煤炭斗車運煤的綜合經(jīng)濟性分析

煤炭斗車運煤的綜合經(jīng)濟性分析

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對煤炭的需求迅速增加。近幾年來,煤炭需求量平均每年遞增10.5%,而我國煤炭的運輸能力明顯不能滿足煤炭需求量快速增長的要求,煤炭運輸仍是制約我國國民經(jīng)濟發(fā)展的“瓶頸”。目前,我國煤炭運輸主要依靠鐵路運輸,約占全國煤炭運輸量的70%。因此如何提高鐵路運輸能力、提高鐵路運煤貨車卸貨效率、加快運煤貨車周轉(zhuǎn)量,成為鐵路貨車制造企業(yè)必須重點研究的課題。由于歷史原因,目前我國主要的運煤通道如大秦線、神朔線、朔黃線等基本采用C64K(H)、C70(H)、C80(H)等型敞車運煤,而國內(nèi)部分電廠、煤礦等企業(yè)自備車則采用自卸式K18及KM70型煤炭漏斗車運煤。事實上通過對敞車、煤炭漏斗車兩種車型綜合經(jīng)濟性分析、評估可以發(fā)現(xiàn),采用敞車運煤因無法實現(xiàn)貨物自卸,需采用翻車機卸煤,因此存在卸煤場地面配套設(shè)施復雜、投資大、占地面積大,同時使用維護費用高等不足,采用自卸式煤炭漏斗車運煤具有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢。國內(nèi)有關(guān)單位曾對新建同等卸貨能力的卸煤場地進行過測算,結(jié)果如下:(1)卸煤系統(tǒng):采用自卸式煤炭漏斗車新建費用僅為采用翻車機卸貨方式的7.6%;(2)鐵路系統(tǒng):采用自卸式煤炭漏斗車新建費用僅為采用翻車機卸貨方式的60.8%。同時,采用自卸式煤炭漏斗車具有:(1)維護成本低,僅為采用翻車機卸貨方式的9%;(2)電能消耗少,僅為采用翻車機卸貨方式的50%;(3)建設(shè)周期短,比采用翻車機卸貨方式縮短3個月。而兩種車型卸貨時間、卸貨效率基本相當,同樣編組數(shù)量列車運能相同,同樣站線長度列車運能采用漏斗車方式比采用翻車機方式低2.8%。從測算結(jié)論可知,采用自卸式煤炭漏斗車具有較明顯的綜合經(jīng)濟性優(yōu)勢,但目前我國煤炭漏斗車存在技術(shù)性能參數(shù)不夠先進、開閉機構(gòu)結(jié)構(gòu)復雜、卸貨效率不高等問題,這可能是制約煤炭漏斗車未能廣泛使用的一個原因。因此有必要對我國煤炭漏斗車開閉機構(gòu)進行分析,對國外先進的開閉機構(gòu)進行研究,從而探明我國煤炭漏斗車開閉機構(gòu)的發(fā)展方向,進而研制開發(fā)出適合我國國情的結(jié)構(gòu)簡單、維護成本低、卸貨效率高的新型開閉機構(gòu)。1頂鎖式開口機構(gòu)我國煤炭漏斗車起步相對較晚,1966年才開始研制,到目前為止,正式投入使用的底門開閉機構(gòu)主要有兩種,即“大刀式”開閉機構(gòu)和頂鎖式開閉機構(gòu)。(1)“大刀式”開閉機構(gòu)(圖1)1966～1967年間為滿足大型電廠、冶金企業(yè)等日進煤量急劇增長的需要,設(shè)計試制了載重60t,以人力和風力作為動力源,具有單輛卸、分組卸、整列卸及邊走邊卸功能的K18型煤炭漏斗車,該車采用“大刀式”底門開閉機構(gòu)。其作用原理為(因手動原理與風動原理類似,只介紹風動原理)風動時,由裝在雙向風缸7前面的齒條6帶動齒輪4轉(zhuǎn)動,齒輪4的轉(zhuǎn)動使安裝于傳動軸5上的雙聯(lián)杠桿3轉(zhuǎn)動,推動底短拉桿2和底門長拉桿8,因底門長、短拉桿另一端與底門軸1相連,從而帶動底門的開閉。該機構(gòu)較好地滿足了當時煤炭運輸?shù)男枰?但該機構(gòu)自鎖性能較差,運行過程中可能造成底門自開。1980年在該機構(gòu)的基礎(chǔ)上,加上了2級鎖閉,但由于該機構(gòu)靠大刀過死點的1級鎖閉和偏心式2級鎖閉裝置自鎖,開門時要壓縮貨物,開門壓力較大,為解決這一問題,又研制頂鎖式開閉機構(gòu)。(2)頂鎖式開閉機構(gòu)(圖2)頂鎖式開閉機構(gòu)作用原理是風動時,由裝在雙向作用風缸5前面的齒條4帶動齒輪3轉(zhuǎn)動,齒輪3的轉(zhuǎn)動使安裝于上傳動軸2上的上曲拐9轉(zhuǎn)動,上曲拐9的轉(zhuǎn)動通過連桿組成8帶動下曲拐7轉(zhuǎn)動,進而帶動下傳動軸1轉(zhuǎn)動,安裝于下傳動軸上的雙聯(lián)杠桿6一起轉(zhuǎn)動,推動短頂桿11和長頂桿12,因底門長、短頂桿另一端與鎖體10相連,從而帶動底門的開閉。為了確保鎖閉可靠,防止鎖體在空車運行時振動自開,在兩級傳動的上、下傳動軸之間,設(shè)計了一個過死點才可以開啟的連桿組成8,將下傳動軸鎖在指定的轉(zhuǎn)動位置,使鎖體鎖在指定位置,形成了二級鎖閉狀態(tài)。開啟底門,連桿通過死點時,至多只能引起鎖體的微量轉(zhuǎn)動。由于鎖體與底門銷接觸面為一固定半徑的圓弧,所以鎖體不壓縮漏斗門即不壓縮貨物即可轉(zhuǎn)出,機構(gòu)只克服底門壓力而產(chǎn)生的摩擦力和各傳動件間阻尼,因此開門力不大。但上述兩種開閉機構(gòu)都存在機構(gòu)復雜、傳動效率低、自重較大、卸煤效率低(與翻車機卸煤效率相當,每輛車平均卸煤時間約1min)等,且采用上面兩種機構(gòu)時,車體下部空間得不到有效利用,限制車輛主要性能參數(shù)每延米重的提高。因此有人設(shè)計了縱開門開閉機構(gòu)。(3)縱開門開閉機構(gòu)(圖3)該機構(gòu)能實現(xiàn)風控風動,也可實現(xiàn)電控風動。其作用原理是風動時,雙作用風缸1上的推桿夾頭2向右推出,帶動操縱杠桿組成14繞軸承座組成13順時針轉(zhuǎn)動,通過連桿(1)12帶動曲拐(2)11繞傳動軸組成(1)10逆時針轉(zhuǎn)動,推動連桿(2)9,因連桿(2)9與底門上的支點座7鉸接在一起,使圖中左邊底門關(guān)閉;同時,傳動軸組成(1)的轉(zhuǎn)動帶動固定于傳動軸上的曲拐也逆時針轉(zhuǎn)動,拉動連桿(1)3,使曲拐(1)4逆時針轉(zhuǎn)動,從而通過連桿(3)6關(guān)閉圖中右邊的兩扇底門。開底門時與關(guān)門作用方向相反。該開閉機構(gòu)使機構(gòu)傳動效率有所提高,能使車體下部空間得到有效利用,對提高每延米重有利。若采用電控風動時,卸貨效率將得到很大提高,但機構(gòu)結(jié)構(gòu)仍比較復雜。為解決我國煤炭外運越來越大的壓力,有必要對國外漏斗車開閉機構(gòu)進行研究,從而研制出適合我國國情的性能先進、卸貨效率高、結(jié)構(gòu)簡單的新型開閉機構(gòu)。2快卸式開口機構(gòu)的特點澳大利亞、美國等國家的漏斗車采用的開閉機構(gòu)種類較多,經(jīng)綜合比較分析,性能最先進、卸貨效率最高、結(jié)構(gòu)最簡單的還是快卸式開閉機構(gòu)。該機構(gòu)起源于澳大利亞,主要運用于澳大利亞、美國、加拿大等國家。(1)快卸式開閉機構(gòu)組成(圖4)快卸式開閉機構(gòu)主要由開門柄組成、軸承座、頂桿組成、雙聯(lián)杠桿、傳動軸、關(guān)門柄組成等組成,開門柄、關(guān)門柄、雙聯(lián)杠桿通過焊接或鍵與傳動軸相連接。(2)開閉機構(gòu)在車體上的安裝(圖5)開閉機構(gòu)組成1通過軸承吊架6安裝于車體2上,底門4通過底門吊座3吊裝于車體上,頂桿組成與底門上的頂桿座5鉸接。(3)快卸式開閉機構(gòu)作用原理底門開閉機構(gòu)由車輛上的底門開閉機構(gòu)和地面設(shè)施組成。一般來說,漏斗車漏斗成倒梯形狀,傳統(tǒng)的開閉機構(gòu)都是以漏斗相對兩側(cè)為底門而設(shè)計開閉機構(gòu),成對的開啟一個漏斗的兩扇門?？煨妒介_閉機構(gòu)采用一組開閉機構(gòu)控制相鄰的而不屬于同一漏斗的兩扇門。這樣可以有效利用車體空間,采用一個四桿機構(gòu)達到開、關(guān)門的目的。①開門狀態(tài)作用原理(圖6)車輛運行時,車輛B側(cè)的開門柄2依靠滾輪碰在開門擋1上,帶動雙連桿順時針轉(zhuǎn)動,沖破機構(gòu)的死點,于是底門再靠重力自動打開,開始卸貨直到卸完。再繼續(xù)轉(zhuǎn)動時,與雙聯(lián)桿固定在一起的限位擋將與擋鐵接觸,雙聯(lián)桿不能再轉(zhuǎn)動。②關(guān)門狀態(tài)作用原理(圖7、圖8)車輛繼續(xù)運行時,車輛A側(cè)的關(guān)門柄滾輪碰在關(guān)門擋上,帶動雙連桿逆時針轉(zhuǎn)動,當雙聯(lián)桿、頂桿及車門三者的連接點處于一條直線時,此時處于“死點”位置。當關(guān)門柄在地面設(shè)施的推動下繼續(xù)轉(zhuǎn)動超過死點位置后,與雙聯(lián)桿固定在一起的限位擋將與擋鐵接觸,系統(tǒng)不能再轉(zhuǎn)動,但底門在自重及貨物壓力的作用下有繼續(xù)轉(zhuǎn)動的趨勢,此時出現(xiàn)“頂死”現(xiàn)象,實現(xiàn)了底門的最終定位。車輛采用的是“過死點(中心)門鎖機構(gòu)”的純機械式開閉機構(gòu),通過在低速運行中軌道系統(tǒng)與車門開閉機構(gòu)的接觸來開、關(guān)車門,因此,該車可實現(xiàn)邊走邊卸自動卸貨。該快速卸貨系統(tǒng)在國外已經(jīng)過多年的運用考驗,具有成熟的運用經(jīng)驗,機構(gòu)的性能穩(wěn)定。澳大利亞的應用證明,該機構(gòu)主要具有以下優(yōu)點:①在車輛低速運行時邊走邊卸自動卸車,卸貨速度快、卸貨效率高,約是采用翻車機作業(yè)敞車及傳統(tǒng)煤炭漏斗車6倍;②卸貨機構(gòu)為純機械系統(tǒng)(無需氣動、液壓或電