一種大軌距電動平板車的設(shè)計(jì)

摘 要：介紹了華菱VAMA電動平板車的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，指出2800mm大軌距電動平板車的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。該平板車在華菱鋼廠現(xiàn)場使用中穩(wěn)定、可靠，成功作為一種大軌距電動平板車的設(shè)計(jì)實(shí)例。

關(guān)鍵詞：電動平板車；設(shè)計(jì)；大軌距前言

電動平板車，又稱電動平車、電平車、臺車等，它是一種運(yùn)輸車，它是電驅(qū)動車輛在電動機(jī)減速機(jī)驅(qū)動下自動運(yùn)行的一種平板車[1]。

湖南安賽樂米塔爾汽車板有限公司，所需的80t電動平板車是用于車間內(nèi)冷軋臥卷和成品卷的運(yùn)輸，其軌距為2800mm。文章介紹根據(jù)電動平板車的應(yīng)用背景和需求，設(shè)計(jì)了電動平板車的主要部件，如電動機(jī)減速器的選型、車架結(jié)構(gòu)，并確定了這些部件的尺寸參數(shù)；同時(shí)指出采用一種鼓形齒聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)形式解決大軌距啃軌的難點(diǎn)。實(shí)踐使用中，這種大軌距電動平板車運(yùn)行平穩(wěn)、可靠，得到用戶的好評。

1 平板車技術(shù)參數(shù)及外形結(jié)構(gòu)

1.1 技術(shù)參數(shù)

VAMA項(xiàng)目大軌距平板車外形尺寸為5000mm×3000mm×853mm（長×寬×高）；名義載重：80000kg；平板車自重：10000kg；牽引高度：645mm；軸距：1948mm；軌距（內(nèi)側(cè)距）：2800mm；車輪直徑：630mm；行程：59m；供電方式：滑觸線。

1.2 外形結(jié)構(gòu)（見圖1）

圖1 平板車的外形結(jié)構(gòu)

2 三合一電機(jī)減速機(jī)的選擇

2.1 阻力矩Mm和摩擦阻力Pm

平板車運(yùn)行時(shí)的主要摩擦力矩有：滾動摩擦阻力矩，車輪軸承的摩擦阻力矩以及附加摩擦力矩[2]。

Mm=（G+Q）g*（R+μd/2）β （1）

Pm=2Mm/Dc （2）

式中G為平板車自重，G=10，000KG；Q為載重量，Q=80，000KG；Dc為車輪直徑， Dc=630mm；R為滾動摩擦系數(shù)，R=0.8；μ為車輪軸承摩擦系數(shù)，μ=0.015；d為軸承內(nèi)徑：d=18mm；β為附加摩擦系數(shù)，β=1.5；

代入得：

Mm=2902.5Nm

Pm=9214N

2.2 坡度阻力矩Mp及阻力Pp

Pp=（G+Q）gKp （3）

Mp=Pp×Dc/2 （4）

式中Kp為坡度阻力系數(shù)，Kp=0.002；

代入得：

Pp=1800N

Mp=567Nm

2.3 平板車的靜阻力矩系數(shù)Mj及靜阻力Pj

Mj=Mm+Mp=3470Nm （5）

Pj=Pm+Pp=11014N （6）

2.4 電動機(jī)的實(shí)際功率Pd

Pd=Kd*Nj=Kd*[PjVc/（1000ηm）] （7）

式中Nj為靜功率；Vc為平板車運(yùn)行速度，Vc=23m/min（設(shè)計(jì)值）；η為運(yùn)行機(jī)構(gòu)效率，η=0.9；m為電動機(jī)數(shù)量，m=1；Kd為電動機(jī)的安全系數(shù)，Kd=2

代入得：

Pd=9.4kW

2.5 電機(jī)減速機(jī)型號的選擇

n2=Vc/πD=11.63r/min

i=n1/n2=1470/11.63=126.4

式中n1為電機(jī)轉(zhuǎn)速；n2為輸出轉(zhuǎn)速；i為減速機(jī)數(shù)比；

根據(jù)計(jì)算的驅(qū)動功率，選取一套三合一電機(jī)減速機(jī)雙軸伸輸出的設(shè)計(jì)。其性能參數(shù)為：

型號：K127DRS160M4BE20HR/V

功率：11kW

速比：122.48

輸出轉(zhuǎn)速：12r/min

3 電動平板車的車架設(shè)計(jì)

平板車的車架是整個(gè)平板車在運(yùn)輸工程中直接承載的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形式對平板車運(yùn)行平穩(wěn)及承載能力有重要影響。本設(shè)計(jì)中，車架由4根橫梁和若干縱梁組成，運(yùn)輸部件時(shí)4根橫梁主要承載。邊梁與橫梁焊接在一起，力通過橫梁傳遞給縱了梁，使加在車架上的力均化，保證了平板車運(yùn)行的平穩(wěn)。車架車梁受力圖結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 平板車車梁受力圖

車架框架橫梁采用40c工字鋼（GB/T706-1988），材料為Q235B，按。40c工字鋼：抗彎截面模數(shù)Wx=1190[3]，按經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)取安全系數(shù)為2，許用應(yīng)力[σ]=117.5 MPa

橫梁單位長度上的載荷重：q=Wg /（6L） （8）

均布載荷產(chǎn)生的彎距：M1=Kd*ql2/2 （9）

牽引力產(chǎn)生的彎距：M2=Pj*e/4=1 698 N·m （10）

式中Wg為平板車載重 Wg=800000N；L 為車梁長度， L=5m；Kd為安全系數(shù)，Kd=2；l為懸臂長度，l=1m； e為牽引點(diǎn)距車梁中心軸的距離，e=0.2m。

代入得：

q=40000N/m

M1=40000Nm

M2=505Nm

Mmax=M1+M2=40505Nm；

車梁抗彎截面模數(shù)Wxi=Mmax /[σ]=345<1190，40c工字鋼材料的選擇滿足設(shè)計(jì)要求[4]。

4 2800軌距電動平車設(shè)計(jì)特點(diǎn)

4.1 單驅(qū)動雙軸伸輸出設(shè)計(jì)

采用SEW三合一減速機(jī)傳動設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)、減速機(jī)和剎車機(jī)構(gòu)一體化，比常規(guī)的雙驅(qū)動設(shè)計(jì)降低了制造成本。通常大軌距電動車在設(shè)計(jì)時(shí)采用兩側(cè)雙電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動。例如北京順義冷軋2800軌距電動平車就是兩側(cè)采用了兩套5、5kw電機(jī)減速機(jī)雙驅(qū)動。文章采用一套11kw的三合一減速機(jī)單驅(qū)動雙軸伸輸出的設(shè)計(jì)。由于單驅(qū)動設(shè)計(jì)只需一套驅(qū)動裝置，所以制造成本降低很多。

采用單驅(qū)動設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，比通常的雙驅(qū)動設(shè)計(jì)有更高的可靠性能。這是因?yàn)殡p驅(qū)動的兩套電機(jī)減速機(jī)之間由于快速響應(yīng)時(shí)間不同，存在著運(yùn)行不同步的問題，運(yùn)行的不同步會造成啃軌現(xiàn)象，特別是當(dāng)一個(gè)驅(qū)動側(cè)出現(xiàn)斷電或其它故障時(shí)，甚至?xí)霈F(xiàn)側(cè)翻。因此單驅(qū)動設(shè)計(jì)有更好的可靠性能。同時(shí)由于傳動鏈簡捷，傳動效率更高。

4.2 采用鼓形齒式聯(lián)軸器傳動設(shè)計(jì)，補(bǔ)償軸向和經(jīng)向兩個(gè)方向的誤差

由于加工和裝配都存在著誤差，特別是鋼結(jié)構(gòu)焊接件的變形誤差更大，還有在使用過程中熱變形的問題都會給使用的可靠性帶來很大的影響。在設(shè)計(jì)中采用了鼓形齒式聯(lián)軸器聯(lián)接。它在軸向的最大補(bǔ)償量可達(dá)5mm，在經(jīng)向的補(bǔ)償量可以到3度。能夠很好的解決上述問題，提高了傳動的可靠性。

4.3 軸承座采用雙十字鍵結(jié)構(gòu)

通常設(shè)計(jì)由于車架體整體焊接變形很大（一般變形量達(dá)10至15mm以上），要用很厚的調(diào)整墊片組來調(diào)整軸承座的平面度。本設(shè)計(jì)采用扁擔(dān)形軸承座結(jié)構(gòu)，在兩端的結(jié)合部位采用雙十字鍵定位，如圖1所示，尺寸780H9/f9，170H9/f9分別控制兩個(gè)方向的精度。車架體上的8個(gè)軸承座基面在焊接后一次加工成形，確保其安裝基礎(chǔ)的平面度和直線度，與軸承座裝配時(shí)無需找正，一次安裝到位，從而控制高度方向的精度。該種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單可靠，定位精度高，減少了裝配難度和工作時(shí)間。

軸承座采用固定端和游動端組合的結(jié)構(gòu)形式，解決由于運(yùn)轉(zhuǎn)中的熱變形問題而造成軸承的損壞，提高軸承的使用壽命。

5 結(jié)束語

該種設(shè)計(jì)的電動平板車，將一臺電機(jī)減速機(jī)和鼓形齒聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，成功應(yīng)用在2800mm大軌距的平板車生產(chǎn)實(shí)踐中。在現(xiàn)場運(yùn)送鋼卷中，該平板車運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、低噪音，完全滿足用戶的需要，成功作為一種大軌距電動平板車的設(shè)計(jì)實(shí)例。

參考文獻(xiàn)

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[3]成大先，等.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004，1.

[4]王文艷.40 t新型運(yùn)架平板車設(shè)計(jì)計(jì)算[J].機(jī)械管理開發(fā)，2012（1）：30-31.

作者簡介：劉欣榮（1983，9-），女，山西朔州人，本科，助理工程師，研究方向：機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)。