刘琨伟 李学伟 文 /图

导语：本设计以半挂牵引车取力器作为动力源，基于半挂车底盘，通过加装液压系统和翻转装置等装置，提出了产品设计的工作原理和总体方案，成功实现了大吨位铁水运输和自动倾倒，有效提高了铁水转运效率，减少和避免了沾包现象的发生，避免了铁水的浪费。投入实际使用后，达到预期要求，符合铸造业需求。

目前国内铸造行业的多数铸造厂的工艺是把在高炉接下的铸造铁水转运到浇铸场地，分多次倒入多个浇铸铁水包中进行生产。而多数铸造车间天车吨位较小，如使用小铁水包进行铁水运输，费时费力，且因铁水粘包造成浪费较大。这就需要一种能够运输大吨位的铁水包(30 t以上)且能够自卸分包的车辆。

解决方式一种是直接运输能够自卸的铁水包，一种是利用车辆实现自卸。自卸式铁水包的旋转倾翻一般为电机或手摇借助减速机增大力矩来实现，但受减速机体积及自重的限制一般最大能做到15 t左右，不能满足生产需求。而笔者研制的液压自卸式铁水运输半挂车则完美地解决了这个问题。它是在半挂牵引车取力器口处安装油泵，在挂车前部加装液压站，使用多级液压缸和翻转机构，从而实现了大吨位铁水包中铁水的自卸。

自卸式铁水运输半挂车(铁水包运输半挂列车)由半挂牵引车、铁水车架(半挂车底盘)、铁水包、液压系统、翻转机构等组成(图1、图2)。下面以装载35 t铁水的铁水包运输半挂列车为例，介绍其组成结构特点、设计方案及工作原理。

图1 整车(列车)组成结构示意图

图2 铁水包倾翻示意图

1 半挂牵引车

列车采用中国重汽ZZ4186型或其他品牌的带有取力器口的半挂牵引车，加装70取力器，通过传动轴带动牵引车中部下方设置的液压泵，通过带滑动龙门架的油管为液压系统提供动力。

2 铁水车架(半挂车底盘)

(1)主梁及底板。采用锰板焊接而成，其特点是箱形纵梁、工字或箱型横梁结构，将横梁、边梁、纵梁等焊接成坚固的框架；因此承载量大，不易变形。底板为钢板结构。

(2)支撑装置。前后4根液压支腿，单腿承载40 t以上，带自锁机构，由与倾翻控制集成在一起的控制手柄操控。前支腿除做稳定支撑外，还作为牵引销与牵引座连接及分离的升降支腿；后支腿主要为铁水包倾翻时提供支撑。

(3)车轴及悬架。采用一线双桥悬架；为刚性、大吨位承载性悬架，无减震装置；故使用时，行驶速度应小于20 km/h，以免速度过高，损坏车轴部件。

(4)制动系统。为双管路制动系统。红色制动接头与半挂牵引车的红色制动接头相连接(充气管路)；黄色制动接头与半挂牵引车的黄色制动接头相连接(控制管路)。与半挂牵引车的管路正确连接后，可以实现行车制动及半挂车意外脱离或管路破裂后的自动制动功能。制动系统原理图见图3。

图3 制动系统原理图

如图3，当踏下牵引车制动踏板时，从牵引车过来的控制气压经过黄色的气制动接头到达紧急继动阀控制口，紧急继动阀起作用，前后膜片制动气室充气，实现充气制动。抬起制动踏板时，半挂车控制管路中的气压由半挂牵引车放掉，紧急继动阀起作用，前后膜片制动气室气压也随着降到零，制动完全解除。对于装配超前紧急继动阀的制动系统，不装配件3和4。驻车制动系统为放气弹簧制动，主要由膜片弹簧制动气室、手制动阀及双通单向阀组成。

(5)电器系统：其原理图如图4。

图4 电器系统原理图

(6)轮胎与车轮(钢圈)。为降低车辆重心，需选用小尺寸轮胎，而车辆总重约75 t；因普通斜交胎及钢丝胎无法满足载重，故装配9.00实心橡胶轮胎；钢圈采用加厚无缝钢圈。实心轮胎散热不好，长期行走时轮胎的热量散发不出去，容易出现爆胎现象，故此类车辆只适用于厂矿院内使用，不得用于公路或长途运输。车辆行驶速度不得超过20 km/h。

(7)牵引销。按此车型及负荷情况，选用90#装配式牵引销。

(8)安全防护装置。按照GB 7258和GB 1589规定，配置了侧面和后下部防护装置。

至此，形成完整的行车承载系统。

3 液压系统

3.1 组成

作为实现翻转架旋转的动力来源，由液压站、多级油缸、阀块组、管路系统、控制系统组成。液压系统原理图如图5。

图5 液压系统原理图

图6 力矩图

3.2 液压系统技术参数

(1)液压站部分：系统工作压力：10 MPa；系统最大流量46 l/min。

(2)电磁阀及用电元件控制电压：DC24 V。

(3)系统正常工作油温范围：25～55 ℃。

(4)系统清洁度要求：不低于NAS 10级。

3.3 液压系统特点

除满足液压系统相应的通用要求外，根据该车特点，该液压系统还具有以下特点：

(1)由于铁水包托架两侧需要各设置一个多级油缸，液压系统必须具备两油缸同步回路。

(2)为了防止液压系统在举升过程出现回落故障，必须具有液压锁止机构。

(3)为了保证向外倾倒铁水的平稳，系统必须具备可靠的调速回路。调速回路的调整范围：在汽车发动机处于怠速情况下，油缸举升速度在2～20 mm/s可调。

(4)考虑到装满铁水的整个系统因汽车底盘、液压、电控等原因不能正常倾倒铁水时，必须设置人工手动装置，在铁水凝固之前人工手动将铁水倒出。人工手动倒出铁水的速度不得超过30 min。

(5)电控液压系统应能使倒完铁水的铁水包具有相对快速回落的功能。从最大举升位置回落到运输状态的时间不得超过30 s。

(6)铁水在倾倒过程中会有飞溅，为防止对油缸造成损坏，必须设置相应可靠的保护装置。

(7)为了操作人员对倾倒铁水的过程实施适时监控，电控系统为有线遥控方式，遥控线长为20 m。

(8)有线遥控系统的功能至少应包括：油缸举升、油缸回落(正常速度)、油缸快落、停止等动作。操作面板上预留安装发动机调速装置的位置，遥控线束中预留对应的连接线。

4 翻转机构

作为实现铁水自卸功能的机构，由翻转架支撑梁、翻转架、翻转架下支撑梁、销轴、轴套、连接座、定位板等组成。使用液压系统的油缸作为动力来源，实现铁水包的倾翻。

5 油缸推力理论计算

选用缸径为125 mm的二级油缸，液压系统工作压力10 MPa。极限作用力在开始举升位置，随着举升铁水变少及重力力矩变小，所需推力越来越少；下落时未超过旋转死点，仅靠重力即可实现复位而无需计算。

图7 列车运输状态

图8 铁水包举升状态(演示)

图9 实际倾倒铁水状态

(1)二级油缸单根理论推力：0.125 m×0.125 m×3.14×10 000 000 Pa/9.8 N/kg/1 000=50 t，2根油缸理论推力为100 t。

(2)所需最小理论推力计算：

如图6所示，铁水包、保温材料、铁水、旋转架合计55 t，力臂1 365 mm。推力力矩为1 144.4mm，则所需最小理论推力为：55 t×1 365 mm/1 144.4 mm=65.6 t。

(3)安全系数为：2根油缸理论推力/所需最小理论推力=100/65.6=1.52。

考虑到系统的总效率，可能会有泄漏、机械损失、阻力损失等，经验安全系数一般为1.2～1.3。故本系统设计的安全系数大于经验系数，完全满足倾翻需求。

6 结论

本设计结合国内冶金行业需求，以半挂牵引车取力器作为动力来源，基于半挂车底盘，通过加装液压系统和翻转装置等装置，提出了产品设计的工作原理和总体方案，成功实现了大吨位的铁水运输和自动倾倒铁水，有效提高了铁水转运的效率，进而有效减少和避免沾包现象的发生，有效避免了铁水的浪费。经过投入到山东泰山阳光冶金公司、徐州三成铸造公司、徐州恒昌铸造公司、青州豪漳铸造公司等实际使用，达到预期要求，符合铸造行业需求。