翻车机在适应c80火车机械结构改造的前期分析和后续改造

'翻车机在适应C80火车机械结构改造的前期分析和后续改造摘要：本文首先论述了神华黄骅港务公司CD78翻车机在适应C80火车机械改造时的前期分析和研究，运用CATIA画出翻车机在承载C80火车时的三维图，再利用CATIA自有的重心分析能力结合EXCEL离散计算翻车机旋转时的重心力矩变化，核算翻车机的配重和翻车机的驱动力矩。利用CATIA画出的翻车机三维图重心参数来核算翻车机托轮的承载能力。接着对C80改造后续出现的钢结构方面的问题进行了加固改造。关键词：多功能翻车机C80火车CATIA翻车机配重翻车机驱动力矩1.神华黄骅港务公司CD78翻车机适应C80火车机械结构改造的前期分析和研究1.1翻车机适应C80火车改造的前期研究内容神华黄骅港务公司CD78翻车机由德国克虏伯公司设计制造，2007年投产，投产后翻卸C70火车。C70火车自重22.8吨，载重70吨，总重92.8吨，轴重23.2吨,高3290毫米,宽3184毫米，两节车皮长27452毫米，两节车皮重185.6吨；神华黄骅港务公司将要翻卸的由北车设计的C80火车，自重20吨，载重80吨，总重100吨，轴重25吨，高3793毫米，宽3184毫米，两节车皮长24000毫米，两节车皮重200 吨，有冻煤的情况下极限重量240吨。由于C80火车增加了高度和重量，所以要对翻车机的配重和驱动力矩进行核算，同时也要核算翻车机托轮的承载能力。1.2翻车机配重和翻车机电机驱动力矩的分析研究1.2.1用CATIA画出CD78翻车机的三维图形，测量重心参数用CATIA画出神华黄骅港务公司CD78翻车机的三维图,画出端环、开端压车器、闭端两侧压车器、闭端中间压车器1、闭端中间压车器2、靠车板、加高小靠车板、压车器液压缸、靠车板液压缸、两侧平台、主平台梁、南侧平台、开端箱型梁、闭端箱型梁、液压站、平台轨道、中间液压管桥架和上机电缆桥架零件图，画出零件图的时候，必须注意如果有些零部件的密度不是钢的密度，就需要单独画一个几何体，这样才可以单独赋予材料特性。装配这些零件图，组成翻车机组件，给这些零件加上材料特性，压车器胶皮需要单独赋予rubber的材料特性，翻车机端环里的配重需要单独赋予concrete的材料特性，翻车机液压站油箱里的液压油需要单独赋予water的材料特性，翻车机其它的钢结构都赋予steel的材料特性。利用CATIA中测量惯量工具，测量翻车机组件，得出翻车机质量为233吨。翻车机的旋转中心距两平台轨道中心754毫米，且在平台轨道面上方840毫米处，在翻车机的旋转中心建立基准轴，利用CATIA中测量惯量中的轴惯量选项卡， 先选择基准轴，得出在翻车机没有火车时的翻车机对基准轴的惯量矩为3.006e+006kgxm2o创建关于重心的几何图形，建立坐标系，X"轴距两平台轨道中心754毫米，X"轴始终垂直与翻车机平台，Y"轴距平台轨道面840毫米，Y"轴始终垂直与靠车板，坐标系中心点0和翻车机旋转中心重合。利用CATIA的测量间距工具，测量翻车机重心点的坐标为(-197,-131),单位为毫米。1.2.2简化C80空车图形，把代表C80空车的图形叠加进翻车机组件C80火车两节车皮自重40吨，两节车皮长24米，空车重心高810毫米，新建一个名为空车的零件图，画一个边长为100毫米的立方体，以该立方体代表C80空车。把该立方体装配进翻车机组件，在纵向上立方体中心距平台轨道面810毫米，在轴向上立方体中心距两侧端环中心面9000毫米。新建材料特性，密度设置为40000000kg/m3,把此材料特性赋予立方体。利用CATIA中测量惯量工具，测量翻车机组件,得出翻车机质量为273吨。利用CATIA中测量惯量中的轴惯量选项卡，先选择翻车机旋转中心基准轴，得出在翻车机在只有C80空车时的翻车机对基准轴的惯量矩为3.007e+006kgxm2o创建关于重心的几何图形，利用CATIA的测量间距工具，测量翻车机重心点的坐标为(-172,-112),单位为毫米。1.2.3根据C80火车的容积和煤炭的动安息角，画出C80 装载的煤炭图形煤炭的密度为980kg/m3,动安息角为20度，新建一个名为煤炭的零件图，按照C80火车的容积和动安息角画出两节车皮所装载的煤炭。把该图形装配进翻车机组件，新建材料特性，密度设置为980kg/m3,把此材料特性赋予该图形。利用CATIA中测量惯量工具，测量翻车机组件，得出翻车机质量为456吨。利用CATIA中测量惯量中的轴惯量选项卡，先选择翻车机旋转中心基准轴，得出在翻车机C80重载并且翻车机在零位时的翻车机对基准轴的惯量矩为3.823e+006kgxm2o创建关于重心的几何图形，利用CATIA的测量间距工具,测量翻车机重心点的坐标为(586,-67),单位为毫米。1.2.3以5度为间隔，画出每个角度对应的C80火车所装载的煤炭图形以5度为间隔，分别建立翻车机组建在翻转5度、10度、15度、20度、25度、30度、35度、40度、45度、50度、55度、60度、65度、70度、75度、80度、85度、90度、95度、100度、105度时的三维图，每次都在名为煤炭的零件图上更改图形，建立凹槽，去除煤炭图形的一部分，建立角度参数a,令a分别等于5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105,在凹槽里的草图角度尺寸中，建立关系，使消除部分的一个角度约束等于a,草图完成后，作凹槽，使图形变成 翻车机翻转相应度数时C80火车里所剩下的煤。图2利用CATIA中测量惯量工具，测量每个角度的翻车机组件，得出翻车机质量m,单位为吨。利用CATIA中测量惯量中的轴惯量选项卡，先选择翻车机旋转中心基准轴，得出在翻车机翻转一定角度时的翻车机对基准轴的惯量矩10,单位为e+006kgxm2o创建关于重心的几何图形，利用CATIA的测量间距工具，测量翻车机重心点的坐标（X",Y"）,单位为毫米。1.2.4把测量值输入EXCEL,进行离散计算电机驱动力的最大值把这些测量出来的值输入EXCEL表，横栏分别为：角度a（角度从0度开始递增到165度，再从165度递减到0度）、质量m、相对坐标X"、相对坐标Y"、轴惯量矩10、实际坐标Y、翻车机翻卸C80火车时的负载M负、角加速度与轴转动惯量的积Ja、电机驱动力M驱。图3自定义的坐标系X"OY"是随翻车机旋转的，X"轴始终垂直于翻车机平台，Y，轴始终垂直靠车板，XOY坐标系不随翻车机旋转，X轴始终竖直向上，Y轴始终水平向右。实际坐标Y二Y，*COS(RADIANS(a))-X，*SIN(RADIANS(a)),单位毫米。翻车机翻卸C80火车时的负载M负=m*1000*9.8*Y*0.001,单位牛米，M 负为负值表示负载方向为逆时针方向，M负为正值表示负载方向为顺时针方向。角加速度与轴转动惯量的积Ja=10*0.1*1000000,加速度这时取绝对值，翻车机要求在任何角度都能启动和制动。电机驱动力M驱二Ja+abs(M负)1.2.5核算电机最大驱动力矩在翻车机的翻转角度为35度时，电机驱动力M驱有最大值,M驱max二1527930牛米。翻车机的驱动电机为2台200KW电机，额定转速为1500r/min,减速机的减速比为21.9,驱动小齿轮与翻车机端环齿块的分度圆直径比值24.4。电机的额定转矩：T额电机二9550*P/n二9550*200/1500二1273.3牛米。2台电机对翻车机端环的额定驱动力矩：T额=2*T额电机*21.9*24.4=1360801牛米。瞬时过载比率：M驱max/T额=1.1222,a22,a28,B228,B2=1080MP,取kl=7.2D为托轮直径，托轮直径为630毫米1为托轮与轨道的有效接触长度，翻车机端环采用的是Q120轨，所以1二120毫米cl为转速系数，电机额定转速为1500i7niiri,电机减速机减速比为21.9,驱动齿轮与端环齿轮分度圆直径比值为24.4,翻车机端环轨道直径与托轮直径比值为15.9,托轮转速为45r/min,取cl=O.96c2为工作级别系数，因为翻车机运行频繁，所以选M7级，取c2=0.8 klDlclc2=7.2*630*120*0.96*0.8=418038牛顿Pc=240713牛顿翻车机翻卸C80重车时，托轮轮压满足核算要求。1.神华黄骅港务公司CD78翻车机适应C80火车机械结构改造的后续改造2.1翻车机入端靠车板较点之间的箱型梁焊缝加固改造翻车机C80改造完成后，使用一段时间发现CD78入端靠车板两较点的箱型梁翼缘板焊缝开焊和两腹板均撕裂。通过分析开焊部位、腹板撕裂的开口走向及其受力状态，认为是靠车板在受压的状态下，两钱点中间部位在垂直靠车板方向上的变形太大，产生巨大的应力导致焊缝开焊和腹板撕裂，这说明靠车板两钱点之间的箱型梁在承受C80火车载荷时，抗弯能力不足，大应变产生大应力，因此加固方案是增加两较点之间箱型梁的抗弯能力。加固方案：1•贴着原腹板,再焊接两块厚12毫米的Q345钢板。2•在翼缘板上表面，沿着原腹板的方向，焊接两块厚12毫米的Q345钢板，在这两块钢板之间焊接三块钢板以组成箱型梁，但是不焊盖板（为了检查焊缝）。2.2为保护翻车机压车器头部联接板固定螺栓进行加固改造对于线式压车的翻车机来说，翻卸C80时，压车器头部联接板的高强螺栓之所以经常断裂的原因是这些高强螺栓受到的工作载荷超过了自身所能承受的最大载荷，要解决这 个问题就必须分担这些高强螺栓所受到的工作载荷。在每个压车器头部联接板上方竖直焊接2个厚20毫米材料为Q345的筋板。压车器头部钢结构在受到工作载荷之后，原来压车器头部联接板高强螺栓所受到的部分剪力通过焊缝传递到保护压车器头部联接板高强螺栓的筋板上，这样高强螺栓所受到的载荷就减小了，保证了高强螺栓的安全。1.结论神华黄骅港务公司CD78翻车机由原来的翻卸C70火车,改为翻卸C80火车，火车重量增加，利用CATIA软件画出CD78翻车机的三维图，每隔5度，利用三维图算出重心参数，代入EXCEL表进行离散计算，校核翻车机配重和翻车机的驱动力矩，满足使用要求。核算翻车机托轮的承载能力，满足使用要求。针对翻车机入端靠车板在翻卸C80火车时出现焊缝撕裂，进行了加固改造，针对翻车机压车器头部联接板螺栓频繁出现断裂的情况，进行焊接筋板的加固改造，改造完成靠车板焊缝不再出现撕裂情况，压车器头部联接板螺栓不再出现断裂情况。■参考文献[1]徐濒.机械设计手册.3(M).北京：机械工业出版社，2002.[2]交通部水运司•港口起重运输机械设计手册•北京：人民交通出版社，2000.'