Вагоны промышленного железнодорожного транспорта - Технологический подвижной состав

Глава 9 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ

Общие сведения о технологическом подвижном составе

Технологический подвижной состав предназначен для обеспечения технологии металлургического производства и по существу является оборудованием производственных цехов на железнодорожном ходу. Эффективность использования вагонов технологического назначения определяется не только традиционными параметрами вагона, такими как грузоподъемность, объем кузова, коэффициент тары и прочее, но в большей мере степенью соответствия конструкции вагона специфическим условиям эксплуатации производства. Так, например, должны учитываться физико-механические свойства грузов, прочность вагона должна соответствовать повышенным динамическим и температурным нагрузкам, необходимо соответствие параметров вагона погрузочным средствам и приемным устройствам, должна обеспечиваться максимальная механизация погрузочно-разгрузочных работ. В связи с этим характерной особенностью технологических агрегатов является их конструктивное оформление. По конструкции технологический подвижной состав имеет сходство с вагонами только в ходовых частях, которые большей частью изготавливаются специальными, воспринимающими повышенные нагрузки от груза и конструкции. На ходовые части устанавливаются специальные емкости в виде чаш.

Рис. 9.1. Шлаковоз объемом 11 м3 с винтовым механизмом опрокидывания чаши.

Разгружают платформу, как правило, мостовыми или железнодорожными ковшей, бункеров или грузоприемные площадки.
Отдельные технологические агрегаты отличаются повышенной осевой нагрузкой — до 520 кН (53 тс). Они не допускаются к обращению по путям магистральных дорог ни в груженом, ни в порожнем состоянии и перевозятся к месту постоянной эксплуатации, как правило, в разобранном виде. К технологическому подвижному составу относятся шлаковозы, чугуновозы, коксотушильные вагоны, вагоны-трансферкары, специальные тележки для горячих слитков в изложницах, для шихты в мульдах и пр.

Назначение и устройство шлаковозов

При выплавке черных металлов (чугуна и стали) образуется побочный продукт — шлак. Он служит хорошим сырьем для производства строительных материалов. Транспортирование жидкого шлака от доменных и мартеновских печей, от сталеплавильных агрегатов к грануляционным установкам (гранбассейнам) или в шлаковые отвалы предприятий осуществляется шлаковозами. В настоящее время на предприятиях Министерства черной металлургии СССР эксплуатируются преимущественно четырехосные шлаковозы с объемом чаш 11, 16 и 16,5 м3. В целом конструктивное оформление их однотипное. Шлаковоз состоит из следующих основных узлов: ковш (чаша), опорное кольцо, рама-платформа, механизм опрокидывания чаши и ходовые части (ширина колеи 1520 мм). Погрузка шлака в чашу производится наливом, выгрузка — опрокидыванием чаши. Что же касается механизма опрокидывания чаши, то имеются два принципиально отличающихся варианта его конструкции: винтовой и безвинтовой.
Шлаковоз объемов 11 м3 с винтовым механизмом опрокидывания чаши показан на рис. 9.1.

Изготовители — Уралмашзавод (УЗТМ) и Днепропетровский завод металлургического оборудования (ДЗМО). Чаша 5 —своеобразный съемный кузов шлаковоза — представляет собой стальную отливку в форме усеченного конуса с переходом в шаровой сегмент в нижней ее части. Толщина стенок чаши 60 мм, днища 120 мм. Чаша опирается на опорное кольцо 5 четырьмя лапами — приливами 4, которые имеют призматические выступы, входящие в соответствующие углубления кольца. Такая связь чаши и опорного кольца препятствует взаимному смещению их при толчках во время движения шлаковоза. Помимо того, чаша дополнительно связана с опорным кольцом посредством упоров 7, упирающихся в приливы 8 чаши и шарнирно соединенных болтом и чекой с серьгами 6 кольца. Благодаря такому креплению чаша удерживается в кольце при наклоне ее во время разгрузки. Иными словами, чаша запирается в опорном кольце.
Конструкция шлаковоза допускает установку на него чаши для доменного или мартеновского шлаков. Объемы чаш одинаковы (11 м3), но толщина стенок и собственный вес чаши для мартеновского шлака, более тяжелого и горячего по сравнению с доменным, большие. Кроме этого, в верхней части чаши для мартеновского шлака имеются дополнительные приливы с отверстиями для захвата грузоподъемными устройствами при перестановке заполненной чаши со стенда у мартеновской печи на раму шлаковоза.
Чаши и опорное кольцо изготавливаются из углеродистой стали марки ЗОЛ или 35Л, возможно применение легированной стали марки 30ХМЛ. Стойкость чаш из легированной стали в три раза выше, чем из углеродистой.
Опорное кольцо 5 передает нагрузку от чаши на раму шлаковоза. Оно отливается как одно целое с двумя цилиндрическими бегунками 2. Каждый бегунок жестко соединен с зубчатым сегментом 1. Диаметр начальной окружности шестерни-сегмента совпадает с диаметром круга качения бегунка. Бегунки передвигаются по направляющим 9 опор рамы и обеспечивают нормальное зацепление сегментов 1 с зубчатыми рейками 10, неподвижно закрепленными на опорах рамы. Наличие такого зубчатого зацепления обеспечивает совместное кантование опорного кольца и чаши, что производится специальным винтовым механизмом (рис. 9.2), который работает следующим образом.
От электродвигателя 5 через муфту 6, двухступенчатый редуктор 7 и пару зубчатых шестерен 8 приводится во вращение винт 3 с трапециевидной самотормозящей резьбой. По концам винт закреплен в подшипниковых опорах, жестко установленных на раме шлаковоза. При вращении винта вдоль него перемещается гайка-ползун 4, в паз которой входит цапфа 12 зубчатого сегмента 11, сообщая ему поступательное движение. Зубчатый сегмент, передвигаясь по неподвижной зубчатой рейке 9, получает и вращательное движение. В результате поступательное и вращательное движения передаются бегунку 1, установленному на направляющем рельсе 2, и, следовательно, опорному кольцу 10 с чашей. При опрокидывании чаша одновременно смещается от продольной оси шлаковоза к краю рамы, чем обеспечивается выгрузка шлака в сторону от железнодорожного пути. Максимальный угол поворота чаши 116°. Горизонтальное смещение ее при этом составляет 972 мм. Расположение зубчатых сегментов и реек с обеих сторон опорного кольца исключает возможность перекоса.
Рама-платформа шлаковоза состоит из двух концевых полурам-лафетов, соединенных двумя продольными балками изогнутой формы.

Рис. 9.2. Винтовой механизм опрокидывания чаши шлаковоза.

Рис. 9.3. Тележка для шлаковоза.

Последние, в свою очередь, связаны поперечными распорками. Лафеты сварены из листовой стали марки СтЗ толщиной 16—20 мм. Шкворневая и хребтовая балки лафетов имеют коробчатое замкнутое сечение, образованное вертикальными и горизонтальными листами толщиной 16 — 20 мм. Концевые балки лафетов изготавливаются из швеллеров № 30.
Соединение лафетов с ходовыми частями осуществляется посредством пятникового устройства. Пятники литые (сталь марки 25Л). Продольные балки рамы имеют постоянное по длине коробчатое сечение высотой 320 мм, сварены из листов толщиной 20 мм.

Рис. 9.4. Шлаковоз объемом 16 м3 с винтовым механизмом опрокидывания чаши.

В качестве ходовых частей шлаковоза используются двухосные тележки постройки Брянского машиностроительного завода (рис. 9.3), конструкция которых включает в себя две боковые балки 1, надрессорную балку 9 с подпятником 2, два рессорных комплекта 3 и элементы рычажной тормозной системы — затяжку 4, валик 5, средний рычаг 6, распорку 8 рычага и предохранительную скобу 7. Боковые и надрессорная балки отлиты из стали марки 25Л. Каждый рессорный комплект состоит из семи двухрядных цилиндрических пружин. Диаметры прутков наружных и внутренних пружин равны соответственно 33 и 16 мм. Корпус буксы разъемный. Две его части соединены между собой двумя специальными болтами 10 (Μ30 Х370). Подшипник буксы двухрядный сферический. Ось колесной пары специальная, усиленной конструкции. Масса тележки 7961 кг.
Шлаковоз оборудован автоматическими тормозами и автосцепкой СА-3. Передвижение состава шлаковозов (6— 10 единиц) осуществляется локомотивом. Для предупреждения опрокидывания шлаковоза при опорожнении чаши со шлаком рама его снабжена клещевыми захватами, прикрепляемыми к рельсам железнодорожного пути. Пусковое устройство для электродвигателя (мощность 26,5 кВт) механизма опрокидывания чаши на шлаковозе не устанавливают. Для подачи электрического тока на раме шлаковоза монтируют две штепсельные розетки. Управление механизмом разгрузки производится со стационарного поста командоконтроллером.
Шлаковоз объемом 16 м3 с винтовым механизмом разгрузки постройки УЗТМ (рис. 9.4) по конструкции аналогичен шлаковозу объемов 11 м3. Особенности конструкции шлаковоза заключаются в следующем.
Для повышения стойкости и уменьшения температурных деформаций наружная поверхность чаши усилена вертикальными ребрами жесткости 1. С целью усиления циркуляции воздуха для лучшего охлаждения стенок чаши в опорном кольце предусмотрены увеличенные овальные отверстия 2 (окна).

В механизме опрокидывания чаши для большей эксплуатационной надежности его установлены два приводных винта и, следовательно, две гайки, которые соединены со специальной траверсой, насажденной на цапфу опорного кольца. Таким образом, при вращении винтов гайки совместно с траверсой перемещаются. При этом опорное кольцо с чашей одновременно поворачивается и перемещается в сторону от оси железнодорожного пути. Лафеты рамы связаны между собой одной соединительной балкой изогнутой конфигурации. Ширина ее 1050 мм, высота в средней части 320 мм, а по концам — 360 мм, толщина вертикальных листов 20 мм, горизонтальных накладок — 38 мм. Длина лафета 1360 мм, ширина 2400 мм. Лафеты и соединительная балка сварены из углеродистой стали марки Ст16С.
Ходовые части шлаковоза состоят из двух специальных тележек с базой 1300 мм. Предельная нагрузка на ось тележки 372 кН (38 тс).
Шлаковоз объемом 16,5 м3 с винтовым механизмом разгрузки постройки УЗТМ предназначен для перевозки доменного шлака. Он отличается от шлаковоза объемом 16 м3 только конструкцией чаши. Если чаши объемом 11 и 16 м3 имеют круглое поперечное сечение, то чаша объемом 16,5 м3 — овальное. Это обусловлено стремлением повысить объем чаш при сохранении железнодорожного габарита.
С 1970 г. Днепропетровский завод металлургического оборудования серийно выпускает шлаковозы новой конструкции — с безвинтовым механизмом опрокидывания чаши. Созданные заводом унифицированные шлаковозы этого типа с объемом чаш 11; 16 и 16,5 м3 имеют одинаковые ходовые части, рамы и механизмы опрокидывания и отличаются только чашами и опорными кольцами. В связи с этим при изготовлении шлаковозов достигаются широкая взаимозаменяемость целых узлов и деталей, однотипность технологической оснастки, уменьшается число технологических операций и снижаются трудовые затраты.
Унифицированный шлаковоз с безвинтовым механизмом опрокидывания (рис. 9.5) состоит из двух специальных тележек 14 с базой 1300 мм, двух лафетов 1, связанных соединительной балкой 13 изогнутой формы, двух опор 2 для опорного кольца 3, чаши 4 и безвинтового механизма опрокидывания чаши, включающего в себя электродвигатель 11, редуктор 10, зубчатый сектор 9, шестерню 8 с катком (бегунком) 7 и зубчатый сегмент 6. В верхней части чаши 4 имеются четыре прилива 5 с впадинами, в которые заходят соответствующие выступы опорного кольца при установке чаши на шлаковоз. В нижней части чаши выполнено четыре прилива-упора Т-образной формы для запирания ее в опорном кольце. Шлаковозы объемом 11 и 16 м3 выпускаются с чашами как для доменного, так и для мартеновского шлаков. Чаша объемом 16,5 м3 предназначена для доменного шлака.
Безвинтовой механизм опрокидывания чаши работает в следующей последовательности. От электродвигателя 11 вращение передается через редуктор 10 на вал-шестерню, который находится в зацеплении с зубчатым сектором 9, насаженным на цапфу опорного кольца 3 и, следовательно, передает вращение ему и шестерне 8 с катком 7. Шестерня взаимодействует с зубчатым сегментом 6, жестко укрепленным на опоре 2, преобразуя вращательное движение зубчатого сектора во вращательно-поступательное опорного кольца с чашей. Угол поворота чаши до полного ее опорожнения 118°. Возврат чаши в исходное положение происходит за счет реверсирования электродвигателя.

Рис. 9.5. Унифицированный шлаковоз с безвинтовым механизмом опрокидывания чаши.

Отсутствие винта и гайки (пары трения), работающих в сильно запыленной среде, резко повысило надежность механизма опрокидывания. Помимо того, безвинтовой механизм разгрузки значительно проще по конструкции, прост в обслуживании и ремонте. По данным Днепропетровского завода металлургического оборудования эксплуатационные и ремонтные расходы на шлаковозы с этим механизмом в 10 раз меньше. Шлаковоз с безвинтовым механизмом опрокидывания оборудован автосцепкой СА-3 и клещевыми захватами 12 для прикрепления к рельсам при разгрузке.
В настоящее время на отечественных предприятиях работают новые мартеновские печи, объем которых достигает 600 и 900 т.
Нормальная работа таких печей может быть обеспечена при наличии шлаковых ковшей повышенного объема. Опытный шлаковоз объемом 24 м3 с безвинтовым механизмом разгрузки создан (рис. 9.6) на ДЗМО. Характерная особенность конструкции этого шлаковоза — существенно пониженный центр тяжести ее, что повышает устойчивость шлаковоза. С этой целью предельно опущенная соединительная балка 5 рамы имеет прямолинейную форму и изогнута только по концам в местах соединения с лафетами. Снижение центра тяжести достигнуто также благодаря тому, что опорное кольцо 4 расположено на низком уровне. На опорном кольце вдоль поперечной оси шлаковоза предусмотрены две диаметрально расположенные вогнутые опоры, куда входят мощные приливы 3 чаши.
По направлению продольной оси шлаковоза опорное кольцо имеет две мощные вертикальные стойки 2 с цапфами, на которые насажены шестерни с катками механизма опрокидывания. Верхние части стоек 2 оканчиваются П-образными выемками, в которые входят прямоугольные выступы чаши.

Рис. 9.6. Опытный шлаковоз с безвинтовым механизмом опрокидывания чаши.

Таблица 9.1. Основные технические характеристики шлаковозов

Дополнительным фиксатором опорного кольца, удерживающим его на опоре, является поворотная траверса 1, шарнирно связанная нижним концом с опорой, а верхним — с цапфой кольца.
Основные технические характеристики шлаковозов приведены в табл. 9.1.