MSV60型凹体双头运输车研制

2022-05-27刘培勇杜宝凤

科技与创新 2022年10期

张杨，刘培勇，杜宝凤

（秦皇岛天业通联重工科技有限公司，河北秦皇岛 066004；河北省重型装备工程技术研究中心，河北秦皇岛 066004）

成自高铁是中国四川省境内一条连接成都市与自贡市的高速铁路，是《中长期铁路网规划》中“八纵八横”高速铁路主通道之一“京昆通道”的重要组成部分，为四川历史上第一条时速350 km的高速铁路。

锦绣隧道为成自高铁关键节点工程，秦皇岛天业通联重工科技有限公司针对锦绣隧道施工特点研制MSV60型凹体双头运输车，满足了施工单位对于箱涵、管片的运输要求，实现了与盾构机的箱涵、管片卸载系统的完美衔接，解决了箱涵、管片从洞外中转场地到盾构机的隧道施工问题。

1 MSV60型凹体双头运输车主要结构

MSV60型凹体双头运输车采用低高度液压驱动凹形平板运输车辆型式。运输车由动力系统、行驶系统、车架、转向系统、悬挂系统、液压系统、电气系统等组成。轮轴为独立悬架结构，配385/65R22.5轮胎与11.75-22.5钢圈，通过转向油缸实现整车转向。外形结构图如图1所示，主要技术参数如表1所示。

图1 MSV60型凹体双头运输车外形结构（单位：mm）

表1 主要技术参数

表1（续）

1.1 动力系统设计

动力系统是运输车心脏部分，是运输车动力的来源。发动机的机械能转化为液压系统的压力能，通过液压阀的控制、液压管路的传输到达各个执行机构实现所要的动作：行星减速机转动带动驱动桥行走、悬挂油缸的伸缩，进而实现运输车升降、转向油缸的伸缩进而实现运输车的转向，对于不同的执行系统，对应着不同的液压动力源。

MSV60型凹体双头运输车满载质量（85 t）是空载质量（25 t）的3.4倍，空载最大运行速度（15 km/h）是满载最大运行速度（10 km/h）的1.5倍，所以满载运行的功率明显大于空载运行速度。动力系统功率计算时，只需计算满载工况。

运输车运行阻力由滚动阻力、坡度阻力、风阻力等组成。由于本车速度较低，风阻力忽略，不予计算[1-2]。

1.1.1 运行阻力计算

滚动阻力为：

坡度阻力为：

式（1）（2）中：m为运输车满载质量，取85 t；g为重力加速度，取9.81 m/s2；f为滚动阻力系数，取0.025；α为纵向爬坡能力，取8%。

1.1.2 运行功率计算

重载平路运行功率为：

重载坡度运行功率为：

式（3）（4）中：V1为运输车满载速度，取10 km/h；V2为运输车坡道速度，取5 km/h。

1.1.3 运输车需求功率计算

运输车需求功率为：

式（5）中：μ为机械液压系统效率，取0.75；β为功率放大系数，取1.25。

运输车实际选用发动机为玉柴YC6L330-50，额定功率为243 kW，大于运输车的需求功率（203 kW），满足使用要求。

1.2 行驶系统设计

1.2.1 制动轮组

制动轮组选用成熟的标准产品，轮组部分包括轮毂、制动器、制动气室、制动调整臂等部件。车轮是单轮式的，车轮通过螺母旋紧在轮毂螺栓上。

每个制动轮组上装有2只制动器。制动器上的制动蹄片由凸轮扩张，回动弹簧复位。当压缩空气通入制动气室后，其推杆将推动调节臂转过一个角度，从而也使连接于其上的凸轮转过一个角度，使蹄片外张而刹住制动鼓，于是，车轮停止转动，结构如图2所示。

图2 制动轮轴

1.2.2 驱动轮组

采用静液压驱动，由驱动平衡臂和液压马达减速器组成，液压驱动马达采用独立控制模式，当其中某个轮组悬空时，可以把悬空马达排量归零，有效地防止了驱动轮组打滑现象。

控制驱动液压系统为闭式系统，由液压控制阀控制进入马达的流量与压力，高压液压油驱动马达减速器组合转动，从而带动轮胎转动，驱动运输车前行或者后退。

1.3 车架设计

车架钢结构由2个端梁+中间主梁通过连接销轴和螺栓组装而成。端梁和中间梁分别由Q355B高强板焊接而成。装载重量通过管片支撑座的传递将负载施加于车上。端梁及中间梁的主梁为整体的箱型梁，是主要承载结构。为了最大限度地将载荷分布到两侧的行走系统上，端梁及中间梁承载重物处分布有非常稳定的横梁。同时车架结构具有非常好的抗弯、抗扭的能力，可保证整车的稳定性。车架结构如图3所示。

图3 车架结构

1.4 转向系统设计

转向系统的工作过程是通过转向油缸的伸缩促使驱从动轮组的转动。转向编码器把转向角度反馈到控制器，控制器驱动转向油缸伸缩，从而实现轮组的转向。此结构的优点是转向平稳，结构紧凑，转向角度能达到±20°，可以保证管片运输车在隧道内转向要求，转向结构如图4所示。

图4 转向结构图

运输车可以直行（前进、后退），同时具有±20°半八字、八字转向模式与斜行模式。

1.5 悬挂系统设计

悬挂主要由悬挂架、悬挂油缸和平衡臂组成，悬挂架与平衡臂之间有悬挂油缸支撑，悬挂油缸伸缩可使整车有±100 mm的高度调节范围。悬挂架通过法兰和螺栓与回转支承联接，再通过回转支承将支撑力传递到车架，结构如图5所示。

图5 悬挂系统结构

这种悬挂结构有以下3点效能：①实现整车三点或者四点支承，使每个轮组受力基本相同；②可调整运输车的高度，具备更高的行驶通过性；③可单独提起某个轮胎，便于维修和更换轮胎。

悬挂系统是连接车轿与车架的重要部分，可以使运输车的载荷通过全车的每一副悬挂均匀地分配到各个承重轮胎上。所以说运输车的悬挂系统是最主要的承载部分，也是整车中相对安全性要求最高的部分。当然悬挂系统也肩负着平台升降的使命，通过悬挂油缸的同步伸缩，可以使运输车平台平稳地上升或下降到指定的高度[1-2]。

1.6 液压系统设计

运输车驱动的动力来源于液压系统，当驾驶室输出一个前进（或后退）信号时，控制驱动泵电磁铁得电（未得电时驱动泵斜盘无摆角，泵无输出），使驱动泵的斜盘到某一摆角，摆角大小与驾驶室油门大小成正比。此时驱动泵根据斜盘的摆角输出一定流量的压力油，压力油到达驱动马达，当车辆起步时驱动马达的斜盘摆角最大，此时运输车驱动力较大，车速较低。在运输车加速过程中，马达斜盘摆角在电控系统的控制下逐渐减小，车速逐渐加快。当车速到达需要数值时（驱动马达内置速度传感器时时检测），马达斜盘摆角不再变化，此时运输车匀速前进[3]。

在运输车行走的过程中，单独的齿轮泵会从液压系统回油侧抽出一定量的液压油，此部分液压油用于系统的散热。与此同时，外置补油齿轮泵提供压力油，通过补油过滤器后进入到驱动系统回油侧，避免驱动系统吸空。

1.7 电气系统设计

电气系统主要由车电系统和微电系统2部分组成。车电系统主要由供电系统、车电控制系统、空调系统组成。微电系统由发动机控制系统、液压控制系统等组成。

1.7.1 车电系统

车电系统由发动机、蓄电池、照明灯、维修灯、空调、驾驶室供电等组成。照明灯即司机室组合照明灯，其功能分别为照明、转向、刹车。

1.7.2 微电系统

微电控系统采用基于CAN总线的分布式控制，选用工程车辆专用控制器，具有CAN总线接口，降低了电控部分的复杂性，控制器防护等级达到IP65，可用在振动、潮湿等工作环境，可靠性极高。

控制系统不但对全车动作发布操作指令，而且可实时监控操作过程。在发生误操作时显示屏会给出警示和报警提示。驾驶室内显示屏采用CAN总线显示器，可显示升降的压力、高度，柴油发动机的运作参数（如水温、油压、油位、柴油机转速）和整车的运行参数（如驱动、提升和转向系统内的工作压力、转向角度、所选择了的转向模式、车身高度），由于整合了诊断故障系统，可用以找出故障[3]。

2 MSV60型凹体双头运输车的技术特点

MSV60型凹体双头运输车的技术特点如下：①整车采用凹体型设计，车架由2个端梁+中间主梁通过连接销轴和螺栓组装而成；②双驾驶室布置，每个驾驶室都可以实现对于整车的完全控制，在隧道内运行时，不需要调头就可以实现往返运输；③液压悬挂路面补偿系统，实现了车辆在行驶中，遇凸凹或倾斜路面时各悬挂自动伸缩补偿，使各悬挂承载基本相等；④整车同步升降功能，可以在卸载货物时进一步降低整车高度，为隧道内卸载货物预留充足的安全空间；⑤在电气系统的精准控制下，运输车具有防止车轮超速（或称打滑）功能，满足隧道内外凹凸不平路面的行驶要求；⑥发动机采用国五排放标准的玉柴发动机，充分考虑了隧道内施工排风不畅的客观条件。

3 MSV60型凹体双头运输车的安全性设计

MSV60型凹体双头运输车属于隧道内施工特种运输装备，其安全性能至关重要，也是特种运输车辆研制工作的关键技术，主要体现在硬件和软件2个大的方面，具体如下。

运输车配置了安全有效的制动系统，包括行车制动、驻车制动与紧急制动3种制动模式。行车制动主要通过压缩空气驱动鼓式制动器实现，负责整车行驶过程中的制动以及坡道上的短暂停车；驻车制动采用的是行星减速机的多片式常闭制动器，当打开驻车制动按钮或者车辆发生故障时，制动液压油管内液压油失压，制动器起作用，整车停止运动；驾驶室与车辆四周共布置有4处紧急制动按钮，当车辆在发生紧急状况时，按下任一紧急制动按钮，车辆的行车制动系统与驻车制动系统将同时触发，车辆将在最短的时间内停止运动，保证车辆与人员安全。

运输车安装了防撞系统。在运输车进入盾构机后配套的狭窄空间时，打开防撞系统，系统将实时监测车辆与周边障碍物的距离。当车辆与障碍物达到警示距离设定值时，驾驶室内警报器将响起，提醒司机注意四周障碍物；当车辆与障碍物达到危险距离设定值时，整车将停止运行，打开复位按钮并把车辆挪出危险距离后，车辆方可正常运行。

每个驾驶室内均布置有后视摄像头显示器，以便司机正向驾驶时可以随时注意到后方可能出现的任何危险；当车辆需要倒车调整姿态时，在安全的前提下减少指挥人员配置。

驾驶室内配备防瞌睡按钮，防止司机在隧道内运输时因疲劳产生瞌睡现象而发生安全生产事故。