倒運(yùn)平車(chē)應(yīng)力分析及適應(yīng)性改造

任啟亮++杜軍++鄒清武++白如冰

[摘 要]倒運(yùn)平車(chē)應(yīng)用于運(yùn)送鋼材、木材、汽車(chē)、機(jī)械設(shè)備等體積或重量較大的貨物，也可借助集裝箱運(yùn)送其他貨物。我國(guó)自行設(shè)計(jì)和制造的了多種平車(chē)，從結(jié)構(gòu)上來(lái)分，主要有平板式和帶活動(dòng)墻板式兩種。但平車(chē)在運(yùn)送貨物過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)連接軸損壞故障，現(xiàn)以50T平板式平車(chē)為例，通過(guò)載荷應(yīng)力計(jì)算，分析找到故障發(fā)生原因并做適應(yīng)性改造以提高設(shè)備承載強(qiáng)度。

[關(guān)鍵詞]倒運(yùn)平車(chē) 車(chē)軸 應(yīng)力 材料

中圖分類(lèi)號(hào)：U272.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）18-0121-02

0 前言

型鋼廠大H型鋼生產(chǎn)線(xiàn)現(xiàn)有50T倒運(yùn)平車(chē)，用于承擔(dān)煉鋼鋼坯倒運(yùn)工作。其平車(chē)運(yùn)行故障頻發(fā)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)順行。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 倒運(yùn)平車(chē)相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)

額定載荷：50T（設(shè)計(jì)）

車(chē)軸數(shù)：2（主動(dòng)、被動(dòng)各1根）

軌距：1460mm

C段（裝軸承）軸頸的直徑：120mm

P段軸頸的直徑：130mm

A段（裝車(chē)輪）軸頸的直徑：150mm

車(chē)軸材質(zhì)：45號(hào)鋼

1.2 設(shè)備故障類(lèi)型

a、皮帶經(jīng)常出現(xiàn)松弛打滑。

b、 車(chē)軸斷裂

1.3 故障原因分析

1.3.1 皮帶松動(dòng)分析

平臺(tái)運(yùn)行工況差，環(huán)境溫度在60°以上。平車(chē)電機(jī)固定無(wú)防護(hù)經(jīng)常出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象。是皮帶松動(dòng)的主要原因

1.3.2 車(chē)軸強(qiáng)度校核

首先作出車(chē)軸的受力簡(jiǎn)圖：

倒運(yùn)平車(chē)額定載荷為50噸，由2根車(chē)軸4個(gè)輪子支撐?？紤]到載荷的重心與車(chē)體中心會(huì)有所偏移，每個(gè)車(chē)軸端部所受的最大靜壓力比理論壓力提高30%，得：

F=N

根據(jù)車(chē)軸的受力分析作出車(chē)軸的剪力圖和彎矩圖：

1.3.3 P-A交接處強(qiáng)度校核

首先， 45號(hào)鋼的屈服點(diǎn)應(yīng)力為355MPa，由于載荷在行車(chē)安放時(shí)的沖擊載荷，以及軸頸變化引起的應(yīng)力集中，取安全系數(shù)=3，則抗拉許用應(yīng)力為：

===118Mpa

許用切應(yīng)力為：

=0.5·=59Mpa

P-A交接處的最大正應(yīng)力為：

===137.3Mpa≥

P-A交接處的最大切應(yīng)力為：

===16.1Mpa≤

如果把A-D段看作一個(gè)整體，C-A段為桿長(zhǎng)小于5倍直徑的短懸臂梁，則P-A交接處頂部承受最大拉應(yīng)力，且承受該縱向截面的平均切應(yīng)力：

=12.1Mpa

按照第三強(qiáng)度理論，P-A交接處頂部的應(yīng)力為：

=139.1Mpa≥

1.4 校核結(jié)果分析

根據(jù)以上強(qiáng)度校核計(jì)算，可以看出P-A交接處彎曲正應(yīng)力和按照第三強(qiáng)度理論計(jì)算出的應(yīng)力超出許用應(yīng)力，由此可見(jiàn)，該處經(jīng)常斷裂是必然的。

2. 改造方案設(shè)計(jì)

2.1 皮帶解決方案

1）在皮帶上方增加隔熱護(hù)板改善皮帶受熱溫度減少變形。

2）增加電機(jī)定位擋塊減少螺栓受力強(qiáng)度，提高電機(jī)固定可靠性。

2.2 車(chē)軸解決方案

根據(jù)P-A交接處的強(qiáng)度校核結(jié)果，要改變其強(qiáng)度，有以下幾方面途徑：

1） 縮短C-A的距離，以降低P-A交接處的轉(zhuǎn)矩；

2） 加大P段的直徑，降低最大應(yīng)力；

3） 采用抗沖擊，強(qiáng)度高的材料。

根據(jù)以上分析，我們采用以下三種措施：

1） 縮短C-A的距離，由185mm減至150mm；

2） 將P段軸頸的直徑由130mm加大到140mm；

3） 材料由45號(hào)鋼變更為35CrMo，熱處理為淬火，不僅提高了車(chē)軸的抗沖擊性能，而且大幅提高了材料的許用應(yīng)力。

2.2.1 改造后車(chē)軸的P-A交接處強(qiáng)度校核

首先，可以查出35CrMo的屈服點(diǎn)應(yīng)力為835MPa，依然取安全系數(shù)=3，則抗拉許用應(yīng)力為：

===278Mpa

許用切應(yīng)力為：

=0.5·=139Mpa

P-A交接處的剪力依然為1.60×N，彎矩則變?yōu)椋?/p>

=2.4×NM

P-A交接處的最大正應(yīng)力為：

===89.2Mpa≤

P-A交接處的最大切應(yīng)力為：

===16.1Mpa≤

P-A交接處縱向截面的平均切應(yīng)力：

=10.4Mpa

按照第三強(qiáng)度理論，P-A交接處頂部的應(yīng)力為：

=91.6Mpa≤

2.3 校核結(jié)果分析

經(jīng)過(guò)校核可以看出，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的改動(dòng)，車(chē)軸最薄弱的P-A交接處不僅滿(mǎn)足許用應(yīng)力要求，而且有200%以上的強(qiáng)度冗余，可靠性大大提高。

3 運(yùn)行效果

改造后50T倒運(yùn)平車(chē)皮帶打滑故障發(fā)生頻率減少70%，車(chē)軸沒(méi)有出現(xiàn)斷裂情況，節(jié)省了大量維修力量和備件費(fèi)用。

4 結(jié)論

對(duì)于零部件的強(qiáng)度校核，一定要考慮到載荷的偏心、沖擊載荷、應(yīng)力集中效應(yīng)，才能準(zhǔn)確的反映實(shí)際情況；另外，在改造中一定要針對(duì)性的改動(dòng)，有的放矢，才能做到小改動(dòng)解決大問(wèn)題。

作者簡(jiǎn)介：

任啟亮（1982），男，2005年畢業(yè)于江西科技師范大學(xué)機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)為萊鋼型鋼廠大型軋鋼車(chē)間點(diǎn)檢員，助理工程師，從事設(shè)備管理工作。