体10相连,从而带动底门的开闭。为了确保锁闭可靠,防止锁体在空车运行时振动自开,在两级传动的上、下传动轴之间,设计了一个过死点才可以开启的连杆组成8,将下传动轴锁在指定的转动位置,使锁体锁在指定位置,形成了二级锁闭状态。开启底门,连杆通过死点时,至多只能引起锁体的微量转动。由于锁体与底门销接触面为一固定半径的圆弧,所以锁体不压缩漏斗门即不压缩货物即可转出,机构只克服底门压力而产生的摩擦力和各传动件间阻尼,因此开门力不大。但上述两种开闭机构都存在机构复杂、传动效率低、自重较大、卸煤效率低(与翻车机卸煤效率相当,每辆车平均卸煤时间约1min)等,且采用上面两种机构时,车体下部空间得不到有效利用,限制车辆主要性能参数每延米重的提高。因此有人设计了纵开门开闭机构。(3)纵开门开闭机构(图3)该机构能实现风控风动,也可实现电控风动。其作用原理是风动时,双作用风缸1上的推杆夹头2向右推出,带动操纵杠杆组成14绕轴承座组成13顺时针转动,通过连杆(1)12带动曲拐(2)11绕传动轴组成(1)10逆时针转动,推动连杆(2)9,因连杆(2)9与底门上的支点座7铰接在一起,使图中左边底门关闭;同时,传动轴组成(1)的转动带动固定于传动轴上的曲拐也逆时针转动,拉动连杆(1)3,使曲拐(1)4逆时针转动,从而通过连杆(3)6关闭图中右边的两扇底门。开底门时与关门作用方向相反。该开闭机构使机构传动效率有所提高,能使车体下部空间得到有效利用,对提高每延米重有利。若采用电控风动时,卸货效率将得到很大提高,但机构结构仍比较复杂。为解决我国煤炭外运越来越大的压力,有必要对国外漏斗车开闭机构进行研究,从而研制出适合我国国情的性能先进、卸货效率高、结构简单的新型开闭机构。2快卸式开口机构的特点澳大利亚、美国等国家的漏斗车采用的开闭机构种类较多,经综合比较分析,性能最先进、卸货效率最高、结构最简单的还是快卸式开闭机构。该机构起源于澳大利亚,主要运用于澳大利亚、美国、加拿大等国家。(1)快卸式开闭机构组成(图4)快卸式开闭机构主要由开门柄组成、轴承座、顶杆组成、双联杠杆、传动轴、关门柄组成等组成,开门柄、关门柄、双联杠杆通过焊接或键与传动轴相连接。(2)开闭机构在车体上的安装(图5)开闭机构组成1通过轴承吊架6安装于车体2上,底门4通过底门吊座3吊装于车体上,顶杆组成与底门上的顶杆座5铰接。(3)快卸式开闭机构作用原理底门开闭机构由车辆上的底门开闭机构和地面设施组成。一般来说,漏斗车漏斗成倒梯形状,传统的开闭机构都是以漏斗相对两侧为底门而设计开闭机构,成对的开启一个漏斗的两扇门。快卸式开闭机构采用一组开闭机构控制相邻的而不属于同一漏斗的两扇门。这样可以有效利用车体空间,采用一个四杆机构达到开、关门的目的。①开门状态作用原理(图6)车辆运行时,车辆B侧的开门柄2依靠滚轮碰在开门挡1上,带动双连杆顺时针转动,冲破机构的死点,于是底门再靠重力自动打开,开始卸货直到卸完。再继续转动时,与双联杆固定在一起的限位挡将与挡铁接触,双联杆不能再转动。②关门状态作用原理(图7、图8)车辆继续运行时,车辆A侧的关门柄滚轮碰在关门挡上,带动双连杆逆时针转动,当双联杆、顶杆及车门三者的连接点处于一条直线时,此时处于“死点”位置。当关门柄在地面设施的推动下继续转动超过死点位置后,与双联杆固定在一起的限位挡将与挡铁接触,系统不能再转动,但底门在自重及货物压力的作用下有继续转动的趋势,此时出现“顶死”现象,实现了底门的最终定位。车辆采用的是“过死点(中心)门锁机构”的纯机械式开闭机构,通过在低速运行中轨道系统与车门开闭机构的接触来开、关车门,因此,该车可实现边走边卸自动卸货。该快速卸货系统在国外已经过多年的运用考验,具有成熟的运用经验,机构的性能稳定。澳大利亚的应用证明,该机构主要具有以下优点:①在车辆低速运行时边走边卸自动卸车,卸货速度快、卸货效率高,约是采用翻车机作业敞车及传统煤炭漏斗车6倍;②卸货机构为纯机械系统(无需气动、液压或电